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DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA DE MOTORES DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS, UTILIZANDO LOS MÉTODOS

B y F DEL ESTÁNDAR IEEE112-2004

INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO FACULTAD DE INGENIERÍA

Trabajo de grado presentado por:

Carlos Mario Londoño Parra

Como requisito para obtener el título:

Maestría en Automatización y Control Industrial

Director:

Msc. José Leonardo Ramírez Echavarría

Jurado Calificador

Jurado 1: Dr. ________________________

Jurado 2: Dr. ________________________

Medellín, Colombia

Noviembre de 2012

Derechos Reservados © 2012, Instituto Tecnológico Metropolitano – ITM

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DEDICATORIA

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AGRADECIMIENTOS

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TABLA DE CONTENIDO

ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................... 6

ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................ 7

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 9

OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 11

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 11

1. PANORAMA ACTUAL DE LA EFICIENCIA DE MOTORES DE INDUCCIÓN .................................................................................................. 13

1.1.1. Normas y reglamentos técnicos de eficiencia energética ............................... 15

1.1.2. Diferencia entre reglamento técnico y norma técnica ..................................... 15

1.1.3. Normas de eficiencia energética y etiquetado en América Latina y el Caribe ............................................................................................................ 16

1.1.4. Normas de eficiencia de motores de inducción .............................................. 18

1.1.5. Procedimiento de evaluación de la conformidad ............................................ 22

1.1.6. Acuerdos de reconocimiento mutuo voluntarios y obligatorios ....................... 23

1.1.7. Programas de apoyo a la eficiencia del sistema motor eléctrico .................... 31

1.2. LABORATORIOS DE ENSAYO DE LA EFICIENCIA DE MOTORES DE INDUCCIÓN ACREDITADOS ........................................................................ 35

2. EL ESTÁNDAR IEEE 112–2004 .................................................................... 39

2.1. ¿PORQUÉ SE ENFOCA ESTE TRABAJO EN LOS MÉTODOS B Y F DEL ESTÁNDAR IEEE 112? ......................................................................... 39

2.2. CLASIFICACIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN LOS MOTORES INDUCCIÓN ..... 41

2.3. MÉTODO B DEL ESTÁNDAR IEEE 112 ....................................................... 42

2.3.1. Procedimientos para realizar los ensayos ...................................................... 43

2.3.2. Cálculos y separación de las pérdidas ........................................................... 53

2.3.3. Correcciones de las pérdidas ........................................................................ 58

2.3.4. Cálculo de la eficiencia .................................................................................. 59

2.3.5. Eficiencia en cualquier valor de carga ........................................................... 60

2.3.6. Cálculo del factor de potencia ........................................................................ 60

2.4. MÉTODO F DEL ESTÁNDAR IEEE 112 ........................................................ 60

2.4.1. Medición de la resistencia en frío de los devanados del estator .................... 62

2.4.2. Prueba de vacío ............................................................................................ 62

2.4.3. Prueba de impedancia ................................................................................... 62

3. CARACTERÍZACIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN ...................................... 73

3.1. VARIABLES ELÉCTRICAS ........................................................................... 73

3.1.1. Transformadores de medida .......................................................................... 75

3.1.2. Voltaje ........................................................................................................... 75

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3.1.3. Intensidad de corriente .................................................................................. 76

3.1.4. Potencia eléctrica .......................................................................................... 77

3.1.5. Resistencia .................................................................................................... 77

3.1.6. Medición de frecuencia .................................................................................. 78

3.2. VARIABLES FÍSICAS Y MECÁNICAS........................................................... 78

3.2.1. Potencia mecánica ........................................................................................ 78

3.2.2. Velocidad y deslizamiento ............................................................................. 79

3.2.3. Medición de temperatura ............................................................................... 79

3.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS ................................... 80

3.3.1. Selección de los motores de corriente alterna para las pruebas .................... 80

3.3.2. Selección del alternador trifásico ................................................................... 80

3.3.3. Selección del motor de corriente continua para excitar el alternador trifásico .......................................................................................................... 81

3.3.4. Selección de la fuente regulada ..................................................................... 81

3.3.5. Selección del dinamómetro ............................................................................ 82

3.3.6. Selección del transductor de torque y velocidad ............................................ 87

3.4. ASPECTOS ECONÓMICOS ......................................................................... 87

4. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS Y HOJA DE CÁLCULO ...................... 90

4.1. PROTOTIPO DEL BANCO DE PRUEBAS .................................................... 90

4.2. DISTRIBUCIÓN FÍSICA DEL LABORATORIO .............................................. 91

4.3. HOJA DE CÁLCULO ..................................................................................... 94

4.3.1. Generalidades ............................................................................................... 94

4.3.2. Descripción del libro IEEE 112–B .................................................................. 95

4.3.3. Descripción del libro IEEE 112 – F ................................................................ 98

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 120

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 122

ANEXOS 130

Anexo A. Acrónimos, siglas y abreviaturas .................................................................... 130

Anexo B. Organismos nacionales de normalización y acreditación ................................ 132

Anexo C. Normas de eficiencia de motores de inducción trifásicos en América Latina, El Caribe y Norte América ................................................................ 135

Anexo D. Tendencia de las normas de eficiencia de motores eléctricos alrededor del mundo, 2010 – 2017. ................................................................................... 138

Anexo E. Laboratorios de ensayo de la eficiencia de motores de inducción acreditados en el mundo ............................................................................. 141

Anexo F. Convenciones y símbolos empleados en los cálculos del método B ............... 144

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Demanda global de energía de motores eléctricos de inducción 14

Tabla 2. Parámetros de comparación entre norma técnica y reglamento técnico 16

Tabla 3. Normas de eficiencia de motores de inducción trifásicos en América Latina y el Caribe 22

Tabla 4. EU MEPS y Normas de clasificación y procedimientos de ensayo de la eficiencia de motores eléctricos 27

Tabla 5. NEMA MG-1 Table 12-11 Full-Load Efficiencies of Energy Efficient Motors 28

Tabla 6. NEMA MG-1 Table 12-12 Full-Load Efficiencies for 60 Hz NEMA Premium Efficient Electric Motors Rated 600 Volts or less (Random Wound) 29

Tabla 7. Clases de eficiencia IEC 60034-30, EU CEMEP, EU MEPS, y US EPAct 30

Tabla 8. Programas de apoyo a la eficiencia de EMDS 33

Tabla 9. Laboratorios de ensayo de la eficiencia de motores, acreditados en América Latina y el Caribe 37

Tabla 10. Tiempo máximo de retardo para medir la resistencia de los devanados 48

Tabla 11. Temperatura especificada para el cálculo de la eficiencia, cuando la temperatura a plena carga no se ha medido 50

Tabla 12. Precisión de la instrumentación 80

Tabla 13. Características de velocidad y potencia de los motores de prueba 80

Tabla 14. Corriente alterna máxima que debe suministrar la fuente regulada 81

Tabla 15. Comparación entre diferentes tecnologías de dinamómetros 84

Tabla 16. Parámetros para determinar la carga máxima del dinamómetro 86

Tabla 17. Parámetros para determinar la carga mínima del dinamómetro 86

Tabla 18. Presupuesto 87

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Certificación de la eficiencia de motores eléctricos. Fuente: diseño del autor 11

Figura 2.Estimación del consumo energético por sector en 2006, fuente [9, p. 33] 14

Figura 3. Etiquetas de comparación de eficiencia energética en América Latina y el Caribe 18

Figura 4. Etiquetas de comparación de eficiencia de motores en América Latina y el Caribe 18

Figura 5. Principales acuerdos y normas de eficiencia de motores eléctricos alrededor del mundo. Fuente: [71, p. 11] 19

Figura 6. Comparación entre las clases de rendimiento según el estándar IEC 60034-30. Fuente: [9, p. 25] 27

Figura 7. Balance de potencias de un motor de inducción y porcentaje típico de pérdidas para un motor de jaula de ardilla de 4 polos. Fuente [81, p. 22], [85, p. 6] 42

Figura 8. Procedimiento de pruebas, cálculos y correcciones del método IEEE112–B. 43

Figura 9. Medición de resistencia de los devanados en conexión Delta y Estrella 44

Figura 10. Óhmetro simple para medición directa de resistencia. Fuente: [63] 46

Figura 11. Método del amperímetro (izquierda) y método voltímetro–amperímetro (derecha), para la medición de resistencias de bajo valor. Fuente: [63] 46

Figura 12. Circuito equivalente por fase de un motor de inducción. Fuente: [32] 61

Figura 13. Reactancia total del ensayo de vacío. Fuente: [32] 67

Figura 14. Prototipo del banco de pruebas. Fuente: diseño del autor 90

Figura 15. Distribución física del espacio para el banco de pruebas 93

Figura 16. Elección del método de medición de la resistencia en la prueba de resistencia en frío, del método B. Fuente: diseño del autor. 95

Figura 17. Método usado para medir la potencia en el ensayo sin carga, del método B 96

Figura 18. Elección del método de medición de la resistencia en la prueba sin carga, del método B 96

Figura 19. Separación de las pérdidas, en el ensayo de vacío del método B 97

Figura 20. Cálculos a carga variable de la prueba bajo carga, del método B 98

Figura 21. Método F – Elección del método de medición de la potencia, de la prueba de rotor bloqueado 99

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Figura 22. Método F – Elección del método de medición de la resistencia de los devanados, en la prueba de rotor bloqueado 99

Figura 23. Método B – Datos de placa del motor 101

Figura 24. Método B – Medición de la resistencia en frío 102

Figura 25. Método B – Medición de la resistencia del motor a plena carga. Ensayo de temperatura 103

Figura 26. Método B – Ensayo de vacío 1 de 3 104



Figura 29. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba de carga mínima del dinamómetro 1 de 2 107

Figura 30. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba de carga mínima del dinamómetro 2 de 2 108

Figura 31. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba con carga variable en el dinamómetro 1 de 2 109

Figura 32. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba con carga variable en el dinamómetro 2 de 2 110

Figura 33. Método B – Ensayo bajo carga. Segregación de las pérdidas 111

Figura 34. Método B – Ensayo bajo carga. Suavizado de las pérdidas residuales 112

Figura 35. Método B – Ensayo bajo carga. Correcciones por temperatura 113

Figura 36. Método B – Resultados del ensayo, método B 114

Figura 37. Método F – Ensayo de vacío 1 de 2 115

Figura 38. Método F – Ensayo de vacío 2 de 2 116

Figura 39. Método F – Ensayo de rotor bloqueado 1 de 2 117

Figura 40. Método F – Ensayo de rotor bloqueado 2 de 2 118

Figura 41. Resultados del método F – Eficiencia y circuito equivalente 119

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INTRODUCCIÓN

A raíz de la crisis energética de los años 70’ del siglo XX, del progresivo cambio climático y del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), las naciones alrededor del mundo han declarado una notable preocupación por el suministro, la calidad y la eficiencia de la energía. Esto se manifiesta con la proliferación en los últimos años del creciente número de normas y reglamentos técnicos adoptados por los países, y la necesidad de establecer acuerdos internacionales que garanticen el comercio de productos seguros, de alta calidad y solidarios con el medio ambiente. Recientemente Colombia ha firmado acuerdos de libre comercio con Canadá, Estados Unidos y con algunos países de América del Sur, posee además un tratado de liberación económica con los cuatro países de la Comunidad Andina (Bolivia, Ecuador, Perú y venezuela); con Venezuela y México (G-3); con Chile; con los países miembros de la CAN y los de MERCOSUR (Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay); con los países de la Asociación Europea de Libre Comercio (AELC). Hacia el futuro cercano, la meta es suscribir 13 tratados comerciales [1].

La transcendencia para Colombia y el mundo de una severa regulación en eficiencia energética y su relación con el cambio climático y el desarrollo económico de las naciones, fue bien expresada por Wolfgang Lutz en las Primeras Jornadas Internacionales de Eficiencia Energética celebradas en Zaragoza (España) en el año 2004: “No es solamente el medio ambiente quien se beneficia de una mayor eficiencia en la cadena de producción, transformación, transmisión, distribución y uso final de la energía, sino también el usuario y —por acumulación de beneficios— la sociedad en su conjunto” [2, p. 4].

En el informe IPCC presentado en el año 2007 [3, p. 16] por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático –al referirse al sector energía– se manifiesta que las Normas Técnicas constituyen una manera de atenuar hoy el cambio climático, y permitirán reducir sus efectos en el futuro, proponiendo para ese fin, entre otras opciones, la consolidación de la infraestructura secundaria de transmisión y distribución, el cableado subterráneo para servicios públicos básicos, la eficiencia energética, las normas y etiquetado de aparatos eléctricos, la utilización de fuentes renovables y una menor dependencia de fuentes de energía únicas.

En el 2011, bajo el lema “Las Normas Internacionales crean confianza global”, las tres principales organizaciones internacionales de normalización: la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), la Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), difundieron la importancia de la normalización en su Mensaje del Día Mundial de la Normalización1: “Las normas internacionales para productos y servicios sustentan la calidad, la ecología, la seguridad, la fiabilidad, la interoperabilidad, la eficiencia y la eficacia. Hacen todo esto al tiempo que proporcionan a los fabricantes confianza

1 El Día Mundial de la normalización se celebra cada año el 14 de octubre.

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en su capacidad para acceder a los mercados mundiales con la certeza de que sus productos funcionarán en todo el mundo”, se afirma en uno de los apartes del mensaje del día mundial de la normalización [4, p. 1]. Es por eso que las principales organizaciones de normalización, así como los organismos gubernamentales, realizan grandes esfuerzos enfocados a la definición de marcos comunes para comparar la certificación de productos y procesos desde la perspectiva de la utilización de la energía. [5, p. 50]. Las normas establecidas por los organismos de normalización abarcan todos los sectores identificados en el informe IPCC: tecnologías, políticas y medidas de mitigación; limitaciones y oportunidades; suministro de energía, transporte, construcción, industria, agricultura, silvicultura, y el manejo de residuos [3, pp. 15, 60]. Del citado informe, en este trabajo se hace referencia al sector energía eléctrica; al respecto, IEC, ISO y UIT orientan sus trabajos a la creación de normas para luchar contra el cambio climático, enfocadas principalmente a los siguientes temas:

El diseño y la construcción de hogares y lugares de trabajo energéticamente eficientes,

la medición comparativa de desempeño de las buenas prácticas, incluyendo el etiquetado y la eficiencia energética, y

el estímulo a la introducción de nuevas tecnologías y servicios con eficiencia energética.

El sector energía eléctrica involucra un campo de aplicación muy amplio: producción, transmisión, distribución y uso final de la energía; también considera las fuentes de energía, así como su uso eficiente y limpio. No obstante el vasto campo de aplicación de la energía eléctrica, este proyecto está enfocado al estudio de las normas internacionales de eficiencia de los motores eléctricos, y propone el diseño de un banco de pruebas de la eficiencia de motores de inducción trifásicos, operativo en el rango de 1 kW a 10 kW. El banco incluye un sistema de adquisición, que permita la toma de datos; se entregará además un procedimiento de pruebas y cálculos de eficiencia de motores, bajo los parámetros exigidos por los métodos B y F del estándar IEEE112–2004.

La la Figura 1 muestra un procedimiento resumido para obtener un reconocimiento de la certificación de la eficiencia energética de los motores de inducción trifásicos. La certificación otorgada por entidades de acreditación es el procedimiento por el cual se asegura que la eficiencia del motor cumple con las normas técnicas de procedimiento y ensayo, emitidas por Organismos de Normalización Nacionales (o Internacionales, mediante acuerdos de reconocimiento mutuo firmados por organismos de acreditación o por entidades oficiales), previa evaluación de la conformidad de la competencia técnica del laboratorio que realiza las pruebas y emite el certificado, ver Anexo B (Organismos Nacionales de Normalización y Acreditación).

Así mismo, la Figura 1 marca la secuencia propuesta por el autor para presentar los ejes conceptuales concernientes al rendimiento de motores eléctricos.

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Los objetivos de este trabajo se presentan a continuación, luego se se presentará la estructura que se le ha dado a la presentación por capítulos del presente texto.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un banco de pruebas de motores trifásicos bajo los parámetros exigidos por los métodos B y F del estándar IEEE112–2004, dotado de un sistema de adquisición de datos que permita entregar un protocolo completo de los datos tomados en cada prueba y de los resultados del cálculo de la eficiencia de motores de inducción trifásicos hasta 10 kW.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Elaborar un procedimiento para la aplicación de los métodos B y F del estándar IEEE 112–2004 para la realización de pruebas y cálculos que permita determinar la eficiencia de motores trifásicos,

Caracterizar los equipos y la instrumentación que conformen el banco de pruebas de motores de inducción trifásicos de jaula de ardilla, operativo en el rango de 1kW a 10kW,

Hacer los planos de montaje de los equipos y la instrumentación requerida para realizar las pruebas exigidas por los métodos B y F del estándar IEEE, incluyendo la programación de una hoja electrónica que pueda recibir los datos de

Normas y reglamentos técnicos

Evaluación de la conformidad

Laboratorios de ensayo

Acuerdos de reconocimiento mutuo – Internacional Acreditación – Nacional

Certificación de la eficiencia del motor y etiquetado

Figura 1. Certificación de la eficiencia de motores eléctricos. Fuente: diseño del autor

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las mediciones realizadas en las pruebas, hacer los cálculos de la eficiencia y el factor de potencia del motor y entregar un protocolo de resultados.

En el Capítulo 1, se sustenta la importancia del mejoramiento de la eficiencia energética de los motores de inducción, en el contexto de la demanda de potencia por su participación en los sistemas productivos y de su aporte a la emisión de gases de efecto invernadero. También se presenta una revisión de los estándares internacionales para determinar la eficiencia de los motores eléctricos, de los programas que fomentan el uso y mejoramiento de la eficiencia de los motores eléctricos y de los laboratorios de ensayo acreditados en latinoamérica para tal fin.

En capítulo 2 se justifica porqué se eligen los métodos B y F del estándar IEEE112, y se elaboran los procedimientos para efectuar los ensayos y cálculos que permiten determinar la eficiencia de motores de inducción trifásicos, para ambos métodos, empleando una hoja de cálculo convencional.

En el capítulo 3 se determinan los regímenes de operación de las variables eléctricas y mecánicas requeridas para las pruebas, con especial cuidado en los límites de esas variables que puedan afectar la funcionalidad, o la seguridad, o que infrinjan la norma.

Con base en los cálculos realizados, se especifican las características técnicas de la instrumentación y de los equipos requeridos, para construir un banco de prueba de la eficiencia de motores de inducción trifásicos, hasta 10 kW de potencia. Se presenta además, un presupuesto económico que cobija los principales equipos.

El capítulo 4 presenta un prototipo del banco de ensayos y su distribución física. El diseño propuesto se ajusta al estándar y se fundamenta en los cálculos efectuados en el capítulo 3. También en este caítulo se describen los protocolos de prueba, realizados en la hoja de cálculo excel de Microsoft.

El capítulo 5 regista las conclusiones del proyecto y las recomendaciones para trabajos futuros. Posterior a este capítulo se presentan la bibliografía y los anexos.

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1. PANORAMA ACTUAL DE LA EFICIENCIA DE MOTORES DE INDUCCIÓN

En la matriz energética, la energía eléctrica prevalece sobre otras formas de abastecimiento de energía, siendo esencial para el desarrollo de los países y el bienestar de la sociedad. En la etapa de utilización de la energía, el motor eléctrico es considerado como el elemento más importante de la cadena productiva y un objetivo clave para el ahorro energético. Se estima que en aplicaciones industriales, los motores eléctricos consumen cerca del 70% de la energía eléctrica, en el accionamiento de compresores, bombas, ventiladores y aplicaciones de tracción mecánica principalmente [6, p. L 191/26], [7], [8, p. 3], [9, p. 18].

Un concepto de suma importancia, pero desatendido por muchos empresarios, ingenieros, académicos e investigadores en América Latina y El Caribe (AL&C), es involucrar en la eficiencia energética del motor eléctrico los componentes asociados a su desempeño, como se enuncia en EMDS (Electric Motor Driven System), que considera como “todo un sistema” el suministro de energía, el sistema de control, el motor en si mismo, y el sistema mecánico de transmisión [9, pp. 22,31]; o en Electric Motor System (EMS), que incluye en la eficiencia del motor eléctrico, la eficiencia del variador de frecuencia, la eficiencia del transformador, la corrección del factor de potencia y la eficiencia de los componentes mecánicos (engranaje, freno, embrague, transmisión, etc.). Una definición más precisa de EMDS (o simplemente Sistema Motor Eléctrico) se encuentra en las referencias [10, p. 22] y [11] y una propuesta de plan de trabajo para establecer una política de oportunidades de Eficiencia Energética de EMDS en [12]. En este contexto, es evidente que un componente del “Sistema Motor Eléctrico” que opere ineficientemente, producirá un efecto negativo en el desempeño global del EMDS [8, p. 18].

Muchos estudios2 coinciden en que los motores eléctricos y los sistemas que manejan, representan entre el 43% y el 46% del consumo total de la electricidad demandada en el mundo (Figura 2). El consumo energético de los EMDS se calculó en unos 6000 TWh en el 2005, y su aporte a la emisión de CO2, en cerca de 4400 Mt (alrededor del 16% de todas las emisiones relacionadas con la energía); para el año 2010 el sector eléctrico representaba el 41% de las emisiones de CO2 [13, p. 11]. Aunque la emisión de gramos de CO2 por kWh de electricidad producida, varía mucho entre los países y depende de la combinación de fuentes de energía utilizada para producirla, se pronostica que entre los años 2010 y 2030 la energía eléctrica demandada por el Sistema Motor Eléctrico se incrementará de 8360 TWh/año a 13360 TWh/año (aproximadamente un 63%), consecuentemente con el aumento de emisiones de CO2 de 6040 Mt a 8570 Mt (aproximadamente un 75%) [9, pp. 11,117], [14, p. 94], [15, p. 3].

La demanda mundial de energía eléctrica consumida por el Sistema Motor Eléctrico, se estimó en el año 2009 en 6919 TWh/año, clasificada por tamaño de motor, como se presenta en la Tabla 1: los motores pequeños (potencia entre 10W 2 [9, pp. 11, 18, 34], [5, p. 51], [67, p. 7], [79, pp. 4,15,36,123,219,325], [33, p. 3], [28, p. 8], [14, p. 94], [78, p.

10]

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y 750W) con una participación del 90% de unidades existentes en el mundo, 2 billones de unidades instaladas y un consumo de 9% (632 TWh/año); los motores medianos (potencia entre 0.75kW y 375kW) con cerca de 230 millones de unidades instaladas en el mundo, y una participación del 68% (4676 TWh/año); y motores grandes (potencia mayor a 375kW), con 0.6 millones de unidades y con una cuota del 23% (1611 TWh/año) [16, p. 2]. En esta clasificación, los motores medianos representan el mayor consumo de energía eléctrica, y se constituyen con sobrada razón, en un objetivo clave para que las normas de eficiencia de motores eléctricos más universalmente aceptadas (EU MEPS, y el El estándar EPAct, por ejemplo) apunten al mejoramiento de la eficiencia de estas máquinas, véanse las secciones 1.1.6.2 y 1.1.6.3.

Implementando adecuadas políticas de ahorro energético en los EMDS, se calcula un potencial de disminución de energía eléctrica entre un 20% y un 30%, dependiendo de la región, [17], [18], [15, p. 4].

Los párrafos anteriores ostentan la enorme importancia de los EMDS en los usos finales de la energía eléctrica. Por consiguiente, es imperativo e inaplazable que los diferentes actores relacionados con los sistemas motorizados, sumen esfuerzos en su empeño de alcanzar los ahorros potenciales de energía aprovechables en este sector, consecuente con la reducción de GEI y la mejora de la productividad y la sostenibilidad de las empresas y sectores económicos.

Tabla 1. Demanda global de energía de motores eléctricos de inducción

All kinds of electric motors

Output size Pm (kW)

Number running stock

Electricity demand

Min Max Total GWm

Million TWh/a fraction

Small 0.001 0.75 316 2000 632 9.1% Medium 0.75 375 2,182 230 4676 67.6% Large 375 100000 450 0.60 1611 23.3%

Total 2948 2230 6919 100.0%

Fuente: [16, p. 2]

Light 19%

Electrolysis

3%

Electronics

10%

Standby

3%

Motors

46%

Heat 19%

Figura 2.Estimación del consumo energético por sector en 2006, fuente [9, p. 33]

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1.1.1. Normas y reglamentos técnicos de eficiencia energética

En el marco del acuerdo sobre Obstáculos Técnicos al Comercio de la Organización Mundial del Comercio (Acuerdo OTC/OMC), los Reglamentos Técnicos (RT) y las Normas Técnicas (NT) determinan las características específicas de un producto, y procuran garantizar la seguridad y la salud de las personas, animales y vegetales, la protección del medio ambiente, la prevención de prácticas que induzcan a error, y la seguridad nacional de los estados [19, p. 3]. Los países adscritos a dicho acuerdo deben aplicar esas normas de manera que no creen obstáculos innecesarios al comercio internacional. Además, las normas deben basarse en informaciones y comprobaciones científicas [20, p. 1]. Colombia se adhirió al acuerdo OTC/OMC en el año 1974 (Ley 170 de 1994)3.

En general, el término norma de eficiencia energética involucra dos significados: un procedimiento de prueba mediante el cual se puede obtener un cálculo del consumo de la energía de un producto como es utilizado generalmente, (o por lo menos un rango relativo del consumo de energía comparado con otros modelos); y un límite establecido sobre el consumo de la energía (generalmente un uso óptimo o una eficiencia mínima) basado en un registro de prueba específico. [21, p. 30].

1.1.2. Diferencia entre reglamento técnico y norma técnica

En el acuerdo OTC/OMC Reglamento Técnico se define como “Documento en el que se establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción con ellas relacionados, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables, y cuya observancia es obligatoria. También puede incluir prescripciones en materia de terminología, símbolos, embalaje, marcado o etiquetado aplicables a un producto, proceso o método de producción, o tratar exclusivamente de ellas”; una Norma Técnica, “es un documento aprobado por una institución reconocida, que prevé, para un uso común y repetido, reglas, directrices o características para los productos o los procesos y métodos de producción conexos, y cuya observancia no es obligatoria. También puede incluir prescripciones en materia de terminología, símbolos, embalaje, marcado o etiquetado aplicables a un producto, proceso o método de producción, o tratar exclusivamente de ellas” [19, p. 15], [22, p. 3].

Ambas definiciones tienen en cuenta las características de los productos, los procesos y métodos de producción, la terminología y los símbolos, y las prescripciones en materia de embalaje y etiquetado aplicables a los productos. La diferencia primordial entre RT y NT, reside en el cumplimiento: mientras que la conformidad con las normas es voluntaria, los reglamentos técnicos son de carácter obligatorio, por lo tanto, en el marco del comercio internacional un producto importado que no cumpla las disposiciones establecidas en un reglamento técnico, no podrá ser comercializado. La Tabla 2 exhibe otras diferencias entre RT y NT. 3 Otros países que pertenecen a la ISO, en el Anexo B

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Tabla 2. Parámetros de comparación entre norma técnica y reglamento técnico

Parámetro Reglamento Técnico Norma Técnica

Observancia Obligatoria Voluntaria Competencia Estado Ente normalizador Motivación Protección Calidad Necesidades Básicas Atributos Elaboración Consultado Consensuada Viabilidad Vigilancia Mercado

Fuente: [23, p. 5]

En el ámbito internacional, el acuerdo OTC/OMC establece el marco jurídico para la elaboración, adopción y aplicación de los reglamentos técnicos y a nivel regional, la Comunidad Andina establece las mismas directrices para los países miembros de esta comunidad, mediante la Decisión 506 promulgada el 25 de junio de 2003.

1.1.3. Normas de eficiencia energética y etiquetado en América Latina y el Caribe

Vastos estudios4 realizados entre el 2004 y 2011 en materia de eficiencia energética, analizan la situación y las perspectivas, las acciones e instrumentos implementados en AL&C para mejorar el uso racional y eficiente de la energía eléctrica. Los estudios se han enfocado principalmente en cinco aspectos: los avances en el marco político, normativo e institucional; los actores–clave de la eficiencia energética y su rol efectivo; los recursos y mecanismos de financiación de los programas de eficiencia energética; los resultados de los programas; y las lecciones aprendidas.

Examinando los informes de estos estudios, se observa que prácticamente todos los países de la región tienen o han emprendido programas, proyectos e iniciativas nacionales y han implementado leyes para mejorar la eficiencia energética (por ejemplo: PUREE y PAyEE en Argentina, PROCEL en Brasil, PROURE en Colombia, PRONACE en Costa Rica, CUREN en Chile, PAE en Ecuador, CONAE y FIDE en México, PREE en Perú, PAEC en Cuba, PESIC en Honduras, PEE en Uruguay, entre otros5). No obstante, estos programas presentan diversos enfoques debido a las diferencias en aspectos como: tamaño y conformación económica de los países, distribución poblacional, acceso a la tecnología y a la información, fuentes de financiamiento, instrumentos regulatorios, aspectos climáticos, culturales y sociales, entre otras razones. Cada país ha desarrollado el tema de la eficiencia energética de acuerdo a sus posibilidades, pero no se ve que en conjunto AL&C, haya avanzado lo suficiente hacia una integración regional y mundial para mejorar el uso racional y eficiente de la energía y mucho menos en el sector de la eficiencia de motores eléctricos, donde aun hay mucho camino por recorrer.

4 [2], [69], [75], [68], [23], [65], [76], [66], [77], [24]

5 En el anexo A, se describen estas siglas

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En la región existen muchos casos exitosos derivados de estos programas de eficiencia energética, sin embargo, estos informes también revelan para la mayoría de los países: insuficiencia de normatividad; falta de control, coordinación y continuidad institucional respecto del cumplimiento de la normatividad existente; escasas fuentes de financiamiento enfocadas a programas de eficiencia energética; bajo nivel de estímulos e incentivos para tecnologías y proyectos del uso racional y eficiente de la energía y ausencia de indicadores de logro de los programas nacionales de eficiencia energética. Además, la mayoría de los países no dispone de información confiable, sistemática y de buena calidad para monitorear los resultados de los programas de eficiencia energética. Al respecto, valdría la pena retomar la experiencia del proyecto de la Comisión Europea sobre indicadores de eficiencia energética ODYSSEE y programas similares de la Agencia Internacional de Energía [24, p. 16], [25, p. 37]; en este sentido, la Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL), ha propuesto una metodología – que aún está en fase de desarrollo – para evaluar las actividades de eficiencia energética en la región, mediante indicadores de diagnóstico [26], [27].

Latinoamérica ha seguido las recomendaciones de CLASP (Programa de Colaboración en Etiquetado y Normas de Electrodomésticos [21, pp. 78-107,123]): en la región se identifican siete sectores en los que se centran las políticas y programas de eficiencia, aplicadas al uso final de la energía eléctrica: iluminación, edificios, cogeneración, transporte, electrodomésticos, sistemas de bombeo y motores eléctricos. En las primeras seis categorías, la mayoría de los países de la región presentan avances muy valiosos. La gran mayoría de los programas anotados en la sección 1.1.3 apuntan a promover la eficiencia energética en edificios públicos, iluminación eficiente, transporte y electrodomésticos; a excepción de Brasil, Chile y México (se destaca por ejemplo el programa de reemplazo de motores ineficientes, emprendido en Chile en el 2009 [28, p. 11]. [29], [30]), que además de las anteriores categorías, también orientaron sus programas al sector industrial, los demás países no han realizado esfuerzos notables para mejorar la eficiencia de motores eléctricos.

Las etiquetas de eficiencia energética son rótulos informativos adheridos a los productos manufacturados, que indican el consumo de energía del producto y proporcionan a los consumidores la información adecuada desde la perspectiva energética, para optar por la compra de equipos [21, p. 30]. Sobresalen dos tipos de etiquetas: etiquetas de comparación, que permiten a los consumidores comparar el desempeño energético de productos similares, mediante una escala gráfica de colores y letras de la A a la G; y etiquetas de aprobación, las cuales manifiestan la conformidad de que un producto cumple ciertos criterios estipulados en una norma6. En la Figura 3 se muestran las etiquetas de comparación de la eficiencia energética y en la Figura 4 las etiquetas de comparación de la eficiencia de motores eléctricos de inducción de algunos países de Latinoamérica.

6 Reporte de etiquetas de más de 60 países, se presenta en Energy Labelling and standards programs

thoughout the world, 2 ed. [29]

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Figura 3. Etiquetas de comparación de eficiencia energética en América Latina y el Caribe

Argentina Brasil Colombia Chile Costa Rica

Venezuela México Perú Estados Unidos Uruguay

Fuente: [31] y Organismos Nacionales de Normalización de cada país.

Figura 4. Etiquetas de comparación de eficiencia de motores en América Latina y el Caribe

Argentina Nicaragua Colombia

Chile Uruguay

Fuente: [31] y Organismos Nacionales de Normalización de cada país.

1.1.4. Normas de eficiencia de motores de inducción

La eficiencia de un motor de inducción se define como la relación entre la

potencia mecánica de salida (Pm) y la potencia eléctrica de entrada (Pe),

(1) SALIDA m

ENTRADA e

DIRECTA

P P

P P

(2) ENTRADA PERDIDAS

ENTRADA

INDIRECTA

P P

P

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Los motores eléctricos de jaula de ardilla presentan cinco tipos de pérdidas: pérdidas en el hierro, pérdidas en el cobre del estator, pérdidas en el cobre del rotor, pérdidas por fricción y ventilación y pérdidas adicionales dependientes de la carga (PLL). [32, p. 3], [33, p. 9], estos conceptos se explican en el capítulo 2, sección 2.2.

La eficiencia del motor eléctrico quedará determinada si se conoce alguna de las potencias, la de entrada o la de salida, y las pérdidas de la máquina [34, p. 33]. El enfoque simplista para determinar la eficiencia directamente por medición de la potencia eléctrica de entrada con un vatímetro y potencia mecánica con un sensor de par, más la velocidad con tacómetro, puede conducir a grandes errores, especialmente para los motores de alta eficiencia, donde ambas potencias son grandes en comparación con las pérdidas del motor [35, p. 8]. Para determinar la eficiencia del motor eléctrico se deben establecer los procedimientos de prueba efectuados en un laboratorio de ensayos acreditado y las clases de eficiencia, con fundamento en las normas técnicas.

El mundo está cubierto de normas técnicas internacionales, clasificación, de procedimientos de prueba y de etiquetado de la eficiencia energética de motores de inducción. Algunas de ellas son, normas internacionales: IEEE 112, IEC 60034-30, NEMA MG-1, Directiva Europea 640/2009; normas regionales: APEC, CEMEP, CROSQ, COPANT, CEN; y normas nacionales: AS/NZS 1359.5, NTC 5105, IRAM 62405, JSC 4210-4212, CSA 390-10, NBR 17094-1, GB 18613, GB/T 1032, ABNT, NCh 3086, NOM 016 [35, p. 9], [36], [5, p. 50]. En la Figura 5 se muestran las principales normas y acuerdos de eficiencia de motores más difundidas en la actualidad.

Así mismo, existen muchos acuerdos de reconocimiento mutuo internacionales MRAs/MLAs (PAC, APLAC, ILAC, IAF, IAAC, EA, SADCA, AFRAC, ARAC), para la evaluación de la conformidad y la certificación de

Figura 5. Principales acuerdos y normas de eficiencia de motores eléctricos alrededor del mundo. Fuente: [71, p. 11]

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laboratorios del cumplimiento de los requisitos de la norma ISO/IEC 17025:2005, de su competencia técnica y de los requisitos del sistema de gestión, para que de forma consistente, los procedimientos y resultados de las pruebas sean técnicamente válidas y aceptados por los países adscritos a dichos acuerdos [24, pp. 74,188], [21, p. 73], [35]. Esta cantidad de normas diferentes de eficiencia, no favorece la comparación directa de indicadores de rendimiento, a la vez que obstaculiza el comercio de los motores eficientes en el mundo. La principal diferencia en las normas, radica en la forma de calcular las pérdidas adicionales dependientes de la carga, pues son mucho más complejas de determinar.

En ese sentido, la Comisión Electrotécnica Internacional IEC ha trabajado en conjunto con NEMA, CEMEP, JEMA, IEEE y otras organizaciones internacionales, para armonizar las normas de ensayo, las clases de eficiencia y el posterior etiquetado del motor, en aras de reconocer los motores de alta eficiencia en el mercado. Como resultado de ello, en la unión europea y gran parte del globo, se han adoptado las normas internacionales IEC 60034-30:2008 (clases de eficiencia), IEC 60034-2-1:2007 (métodos de ensayo) y las normas americanas EPAct, MG-1 (Eficiencia Premium y Alta Eficiencia, clasificación) y las normas NEMA, IEEE 112, (métodos de ensayo).

Adversamente, mientras el mundo se mueve gradualmente a la utilización de motores de Alta Eficiencia (IE2), y Eficiencia Premium (IE3), como se aprecia en la la Tabla 4 y en el ANEXO D, en la mayoría de los países de AL&C los adelantos en materia de eficiencia energética de motores eléctricos no son muy satisfactorios y presentan retrasos considerables respecto a las grandes economías del mundo.

En la literatura consultada, solo se encontró una iniciativa regional del comité técnico CT 52-005 de la Comisión Panamericana de Normas Técnicas (COPANT), el cual ha propuesto una norma bajo el título “Eficiencia energética. Motores eléctricos de inducción trifásicos. Determinación del rendimiento y del factor de potencia”; esta norma actualmente se encuentra en la fase de votación y no ha sido aceptada aún por los ONN de la región [37], [38].

En la Tabla 3 se muestran las normas de eficiencia de motores eléctricos de los paises de AL&C, la mayoría de ellas poseen un título similar (“Eficiencia Energética. Motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0.746 a 373 kW. Límites, métodos de prueba y etiquetado”), y hacen referencia o citan textualmente el contenido de una norma internacional o parte de los datos técnicos de ella, cumpliendo con los principios establecidos en el Anexo 3 del Acuerdo sobre Obstáculos Técnicos al Comercio de la organización Mundial del comercio (código de buenas prácticas para la elaboración, adopción y aplicación de normas técnicas [39]), por lo tanto, su aplicación en cada nación es reconocida internacionalmente.

Antes de la actualización del estándar IEC en 2007 (métodos de ensayo) y 2008 (clasificación de la eficiencia), Colombia se destacaba en la región por tener normas para la eficiencia de motores por el método IEEE 112 (NTC 5111:2002), y por el método IEC 61972 (NTC 5293: 2004). Además Colombia actualmente tiene

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un proyecto de Reglamento Técnico de Etiquetado (RETIQ), que contempla en el anexo E, los métodos para determinar la eficiencia energética de motores de inducción trifásicos. El RETIQ fue notificado a la OMC el 10 de febrero de 2010, mediante el comunicado G/TBT/N/COL/143, y se espera que entre en vigencia en el 2012.que entre en vigencia en el 2012.

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1.1.5. Procedimiento de evaluación de la conformidad

La evaluación de la conformidad es un proceso usado directa o indirectamente para determinar que los productos, así como los procesos relacionados con su fabricación, cumplen las prescripciones establecidas en los reglamentos técnicos o

Tabla 3. Normas de eficiencia de motores de inducción trifásicos en América Latina y el Caribe

País Norma Estado Norma de Referencia

Argentina IRAM 62405 Emitida, vigencia: 15/7/2010 IEC 60034-2-1;

IEC 60034-30

Brasil

ABNT NBR 17094-1:2008

Published: 12/12/2002 Em vigor IEC 60034-1

NBR 5383-1:1999 (ABNT 1999)

Em vigor IEC 60034-1

Chile NCh3086.Of2008 Published:2009 Effective:2011 IEC 60034-1

IEC 60034-2-1 IEC 60034-5

Colombia

NTC 3477 Ratificada: 2008-12-10 IEC 60034-2-1:2007

RETIQ, Anexo D Proyecto de Reglamento Técnico julio 08 de 2010.

NTC 3477 IEC 60034-2-1

Costa Rica

INTE 28-01-10-08 Aprobada y publicada octubre, 2008.

COPANT 152-005: Clases de eficiencia


COPANT 152-005: Etiquetado


COPANT 152-005: Métodos de prueba

Cuba NC 719 Vigente desde 2009 ISO 15550: 2006

Ecuador NTE 2498:2009 Publicación: 2009-06-16 Aprobación: 2009-02-27

NTC 5105 NTP 399.450 IRAM

62405

Honduras NHN 5:2008 Publicada el 17 diciembre, 2009 No disponible

México NOM-016-ENER-2010 2010-10-20 CAN/CSA C390

IEEE 112

Nicaragua NTON 10 007-08 Publicación el 10 Marzo, 2010

NOM-016: 2002; CSA C390;

IEEE 112; NEMA MG 1

Perú

NTP 399.450:2008 Publicada: 2008-12-17 IEC 60034-2-1:2007

NTP IEC 60034-2-1:2010

Publicada: 2010-03-2 IEC 60034-2-1:2007

Salvador NSO 29.47.02:08

Publicada en el DO, 22 enero, 2009. En vigencia a partir de Agosto, 2009. Bajo consideración

NOM-016: 2002; CSA C390;

IEEE 112; NEMA MG 1

Uruguay UNIT 1192:2010

Aprobada noviembre de 2010 y por el Comité General de Normas el 15 de diciembre de 2010

IEC 60034-1: 2010 IEC 60034-2-1: 2007

Venezuela COVENIN 862:1976 En estudio --- Fuente: Organismos de Normalización Nacional (ONN) de cada país.

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en las normas técnicas [22, p. 3]. Los organismos y entidades reconocidas están facultados para realizar actividades de inspección, prueba, verificación, o certificación, a los productos o procesos objeto de evaluación, empleando para ello laboratorios de ensayo o calibración acreditados.

Para cumplir los objetivos de la evaluación de la confomidad, en Colombia operan dos organismos, El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC), que es el organismo nacional de normalización (Decreto 2269 de 1993) y el Organismo Nacional de Acreditación de Colombia (ONAC7), que sigue el proceso de estandarización de las actividades de los laboratorios de ensayo y calibración con fundamento en la norma internacional ISO/IEC 17025:2005, la cual especifica los requisitos que tienen que cumplir los laboratorios de ensayo y calibración si desean demostrar que poseen un sistema de gestión, y que son técnicamente competentes y aptos para generar resultados válidos de calibración y pruebas, informes de inspección y certificaciones [40].

En el artículo 5 del Acuerdo OTC/OMC se hace referencia a que siempre que los reglamentos técnicos estén en conformidad con las normas internacionales, se presume que no crean obstáculo innecesario al comercio internacional, y para los procedimientos de evaluación de la conformidad se aplican preceptos similares: deberán utilizarse las orientaciones o recomendaciones internacionales decretadas por instituciones de normalización reconocidas, salvo que “no resulten apropiadas para los miembros interesados por razones como imperativos de seguridad nacional, la prevención de prácticas que puedan inducir a error, protección de la salud o la seguridad humanas, de la vida o salud animal o vegetal o del medio ambiente, factores climáticos u otros factores geográficos fundamentales o problemas tecnológicos o de infraestructura fundamentales” (artículos OTC 2.2, 2.5, 2.6, 5.4), [41, p. 8].

Dentro de ISO, el Comité para la elaboración de políticas para la evaluación de la conformidad ISO/CASCO, tiene una doble función: es el responsable de la elaboración y formulación de recomendaciones sobre la política de evaluación de la conformidad a los miembros de ISO/CASCO y de la elaboración de normas y guías para la evaluación de la conformidad, [42, p. 4].

1.1.6. Acuerdos de reconocimiento mutuo voluntarios y obligatorios

Los Acuerdos de Reconocimiento Mutuo (MRAs) y los Acuerdos de Reconocimiento Multilateral (MLAs), son convenios entre dos o más naciones (o entre organismos nacionales de acreditación) para reconocer o aceptar mutuamente aspectos de la conformidad, permitiendo que las entidades que firman el acuerdo operen de manera equivalente aplicando las mismas normas y procedimientos. Como característica general de los MRAs/MLAs, cada país esta autorizado –en su propio territorio y con anterioridad a que se efectúe la

7 Por Decreto 4738 de 2008 del gobierno Colombiano, se designó al ONAC como Organismo Nacional de

Acreditación de Colombia, en reemplazo de la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC), que desempeñaba esta función desde el año 1994.

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negociación del producto– para someter a prueba y certificar productos, de acuerdo con los requisitos del otro país, por lo tanto, cada parte reconoce las pruebas, certificados y aprobaciones emitidos por organismos de evaluación de la conformidad autorizados de la otra parte, de modo que los productos pueden ser comercializados en el mercado de la otra parte, sin necesidad de más trámites.

Existen varios tipos de acuerdos8, los cuales pueden ser voluntarios o negociados, pero para el interés de este trabajo conciernen los acuerdos técnicos de reconocimiento, y más específicamente, los que conciernen a los motores de inducción. En general, los acuerdos técnicos de reconocimiento establecen una equivalencia entre las instituciones en los diferentes países. Se pueden acreditar los laboratorios, las inspecciones y los órganos de certificación de pruebas. En cuanto al comercio de los productos eléctricos, el uso clave de dichos acuerdos es que facilitan las verificaciones del fabricante ya que eliminan la necesidad de verificar otra vez el producto en un país extranjero [21, p. 73].

El ONAC ha firmado junto con unos 45 organismos de acreditación de laboratorios del mundo, un acuerdo de reconocimiento mutuo llamado el Acuerdo ILAC, en el campo de la acreditación de laboratorios y organismos de inspección; con el Foro Internacional de Acreditación (IAF) un acuerdo de reconocimiento multilateral, en el campo de sistemas de gestión, de productos, de servicios, personal y otros programas similares de evaluación de la conformidad; y a partir de 2010 pasó de miembro asociado a miembro pleno de la Cooperación Interamericana de Acreditación (IAAC). Estos MRAs/MLAs mejoran la aceptación de la información a través de las fronteras nacionales de los países signatarios9; aumentan la confianza en los resultados para determinar el cumplimiento con las regulaciones; eliminan la duplicación en la evaluación de la conformidad por la dependencia de los organismos de acreditación reconocidos y reducen los costos del comercio.

Otros MRAs/MLAs técnicos de reconocimiento destacados en el mundo, con los cuales ONAC no ha suscrito acuerdo, son: la Cooperación de Acreditación del Pacífico (PAC), para organismos de certificación; la Cooperación de Asia Pacífico para Acreditación de Laboratorios (APLAC), para laboratorios de ensayo y calibración, unidades de verificación (organismos de inspección); la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML); Bureau International de Poids et Mesures (BIPM); la Asociación Internacional de Certificación de Personal (IPC), que antes operaba como IATCA (International Auditor and Training Certification Association); la Cooperación Europea para la Acreditación (EA), [42].

Las razones presentadas en la sección 1 sobre la importancia de los sistemas motor eléctrico han despertado el interés de las naciones alrededor del mundo

8 Algunos ejemplos de Acuerdos Negociados o Voluntarios: Acuerdos Alemanes sobre Cambio Climático,

Convenios de Evaluación Comparativa Holandeses, Acuerdos Negociados con la Industria en Brasil, Programas GreenLight/MotorChallenge de la UE, Estrella de Energía de los EE.UU. y la UE. 9 En el sitio web de ILAC en www.ilac.org se puede encontrar detalles del Acuerdo ILAC y la lista de países

signatarios; en www.iaf.nu/ los miembros signatarios, asociados y grupos de acreditación regionales de IAF y en www.iaac.org.mx/Spanish/Index.php, el sitio de La Cooperación Interamericana de Acreditación IAAC, se presenta amplia información sobre laboratorios acreditados.

http://www.ilac.org/

http://www.iaf.nu/

http://www.iaac.org.mx/Spanish/Index.php

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para formular políticas y normas de eficiencia energética que apunten al mejoramiento de la eficiencia de estas máquinas, estableciendo normas de desempeño mínimo y acuerdos voluntarios u obligatorios, cuando no existan laboratorios acreditados nacionales.

Desde hace cerca de quince años, se entablaron acuerdos regionales negociados en muchas partes del mundo en relación a las clases de eficiencia de motores de inducción trifásicos de jaula de ardilla, algunos de los más destacados se describen a continuación.

1.1.6.1. El acuerdo EU CEMEP

Este acuerdo voluntario entró en vigor en el año 2000 y cobijaba los motores normalizados de acuerdo al estándar IEC 60034-2:1996, se definió para motores con potencias comprendidas entre 1.1kW y 90kW, de 2 y 4 polos y tensión de 400V–50Hz, y tuvo vigencia hasta noviembre de 2010. Este acuerdo clasificaba los motores en tres categorías de rendimiento EFF1 (alto rendimiento), EFF2 (rendimiento mejorado) y EFF3 (bajo rendimiento) y dentro de estas categorías especificaba los valores nominales de rendimiento que el motor debía cumplir en función del número de polos y del tamaño IEC. El estándar IEC 60034-2 fue ampliamente utilizado en Europa para determinar la eficiencia de la máquina de inducción, pero fue controvertido debido a su imprecisión y falta de coherencia en la determinación de la eficiencia de la máquina, principalmente por la forma en que presume las pérdidas adicionales dependientes de la carga. El 22 de julio de 2009 la Comisión Europea publica el reglamento 640/2009 para aplicar la directiva 2009/125/CE [43], la cual incluye de los motores eléctricos en el programa de diseño ecológico10 (Eco-Design), y establece un calendario para la puesta en marcha del nuevo acuerdo EU MEPS.

1.1.6.2. El acuerdo EU MEPS

El acuerdo EU MEPS –European Minimum Efficiency Performance Standards (Normas Mínimas de Desempeño de Eficiencia)–, sobresale como uno de los acuerdos más importante en cuanto al rendimiento del motor eléctrico de baja tensión, este acuerdo especifica el límite mínimo de eficiencia que debe cumplir el motor de inducción trifásico, para ser comercializado en el mercado europeo. Los fabricantes deben marcar la clase de eficiencia IE (International Efficiency) y el valor de la misma en la placa de caracterísiticas y en la documentación técnica de los motores.

EU MEPS entró en vigor en tres fases a partir del 2011, y se fundamenta en las normas IEC 60034-2-1: 2007 e IEC 60034-30: 2008. El estándar IEC 60034-30: 2008 define las clases de eficiencia para motores eléctricos de inducción trifásicos en el rango de potencia desde 0.75 kW hasta 375 kW, 50/60 Hz, hasta

10

El 6 de julio de 2005, la Unión Europea adopta la “Eco-design Directive” (2005/32/CE) para productos consumidores de energía. Estos productos deben ser diseñados teniendo en cuenta las consecuencias para el medio ambiente durante todo el ciclo de vida de los mismos y asegurar el suministro de energía para alcanzar un desarrollo sostenible [16].

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1000V, de 2, 4 y 6 polos, asi: IE1 (Eficiencia Estándar), IE2 (Alta Eficiencia), IE3 (Eficiencia Premium). La publicación de esta norma revisada está prevista para el 2012 (IEC/TS 60034-31) y lo más probable es que el ámbito de aplicación se extienda para incluir motores con potencias desde 0.12 kW hasta 800 kW, de 2, 4, 6 y 8 polos, así como los motores de imán permanente, también se espera que las clases de eficiencia se extendiendan a IE4 (Eficiencia Super Premium), y se deja abierta la posibilidad de incluir en un futuro la clase IE5 (Eficiencia Ultra Premium), que en la actualidad todavía no está disponible [33], [44], [12, pp. 38,41], [45, p. 52].

La Figura 6 muestra la comparación entre las clases de eficiencia según el estándar IEC 60034-30:2008 e IEC 60034:2009 para motores de 50 Hz en el rango de 1kW a 100kW. Se observa cómo la reglamentación es más exigente a medida que la clase de eficiencia del motor aumenta, por ejemplo, un motor de 10kW en la categoría IE2 debe tener una eficiencia mínima de 89%, mientras que el mismo motor en la categoría IE3, debe tener una eficiencia mayor de 92%.

En la Tabla 4 la se presenta un resumen de las clases de eficiencia y de los procedimeintos de ensayo de motores eléctricos de baja tensión, según EU MEPS, con sus respectivos periodos de entrada en vigencia:

IE3 (Eficiencia Premium), obligatoria en USA (2010), Canadá (2010), México (2010), EU (2015-2017); voluntaria en Japón (2015);

IE2 (Alta Eficiencia), obligatoria en Australia ANZ (2006), Corea (2008), Brasil (2009), China (2011), EU (2011), Taiwán (2013) y voluntaria en la India (2011)

IE1 (Eficiencia Estándar), actualmente vigente en muchos países de Latinoamérica, Asia y África.

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Tabla 4. EU MEPS y Normas de clasificación y procedimientos de ensayo de la eficiencia de motores eléctricos

Efficiency Levels 3-phase induction motors

Efficiency Classes Testing Standard Performance Standard

IEC 60034-30 IEC 60034-2-1 Mandatory MEPS

Global classes IE-Code

2008; rev. 2012 *

incl. stray load losses 2007; rev. 2012 **

National Policy Goal

Super Premium Efficiency

IE4

Preferred Method

Summation of losses with load test:

PLL determined from residual loss

- - -

- - -

- - -

- - -

Premium Efficiency IE3

Canada

Mexico

USA

Europe*** 2015 / 2017

High Efficiency IE2

Australia

Brazil

China

Europe

South Korea

New Zealand

Switzerland

Standard Efficiency IE1

Costa Rica

Israel

Taiwan

8 August 2011 A+B International

*) Sizes 0.12 kW - 800 kW, 50 and 60 Hz

**) for 3-phase machines, rated output power < 1 MW

***) Europe* 2015 (below 7.5 kW), 2017, IE3 or IE2 + Variable Speed Drive

Fuente [16, p. 9]

Figura 6. Comparación entre las clases de rendimiento según el estándar IEC 60034-30. Fuente: [9, p. 25]

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1.1.6.3. El estándar EPAct, Energy Efficiency Motor

El Departamento de energía de Estados Unidos (Department of Energy–DOE) promulgó en 1992 el Estándar Energy Policy Act of 1992 (EPAct), que obliga a partir del 24 de Octubre del 1997 a que los motores de 1hp a 200hp (0.75kW a 375kW) que se comercialicen en este país sean según la norma NEMA MG1, cumplan con una eficiencia mínima dependiendo de la potencia, del número de polos y del grado de protección (IP). La norma aplica para motores de 1hp a 200hp (0.75kW a 375kW), de 2 a 6 polos y tensiones de 230V o 460V – 60Hz

Los MEPS impuestos por EPAct para motores de 1-200 hp, 60 Hz, 2, 4 y 6 polos son correspondientes don la clase clase IE2 de la IEC 60034. En 1993 NEMA incorporó los motores de 201-500 hp. En el 2001 impone la clase Nema PremiumTM, marca registrada de NEMA EE.UU. NEMA Premium es correspondiente con la clase IE3, y reemplazó a EPAct 1992 para motores de 1-500 hp, 60 Hz, 2, 4 y 6 polos. La tabla 12-11 de la norma NEMA MG-1 contienen las eficiencias de motores a plena carga, tanto de motores abiertos, como cerrados, hasta 8 polos y 500 hp, y la tabla 12-12 las eficiencias NEMA Premium, para motores hasta 6 polos. Una reproducción de éstas tablas se presentan en la Tabla 5 y la Tabla 6 respectivamente.

Tabla 5. NEMA MG-1 Table 12-11 Full-Load Efficiencies of Energy Efficient Motors

Motor

Horsepower

Nominal Full-Load Efficiency

Open Motors Enclosed Motors

2 Pole 4 Pole 6 Pole 8 Pole 2 Pole 4 Pole 6 Pole 8 Pole

1 - 82.5 80 74 75.5 82.5 80 74

1.5 82.5 84 84 75.5 82.5 84 85.5 77

2 84 84 85.5 85.5 84 84 86.5 82.5

3 84 86.5 86.5 86.5 85.5 87.5 87.5 84

5 85.5 87.5 87.5 87.5 87.5 87.5 87.5 85.5

7.5 87.5 88.5 88.5 88.5 88.5 89.5 89.5 85.5

10 88.5 89.5 90.2 89.5 89.5 89.5 89.5 88.5

15 89.5 91 90.2 89.5 90.2 91 90.2 88.5

20 90.2 91 91 90.2 90.2 91 90.2 89.5

25 91 91.7 91.7 90.2 91 92.4 91.7 89.5

30 91 92.4 92.4 91 91 92.4 91.7 91

40 91.7 93 93 91 91.7 93 93 91

50 92.4 93 93 91.7 92.4 93 93 91.7

60 93 93.6 93.6 92.4 93 93.6 93.6 91.7

75 93 94.1 93.6 93.6 93 94.1 93.6 93

100 93 94.1 94.1 93.6 93.6 94.5 94.1 93

125 93.6 94.5 94.1 93.6 94.5 94.5 94.1 93.6

150 93.6 95 94.5 93.6 94.5 95 95 93.6

200 94.5 95 94.5 93.6 95 95 95 94.1

250 94.5 95.4 95.4 94.5 95.4 95 95 94.5

300 95 95.4 95.4 - 95.4 95.4 95 -

350 95 95.4 95.4 - 95.4 95.4 95 -

400 95.4 95.4 - - 95.4 95.4 - -

450 95.8 95.8 - - 95.4 95.4 - -

500 95.8 95.8 - - 95.4 95.8 - -

de 145

Fuente: [46]

Tabla 6. NEMA MG-1 Table 12-12 Full-Load Efficiencies for 60 Hz NEMA Premium Efficient Electric Motors Rated 600 Volts or less (Random Wound)

Motor Horsepower

Nominal Full-Load Efficiency

Open Motors Enclosed Motors

2 Pole 4 Pole 6 Pole 2 Pole 4 Pole 6 Pole

1 77 85.5 82.5 77 85.5 82.5

1.5 84 86.5 86.5 84 86.5 87.5

2 85.5 86.5 87.5 85.5 86.5 88.5

3 85.5 89.5 88.5 86.5 89.5 89.5

5 86.5 89.5 89.5 88.5 89.5 89.5

7.5 88.5 91 90.2 89.5 91.7 91

10 89.5 91.7 91.7 90.2 91.7 91

15 90.2 93 91.7 91 92.4 91.7

20 91 93 92.4 91 93 91.7

25 91.7 93.6 93 91.7 93.6 93

30 91.7 94.1 93.6 91.7 93.6 93

40 92.4 94.1 94.1 92.4 94.1 94.1

50 93 94.5 94.1 93 94.5 94.1

60 93.6 95 94.5 93.6 95 94.5

75 93.6 95 94.5 93.6 95.4 94.5

100 93.6 95.4 95 94.1 95.4 95

125 94.1 95.4 95 95 95.4 95

150 94.1 95.8 95.4 95 95.8 95.8

200 95 95.8 95.4 95.4 96.2 95.8

250 95 95.8 95.4 95.8 96.2 95.8

300 95.4 95.8 95.4 95.8 96.2 95.8

350 95.4 95.8 95.4 95.8 96.2 95.8

400 95.8 95.8 95.8 95.8 96.2 95.8

450 95.8 96.2 96.2 95.8 96.2 95.8

500 95.8 96.2 96.2 95.8 96.2 95.8

Fuente: [46]

1.1.6.4. El estándar EEAct, Energy Efficiency Motor Act 1992

La norma EEAct (Energy Efficiency Act 1992), similar a EPAct de estados Unidos, se promulga en Canadá en 1992 y obliga que los motores de 1hp a 200hp que se comercialicen en esta nación deben cumplir con el estándar CSA 390-93, y los valores de eficiencia mínima que han de cumplir dependerán, al igual que en el caso anterior, de la potencia, del número de polos y del grado de protección.

Las normas internacionales de prueba han estado en vigor durante muchos años, pero sólo recientemente se han adaptado para reflejar las mejores prácticas de pruebas de eficiencia energética y como resultado algunas economías superiores decidieron adoptar procedimientos de prueba IEEE. En 2008, un estudio de los principales fabricantes internacionales de motor eléctrico, identificado no alineados normas como la barrera principal mercado para la adopción más amplia de motores energéticamente eficientes. El método de prueba

de 145

estándar para motores eléctricos en Europa y Asia con 50 Hz de frecuencia de suministro de la red desde el año 1972 fue la Comisión Electrotécnica Internacional IEC 34-2 "Máquinas eléctricas rotativas - Parte 2: Métodos para la determinación de las pérdidas y la eficiencia de las máquinas eléctricas rotativas a partir de ensayos (excluyendo máquinas para vehículos de tracción) "(primera edición de 1972, última actualización 1997). Este método proporciona sólo un valor por defecto 0,5% para las pérdidas de carga adicionales callejeros, y tendían a subestimar significativamente el valor "real", especialmente para los motores de los tamaños pequeños. Esto condujo a la sospecha de que los motores probado de acuerdo con es estándard IEC, se clasificaron falsamente de 1% a 3% puntos mejor que el rendimiento real. Esta desviación puede ser equivalente a una clase completa eficiencia y por lo tanto podría crear una ventaja en el mercado injustificadas. En Norteamérica, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), presentó el "Procedimiento de prueba estándar para motores de inducción polifásicos y generadores" IEEE 112 (primera edición en 1984, la última actualización de 2004). El método B de esta norma, proporciona una medida más completa y fiable para verificar y comparar los motores estándar y de alta eficiencia eficientes y de alta calidad. El método incluye una prueba de entrada-salida de un motor eléctrico en condiciones de laboratorio y proporciona un valor para las pérdidas del motor (incluyendo las pérdidas de carga parásitas adicionales) y su total.

En reconocimiento de estos temas un nuevo estándar IEC ha desarrollado. El nuevo estándar IEC 60034-302008 "Clases de eficiencia" lograron armonizar las clases de eficiencia previamente divergentes utilizados en Europa (EFF1/EFF2/EFF3), Estados Unidos (Epact / NEMA Premium), China (Clase 1/2/3) y Australia (MEPS 2002, 2006). Como resultado de la adopción de la nueva norma IEC CEMEP ha retirado su logotipo EFF anterior. El Acuerdo Voluntario CEMEP / UE se puso en marcha en 1998 y renovado en 2006. Se definió tres clases de eficiencia del motor de baja tensión trifásico motores EFF1, EFF2 y EFF3. Del 10 de febrero 2010 nuevos motores, que se colocan en el mercado, no se les permite usar la EFF-marcas (EFF1, EFF2 y EFF3) nunca más. CEMEP recomienda el uso de las nuevas clases de eficiencia de IEC 60034-30 (IEcode). [14, p. 96]

Un comparativo entre las normas de clasificación de la eficiencia de motores eléctricos más empleadas actualmente en el mundo se presenta en la Tabla 7. Para una descripción más amplia de las regulaciones, políticas y características de la reglamentación de la eficiencia de motores eléctricos, en AL&C y Norte América véase el Anexo C, y un panorama de la tendencia mundial de las normas de eficiencia de motores eléctricos, entre los años 2010 al 2017 véase el Anexo D.

Tabla 7. Clases de eficiencia IEC 60034-30, EU CEMEP, EU MEPS, y US EPAct

Parámetros IEC 60034-30 EU MEPS EU CEMEP US EPAct

Número de polos 2, 4, 6 2, 4, 6 2, 4 2, 4, 6, 8

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Tabla 7. Clases de eficiencia IEC 60034-30, EU CEMEP, EU MEPS, y US EPAct

Parámetros IEC 60034-30 EU MEPS EU CEMEP US EPAct

Rango de potencia (hp)

0.75 - 375 (Incluye motores

a prueba de explosión)

0.75 - 375 1.1 - 90 1-500 (Incluye motores a

prueba de explosión)

Clases de Eficiencia

IE4-Eficiencia Super Premium (IEC60034-31)

--- --- ---

IE3-Eficiencia Premium

IE3-Eficiencia Premium

Idéntica a NEMA Eficiencia Premium

IE2-Alta Eficiencia

IE2-Alta Eficiencia

Comparable a EFF1

Idéntica a NEMA Energy Efficiency/EPAct

IE1-Eficiencia Estándar

Comparable a EFF2

Menor que la eficiencia estándar

Reglamentación Voluntaria

Directiva 2009/125/CE Reglamento

(CE) 640/2009

Acuerdo Voluntario Europeo

Ley

Norma de ensayo

IEC 60034-1 General

IEC 60034-2 Método de

ensayo

IEC 60034-1 General

IEC 60034-2-1 Método de

ensayo

IEC 60034-1 General

IEC 60034-2 Método de ensayo

NEMA MG1 Seguridad, Eficiencia Energética, valores

mínimos

Región

Internacional, Japón, Suiza, India, Israel,

Chile

Unión Europea

Unión Europea Estados Unidos, México

Fuente: diseño del autor, con base en las referencias bibliográficas [16], [43], [17]

1.1.7. Programas de apoyo a la eficiencia del sistema motor eléctrico

La Unión Europea, Estados Unidos, Canadá, China y Australia, llevan la delantera en la implementación de programas y proyectos nacionales y regionales para el mejoramiento de la eficiencia del Sistema Motor Eléctrico. Ejemplo de ello son las conferencias especializadas en el tema, EEMODS (international conference on Energy Efficiency in Motor Driven Systems) y MDS (the Motor Driven Systems Conference) inaugurada en noviembre del año pasado. EEMODS, con una amplia trayectoria, (Lisboa1996, Londres 1999, Treviso 2002, Heidelberg 2005, Beijing 2007, Nantes 2009 y Washington2011) ha tenido mucho éxito en congregar expertos internacionales y público interesado en el tema, incluyendo políticos, fabricantes de motores, académicos y usuarios finales de EMDS [47].

Es importante destacar algunos programas e iniciativas implementados especialmente por los países más avanzados en este tema, que promueven el uso de motores eficientes y MEPS. Algunos de esos programas se describen en las siguientes secciones y otros, no de menor importancia, se resumen en la Tabla 8.

de 145

1.1.7.1. El Anexo Sistemas accionados por Motores Eléctricos (Electric Motor Systems Annex–EMSA)

La Agencia Internacional de Energía (IEA) implementó un acuerdo de cooperación para contribuir al mejoramiento de la eficiencia, aplicado a equipos de uso final de la energía eléctrica eficiente (Programme on Efficient Electrical End-Use Equipment–4E), para apoyar a los gobiernos a formular políticas eficaces que aumentan la producción y el comercio de éstos equipos. Dentro de este acuerdo se destaca el programa 4E-EMSA Electric Motor Systems Annex-EMSA, que fue establecido en el año 2008 y es actualmente soportado por alrededor de 12 países. EMSA, mediante el programa 4E propuso ocho campos de intervención de los sistemas soportados por motores eléctricos11, con el objetivo de propagar la eficiencia energética de estos sistemas con tecnologías de punta y dar a conocer políticas y buenas prácticas de ingeniería y tecnología, para estimular la transformacion del mercado hacia la eficiencia energética en este campo12.

La tarea C del programa 4E-EMSA, denominada Centros de Prueba de Motores (The Task Testing Centres), inició a principios de 2009, al día de hoy tiene más de 70 miembros en cerca de 25 países en los cinco continentes. La meta de este trabajo es incrementar la calidad de los laboratorios de ensayo de motores eléctricos en todo el mundo, implementando redes entre laboratorios de diferentes países [48],. Se espera que los logros de este trabajo faciliten un diálogo entre una selección de laboratorios experimentales para desarrollar mejores prácticas y procedimientos del nuevo estándar IEC 60034-2-1. Australia es el líder en esta tarea y otros participantes incluyen a Dinamarca y Suiza, y Sudáfrica.

Una de las tareas más importantes emprendida en octubre de 2010 por el grupo de trabajo (Task C) y coordinado por la IEC, fue la de implementar un “Test Round Robin” para determinar la variación de la eficiencia de motores eléctricos reportada por diferentes fabricantes y laboratorios de ensayo en todo el mundo. Más específicamente, se espera que el test round robin ayude a estimar con más precisión el nivel de incertidumbre de los diferentes métodos de prueba y los datos suministrados para evaluar las desviaciones de las mediciones entre laboratorios, así como a definir la precición de la instrumentación [49, pp. 15-18], [50], [18].

1.1.7.2. El acuerdo de la Unión Europea Motor/Challenge

El programa Europeo Motor Challenge (MCP), es un programa voluntario promovido por la Comisión Europea en febrero de 2003 para ayudar a las empresas a mejorar la eficiencia energética de sus sistemas accionados por motores eléctricos. Esencialmente se centra en las cargas donde se ha observado

11

Estos sistemas consideran el conjunto motor acoplado a los equipos que acciona, como bombas, ventiladores, compresores, equipo de tracción y procesos industriales, infraestructura y grandes centros de consumo. 12

Task A: Implementation support & outreach, Task B: Technical guide for motor systems, Task C Testing centers, Task D: Instruments for coherent motor policy, Task E: Training and capacity building, Task F: Energy management in industry, Task G: New motor technologies, and Task H: Total motor systems integration, http://www.motorsystems.org/emsa-tasks

http://www.motorsystems.org/emsa-tasks

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mayor potencial de ahorro de energía, como compresores de aire, ventiladores y sistemas de bombeo. Las empresas pueden participar como colaboradoras elaborando planes de acción para reducir el consumo de energía mejorando la eficiencia de sus motores eléctricos o como socias, que generalmente, son fabricantes de productos relacionados con los motores eléctricos. info: http://www.motor-challenge.eu/

1.1.7.3. El programa Topmotors

Liderado por la Oficina Federal de energía de Suiza (S.A.F.E), enfocado al mejoramiento de la eficiencia de EMDS. El objetivo principal del programa es la difusión de información, servicios de asesoramiento, entrenamiento en mejores prácticas y auditorías. Topmotors coordina cada dos años la conferencia internacional Motor Summit (Cumbre del motor), con énfasis en la medición de laboratorios de ensayo [15, p. 16].

1.1.7.4. El programa Polaco de energía eficiente aplicado a motores

Polish Energy Efficient Motors Programme (PEMP), tiene como objetivo superar las barreras a la penetración en el mercado creciente de los motores eficientes y mejoras relacionadas con la eficiencia en sistemas de motor eléctrico. El proyecto consta de cuatro actividades principales apoyadas por el Fondo para el Medio Ambiente (GEF13). El primero se centra en la creación de capacidad y sensibilizción al proporcionar información y servicios relacionados con la eficiencia energética de sistemas de motores eléctricos. El segundo se refiere a proyectos de concientización para demostrar las ventajas técnicas y económicas de los sistemas de energía eficientes y motores eléctricos. El tercero tiene busca la transformación del mercado y estimular la competencia a través de un mecanismo de incentivo financiero, apoyado por la sensibilización coordinada y selectiva las actividades de recaudación. El cuarto, un componente político, incluye los instrumentos institucionales y de información, y ha sido identificado como un componente separado porque se dirige a un público objetivo diferente y requiere un enfoque diferente a nivel de gobierno nacional.

Tabla 8. Programas de apoyo a la eficiencia de EMDS

País Nombre del programa Descripción

Australia Equipment Energy Efficiency (E3) Program

MEPS; cumplimiento de pruebas de ensayo en laboratorios acreditados

Austria KLIMA: AKTIV energy efficient companies program

Formación de auditores de energía directrices de auditoría de los sistemas motor (sistemas de aire comprimido,

13

GEF reúne a 182 países en asociación con instituciones internacionales, organizaciones de la sociedad civil y el sector privado para abordar los temas ambientales globales, mientras que apoya las iniciativas nacionales de desarrollo sostenible. Hoy, el GEF es la principal fuente de financiación pública de proyectos para mejorar el medio ambiente mundial. Una organización independiente de gestión financiera, proporciona donaciones para proyectos relacionados con la biodiversidad, cambio climático, degradación de la tierra, la capa de ozono y los contaminantes orgánicos persistentes.

http://www.motor-challenge.eu/

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Tabla 8. Programas de apoyo a la eficiencia de EMDS

País Nombre del programa Descripción

ventiladores, bombas), la plantilla para los informes de auditoría; premios, talleres, conferencias

China

China Energy Label; China Energy Savings Program; China Motor System Market Transformation Program; Motor Systems Challenge

MEPS; etiquetado, programa de laboratorios acreditados

Sweden Programme for Improving Energy Efficiency in Energy Intensive Industries

Auditoría energética, recomendación de compra (costo de ciclo de vida del motor); informes sobre la gestión de la energía

USA

Motor Systems Initiative; Motor Decisions Matter (MDM); Compressed Air Challenge; Green Motor Initiative

Foro para los miembros, campañas de concientización buenas prácticas, capacitación

Motor Challenge Program; Save Energy Now, LEADER

Información, capacitación, conferencias, buenas prácticas, herramientas de software libre; apoyo al sector público; documentos y guías técnicas, evaluaciones

Para incluir todos los factores necesarios en el cálculo de la eficiencia, la Comisión Europea ha desarrollado el software EuroDEEM (la base de datos europea de motores eléctricos eficientes). Por ejemplo, las condiciones de carga, temperatura y calidad de la energía pueden dar lugar a variaciones significativas de la eficiencia durante el funcionamiento. Con EuroDEEM, las empresas tienen una herramienta de evaluación para examinar y optimizar la eficiencia del motor.

Fuente: [10], [35]

Por su parte, en AL&C existen programas de carácter regional enfocados al mejoramiento de la eficiencia energética, como el Programa de Energía Sostenible para el Caribe (CSEP), el Programa de Desarrollo de Energía Renovable del Caribe (CREDP), el Programa para América Latina y el Caribe de Eficiencia Energética (PALCEE), la Red Latino Americana y del caribe para la Eficiencia Energética (RED-LAC-EE), entre otros; existen además en AL&C otras iniciativas que buscan integrar la región en torno al uso racional y eficiente de la energía, como Foro Regional de Eficiencia…, encuentro político… No obstante, estos esfuerzos en la literatura consultada no se encontró un solo programa regional dedicado específicamente a la eficiencia de motores eléctricos.

En el caso de programas de eficiencia energética en motores desarrollados en América Latina, destacan sin duda los programas que han sido desarrollados en México y Chile. En ambos casos, estos programas han estado dirigidos a los sectores productivos y particular énfasis se ha buscado en que sus alcances incluyan el apoyo a empresas medianas y pequeñas [51, p. 11].

de 145

En México, el programa fue emprendido por iniciativa y financiamiento del Fideicomiso de Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE), como parte de sus programas orientados a proveer incentivos para la sustitución de equipos ineficientes por otros de alta eficiencia energética.

En el caso de Chile, el Programa de Incentivos a la Introducción de Motores Eléctricos Eficientes consiste en un subsidio para que los precios de los motores eficientes sean competitivos con respecto a los de los motores convencionales. Este programa se inició en noviembre de 2009 y forma parte de la iniciativa "Produce con Buena Energía" que busca impulsar la incorporación de más de 6 mil motores eficientes en el sector industrial, entre los años 2009 y 2010.

Como se puede vislumbrar en las secciones anteriores, existe una gran diferencia en los programas que promueven el aumento de la eficiencia energética direccionados al sistema motor eléctrico, entre las grandes economías del mundo y los paises de AL&C. Es por eso que en la región muchas oportunidades de ahorro se pierden al no tener el enfoque claro del sistema motor eléctrico.

1.2. LABORATORIOS DE ENSAYO DE LA EFICIENCIA DE MOTORES DE INDUCCIÓN ACREDITADOS

En la conmemoración del Día Mundial de la Acreditación14 (junio 2011), el Dr. Luis Felipe Torres, director de Regulación del Ministerio de Comercio, Industria y Turismo de Colombia, definió la Acreditación como “procedimiento mediante el cual se reconoce la competencia técnica y la idoneidad de organismos de certificación e inspección, laboratorios de ensayos y de metrología para que lleven a cabo las actividades de evaluación de la conformidad con normas técnicas y reglamentos técnicos [52, p. 3].

El estándar ISO/IEC 17025 [40] reconocido internacionalmente, se utiliza para calificar la competencia técnica de laboratorios de prueba. Esta norma evalúa los procedimientos y criterios que siguen los laboratorios para emitir certificaciones de productos, observando entre otros aspectos, la competencia técnica del personal; los métodos y procedimientos empleados; la trazabilidad de las mediciones; la calibración y mantenimiento de la instrumentación; la aplicación apropiada de la incertidumbre en la medición y el muestreo, el manejo y transporte de los materiales de las pruebas. Así mismo, la acreditación ha permitido establecer MRAs entre organismos acreditadores o entre entidades gubernamentales, para que los laboratorios alcancen una forma de reconocimiento internacional, permitiendo que los productos sean más fácilmente aceptados en mercados extranjeros, reduciendo ostensiblemente los costos del fabricante y de los importadores, ya que reduce o elimina la necesidad de que los productos sean sometidos a más pruebas en otro país.

14

El Día Mundial de la Acreditación se celebra cada año el 9 de junio. Es una iniciativa global establecida conjuntamente por el International Accreditation Forum (IAF) y el International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC).

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La acreditación es un instrumento para garantizar la competencia técnica de laboratorios de ensayo y calibración. La guía ILAC-G18:2002, especifica el alcance de la acreditación de laboratorios de ensayo, y el estándar internacional ISO/IEC 17025, especifica los requerimientos generales para la competencia de laboratorios de ensayos y calibraciones.

Un laboratorio acreditado por una entidad reconocida internacionalmente, como ILAC, proporciona confianza en los resultados de los procedimientos y mediciones que aplican a los productos; facilita el desarrollo económico y del comercio y sirve de soporte a los gobiernos para tomar decisiones referentes a la protección de la salud y bienestar de los consumidores, protección del medio ambiente, desarrollo de nuevas regulaciones y requerimientos, y asignación de recursos técnicos y financieros

Se hace imprescindible a nivel nacional, diagnosticar y evaluar la situación actual de los laboratorios de ensayo de la eficiencia energética de motores de inducción, así como diseñar e implementar un procedimiento para lograr la acreditación de laboratorios de ensayo y de calibración con el objetivo de garantizar productos y servicios de excelencia para la industria y la economía nacional.

En Colombia en el año 2002, el CIDET15 presentó el informe final del estudio para determinar el potencial de mercado para la prestación de servicios de medición en laboratorios de desempeño energético en equipos de uso final. En el informe, se concluye que “en la actualidad ningún laboratorio en el país está acreditado ni reconocido para realizar pruebas de eficiencia energética a los equipos del Programa Colombiano de Normalización, Certificación y Etiquetado de Equipos de Uso Final de Energía, PROGRAMA CONOCE [53, p. 41], hoy, después de casi una década, no se ha superado este inconveniente y se puede afirmar que “en la actualidad ningún laboratorio en el país está acreditado ni reconocido para realizar pruebas de la eficiencia a motores de inducción trifásicos, como se plantea en el RETIQ” [53]

La intensa búsqueda en las fuentes de información consultadas: Organismos de Acreditación Nacionales e Internacionales (ver Anexo B), universidades, empresas del sector eléctrico, y consultas a reconocidos expertos nacionales e internacionales16, arrojó que en AL&C solo hay once laboratorios acreditados bajo un estándar internacional para determinar la eficiencia de motores eléctricos: dos en Argentina, tres en Brasil, cinco en México y uno en Perú (Tabla 9).

El Anexo E, muestra en forma tabulada algunos laboratorios de prueba de la eficiencia del motor eléctrico acreditados en otros paises del mundo, donde se aprecia claramente la superioridad en el numero de laboratorios

15

Corporación Centro de Investigación y DEsarrollo Tecnológico del Sector Eléctrico Colombiano 16

Otras fuentes de información incluyen los organismos de acreditación nacional e internacional, como SIC, ONAC, ILAC, IAAF; expertos en el tema como los ingenieros Enrique Quispe y Conrad Brunner, entre otras.

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Tabla 9. Laboratorios de ensayo de la eficiencia de motores, acreditados en América Latina y el Caribe

País Laboratorio/ Institución

Especificaciones/ Pruebas

Norma

Argentina*

Instituto Argentino de Ensayos de Verificación S.A. IADEV

Ensayos de etiquetado de eficiencia. IEC 60034-2-1: 2007 Sólo cláusulas 5.7, 6.4.2, 6.4.4.1, 6.4.4.2, 6.4.5.3, 8.2.2.1, 8.2.2.2, 8.2.2.3, 8.2.2.4 y 8.2.2.5.1

IEC 60034-2-1: 2007

Lenor SRL IEC 60034-2-1:

2007

Brasil

Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo - IEE/USP

ABNT NBR 17094-1:2008 Máquinas elétricas girantes - Motores de indução Parte 1: Trifásicos estabelece os requisitos mínimos para motores de indução trfásicos. ABNT NBR 5383-1:2002 ensaios aplicáveis para a determinação das características de desempenho de motores de indução trifásico e verificação

ABNT NBR 17094-1;

ABNT NBR

5383-1;

ABNT NBR 5110

CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Electrica

Labelo Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

México

Laboratorio de Pruebas ANCE, A.C. México

NOM-016-ENER Eficiencia Energética en Motores trifásico hasta 5 C.P. (H.P.)

NOM-014-ENER-2004

GEIMM Ultra Test Lab., Monterrey García, NL 66000, México

IEEE 112, Method B Electric Motor Efficiency - Input-Output with Loss Segregation (for accreditation purposes, equivalent to CSA C390, Method 1)

IEEE 112-B;

CSA C390, Method 1

Siemens, S.A. de C.V. Laboratorio de Pruebas PEM-LAB

1) Pruebas para determinación de eficiencia energética para certificación de producto ante ANCE bajo NOM-014 y NOM-016. 2) Determinación de eficiencia energética para motores eléctricos de inducción jaula de ardilla, norma Canadiense (C390 de CSA), norma oficial Mexicana NOM-014 (monofásicos) y NOM-016 (trifásicos), IEEE-112 método B), vigentes.

NOM-014-ENER-2004;

NOM-016-

ENER-2010;

IEEE-112 método B

USEM de México, S.A. de C.V., Apodaca NL 66600, MEXICO

Prueba de eficiencia de motores eléctricos según el alcance y los procedimientos dados en el método B del instituto del estándar 112, (IEEE); Método de prueba para los motores de inducción y los generadores polifásicos, y método 1 de la asociación canadiense de los estándares (CSA) C390 estándar

NOM-016-ENER-2010;

IEEE 112-B;

CSA C390,

Method 1

WEG de México, S.A. de C.V. Laboratorio de Pruebas de Media Tensión

Determinación de la eficiencia por métodos A, B, E1, F1

NOM-016-ENER-2010;

NMX-J-075/3-1994-ANCE; IEE112-2004

Perú

FIEE: Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Universidad Nacional de Ingeniería de Lima

Motores Generadores, Motores AC/DC. Prueba de Vacío; Prueba con Carga; Prueba de Torque Velocidad; Prueba de Eficiencia; Medición de la Resistencia de Aislamiento y bobinados; Prueba de Tensión Aplicada; Pruebas de Tensión Inducida (2 VN, 2 FN).

NOM-016-ENER-2010

* LENOR SRL cuenta con filiales con alcance de certificación en China: Lenor Asia Ltd., en Chile: Lenor Chile Ltda., y en Colombia: Lenor Colombia SAS. Fuente: Organismos de Acreditación de los países; ILAC, IAAF, actualizada a 2011.

de 145

Es sorprendente que después de cuatro años de haberse promulgado el estándar IEC-60030-2-1 y que a pesar de que los organismos de normalización y acreditación nacionales, los investigadores, y el sector industria reconozcan la importancia de la acreditación de laboratorios de prueba; hayan realizado campañas y programas de capacitación y de que los gobiernos hayan avanzado en legislación, entre otras actividades, referentes al rendimiento energético de motores eléctricos, aun la región no esté suficientemente preparada para enfrentar el reto de certificar localmente la eficiencia de motores de inducción, mediante un número suficiente de laboratorios de ensayo acreditados. Por consiguiente, la gran mayoría de los países de la región, están obligados a confiar en los fabricantes y a establecer acuerdos MRAs/MLAs, con laboratorios extranjeros de ensayo de motores que estén acreditados.

En conclusión, considerando la importancia de los motores eléctricos en el contexto de su participación en el consumo energético y la disminución de gases de efecto invernadero e independientemente de donde ellos sean manufacturados, la certificación de la eficiencia impresa en la placa de características debe ser confiable, debe estar avalada por una norma internacionalmente reconocida y validada mediante un procedimiento de prueba, en un laboratorio de ensayo acreditado.

2. EL ESTÁNDAR IEEE 112–2004

En este capítulo se presentan los procedimientos de ensayo y los cálculos necesarios para determinar la eficiencia de motores de inducción trifásicos, aplicados a los métodos B y F del estándar IEEE 112–2004.

Esta norma se presenta –bajo el título “Standard procedure for polyphase induction motors and generators” [34]– en nueve secciones y cuatro anexos, los cuales a su vez se dividen en capítulos y secciones, que en conjunto, exhiben una estructura compleja, caracterizada por la frecuente referencia en el texto a subtítulos ubicados en diferentes secciones de la misma norma, y de otros estándares internacionales17. Por consiguiente, el usuario de dicha norma pierde continuidad y ubicación en su lectura, lo cual dificulta su comprensión.

El estándar IEEE 112 (primera edición 1984, última actualización 2004) no solo permite encontrar la eficiencia de la máquina, también propone los ensayos y procedimientos para determinar el factor de potencia, las curvas características de torque–velocidad y corriente–velocidad, y otras características mecánicas de la máquina.

En la última actualización, la norma IEEE 112 define once métodos de ensayo para hallar la eficiencia de motores y generadores eléctricos trifásicos; de ellos, los cuatro principales son: i) el método A, (medición directa de las potencias de entrada y salida), ii) el método B (mediciones de entrada y salida con segregación de pérdidas y medición indirecta de las pérdidas adicionales en carga), iii) el método C (máquinas duplicadas con segregación de pérdidas y medición indirecta de las pérdidas adicionales en carga), e iv) el método F (circuito equivalente con medición directa de las pérdidas adicionales). Los otros métodos, B1, E, E1, F1, C/F, E/F y E1/F1 son variaciones de éstos [54].

Cada método ofrece ciertas ventajas sobre los demás con respecto a la precisión, la instrumentación, el costo o la simplicidad y facilidad de implementación en campo o en laboratorios de ensayo. Además, la norma especifica para cada método las condiciones bajo las cuales se deben realizar los ensayos, los procedimientos y los cálculos necesarios para obtener las pérdidas de la máquina, y recomienda las características básicas de las máquinas a las que aplican dichos métodos.

2.1. ¿PORQUÉ SE ENFOCA ESTE TRABAJO EN LOS MÉTODOS B Y F DEL ESTÁNDAR IEEE 112?

Pese a que la norma IEEE 112 ofrece once métodos para determinar la eficiencia de los motores y generadores trifásicos, la mayoría de los estudios que se han realizado en el mundo, comparan diversas normas con el método B del

17

Algunas de las normas referidas en la norma IEEE 112, son IEEE Std 119-1974, IEEE Std 43-2000: 2006, IEEE Std 118-1978: R1992, Publication NEMA MG 1-2003, IEC 60034-9, ANSI/IEEE Std 120-1989, IEC 60034-2-1:2007, [72], [32], [73], [74], [63].

de 145

estándar IEEE 112. Es un hecho ampliamente aceptado en la comunidad científica, que el método IEEE 112–B es reconocido como un hito en las normas de ensayo de la máquina de inducción, y que ha demostrado ser confiable y consistente por años. Prueba de ello, son las intensas comparaciones con otros estándares internacionales que ha resistido a través del tiempo. Durante casi dos décadas, los investigadores y académicos han enfrentado la IEEE 112 con las normas de procedimientos de ensayo de la eficiencia energética de motores de inducción más reconocidas, (IEC 60034–2:1972, JEC–37:1979, CSA–390:1985, BS–269, IEC 61972:2002, [5], [7], [55], [56], [57], [58]). Los resultados de las comparaciones, concluyen que típicamente el método IEEE 112–B es más preciso, y da valores de eficiencia más bajos, principalmente debido al procedimiento de estimación de las pérdidas adicionales dependientes de la carga (PLL)

18.

Se pueden citar muchos autores y estudios serios, que han tomado como referente de comparación el método B, pero no son muchos los autores que han comparado otros métodos de la IEEE 112 (diferentes al método B), con las normas ya citadas, o que presenten comparaciones entre varios métodos de la misma norma. Algunos estudios recientes se han enfocado en comparar métodos específicos de las normas (por ejemplo, los métodos B y E de la IEEE 112, con los métodos 8.2.2.5.1 y 8.2.5.3.1 de IEC60034-2-1, respectivamente. [32], [59], [60], [61], [62]). Sin embargo son pocos los indicios del método IEEE 112–F en dichas comparaciones.

No todo es bueno para el método IEEE 112–B, este método precisa realizar las pruebas de resistencia a temperatura ambiente, temperatura a carga nominal, prueba de carga, prueba de vacío y prueba de carga mínima para compensar la tara del dinamómetro. En la prueba de carga se requiere la medición de la velocidad y del torque al menos en seis puntos de carga. Por su parte, el método IEEE 112–F requiere la realización de tres pruebas eléctricas: medición de la resistencia de los devanados, prueba de vacío y prueba de impedancia o rotor bloqueado. La precisión de este método depende de la exactitud con que se mida la resistencia y la reactancia de dispersión del rotor respectivamente, a corrientes de baja frecuencia.

Es claro que un banco de pruebas para realizar los ensayos mecánicos, como es el caso de la medición de torque y velocidad del método IEEE 112–B, es más costoso y dificil de implementar y casi imposible de llevar a efecto en campo, y requiere además diferentes tamaños de dinamómetros para probar motores de diversos potencias19; mientras que la implementación de un banco de pruebas que

18

En inglés: “Stray Load Losses PSLL” o simplemente Load Losses” son dos términos comunes con que se

designan las pérdidas adicionales, o pérdidas indeterminadas. Existe evidencia del concepto “Stray Load Losses” desde 1912, [62], [83], [82], [84]. 19

Auinger y Bunzel, presentaron un estudio [80], donde se muestra que para probar motores eléctricos de jaula de ardilla de baja tensión, en los rangos de 2 a 8 polos y 0.09 a 250 kW., y en seis puntos de carga (25%, 50%, 75% 100%, 125% y 150%), el laboratorio de ensayos debe estar dotado de por lo menos once medidores de par que puedan cubrir este rango de tamaños, respetando la precisión exigida en las normas. Evidentemente, no es solo tener los once dinamómetros y tacómetros de diferentes potencias, también se

de 145

solo involucre mediciones eléctricas, tal como el método IEEE 112–F, es más fácil y puede permitir realizar pruebas en campo o en el mismo banco de pruebas de taller a un mayor número de motores. Adicionalmente, el conocimiento de los parámetros del circuito equivalente del motor, que es uno de los objetivos del método F, permitirá simular diversas situaciones de carga del motor para predecir diferentes situaciones de funcionamiento. Además, para el caso de algunas auditorías energéticas y para el diseño de controles de mando del motor, basados en programas de simulación, los parámetros del circuito equivalente obtenidos en el método F, constituyen una gran herramienta.

Un buen método de evaluación de la eficiencia será aquel que permita realizar las pruebas de una manera sencilla, en un buen número de motores de diferentes características electromecánicas y al menor costo posible, sin demeritar la confiabilidad y la exactitud del resultado obtenido.

2.2. CLASIFICACIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN LOS MOTORES INDUCCIÓN

Las pérdidas definidas en la sección 1.1.4 para un motor trifásico de jaula de ardilla se pueden clasificar en dos categorías: la primera se refiere a las pérdidas dependientes de la carga (PL) y estan constituidas por la suma de las pérdidas debidas al efecto Joule, al circular corriente eléctrica por los devanados del estator (Ps=I

2Rrotor) y del rotor (Pr=I

2Restator), con las pérdidas indeterminadas, o pérdidas

adicionales dependientes de la carga (PLL); y la segunda categoría corresponde a las pérdidas constantes (PK), las cuales son independientes de las variaciones de la carga, y están integradas por la suma de las pérdidas en el hierro (Pfe), con las pérdidas por fricción y ventilacion (Pfv), en forma matemática,

(3) T K L LLPÉRDIDAS

Perdidas constantes Perdidas dependientes de la carga

P P P P P

(4) k fe fv

2 2

L r s estator rotor

P P P

P P P I R I R

Donde R1 es la resistencia del estator por fase y R2 es la resistencia del rotor por fase referida al estator.

La conversión de potencia eléctrica (Pe), en potencia mecánica (Pm) en el eje del motor y las componentes de las pérdidas descritas anteriormente, se aprecian en el flujo de potencias mostrado en la Figura 7. Esta representación se conoce comúnmente como diagrama Sankey del motor eléctrico. Este diagrama, también muestra las componentes típicas de las pérdidas para un motor de jaula de ardilla de 4 polos.

La eficiencia definida en la sección 1.1.4, se puede hallar mediante dos métodos: por medición directa, ecuación (1), o por medición indirecta, ecuación

debe considerar el montaje, el mantenimiento, la alineación de los equipos, y los tiempos para realizar las pruebas.

de 145

(2). En el primer método, se precisa conocer la potencia eléctrica suministrada y la potencia mecánica de salida, para lo cual se debe medir el par y la velocidad de la máquina. El segundo método, comunmmente denominado “segregación de las pérdidas”, consiste en determinar las pérdidas indeterminadas a partir de la medición de las pérdidas por efecto Joule, las pérdidas constantes y la potencia de entrada. La potencia de entrada se puede medir directamente, y las pérdidas por efecto Joule y las pérdidas constantes se pueden determinar mediante ensayos y cálculos, no obstante, desde el año 1912 se demostró que las pérdidas totales calculadas por el método directo difieren de las pérdidas calculadas por el método de segregación de pérdidas [63] y que no hay forma conocida de medir directamente las pérdidas adicionales, por consiguiente, hasta el día de hoy, las pérdidas indeterminadas se obtienen por diferencia de las variables medibles.

2.3. MÉTODO B DEL ESTÁNDAR IEEE 112

Este método se recomienda para máquinas verticales con potencias nominales comprendidas entre 1kW y 300kW si la construcción de los cojinetes lo permite. Máquinas de capacidad superior a 300 kW deben ser probados por este método, cuando las condiciones de precisión y repetibilidad de los resultados lo ameriten y se disponga de un laboratorio de ensayos con la capacidad adecuada.

El procedimiento propuesto en el método B para hallar las pérdidas indeterminadas PLL, es el de segregación de las pérdidas, y consiste en calcular las pérdidas aparentes totales, restando la potencia de salida de la potencia de entrada, medidas ambas por el método directo. Posteriormente se calculan independientemente las pérdidas por efecto Joule y las pérdidas constantes y

Figura 7. Balance de potencias de un motor de inducción y porcentaje típico de pérdidas para un motor de jaula de ardilla de 4 polos. Fuente [81, p. 22], [85, p. 6]

Tipo de Valor típico Pérdida (%)

Ps 35 – 40

Pr 15 – 20

Pfe 15 – 20

PLL 10 – 15

Pfr,w 5 – 10

de 145

ambos componentes de pérdidas se restan de las pérdidas aparentes totales, véase la ecuación (5). Este valor de las pérdidas indeterminadas se grafica contra el cuadrado del par, y se hace una regresión lineal para eliminar el efecto de los errores aleatorios en las medidas del ensayo y determinar, mediante el ajuste de los datos, las pérdidas totales y la eficiencia.

(5)

LL e s K L

2 2

LL e s fe fr,w 1 2

P P P P P

P P P P P I R I R

El diagrama de flujo de la Figura 8 presenta de manera general, los títulos del estándar IEEE112–B para determinar la eficiencia de la máquina. El esquema general se divide en tres categorías: los procedimientos de prueba, los cálculos y las correcciones.

2.3.1. Procedimientos para realizar los ensayos

Las pruebas individuales que comforman el método B, son en su orden: medición de la resistencia en frío, ensayo de temperatura a carga nominal, prueba bajo carga y ensayo sin carga. Estas pruebas deben llevarse a cabo en el orden indicado y se pueden realizar en pasos independientes, si la temperatura de funcionamiento de la máquina se establece cerca de su temperatura de operación

Método B

Cálculos (2.3.2)

Procedimientos de los ensayos (2.3.1)

Correcciones (2.3.3)

Pérdidas por fricción y ventilación

Medición de resistencia en frío

Corrección de las pérdidas adicionales dependientes

de la carga

Determinación y ajuste de las pérdidas adicionales dependientes de la carga

Pérdidas en el núcleo Ensayo de temperatura a carga nominal Corrección por temperatura

de las pérdidas por efecto Joule RI

2

Pérdidas por efecto Joule en el estator y en el rotor RI

2

Ensayo bajo carga

Corrección de las pérdidas totales

Corrección de la potencia mecánica

Pérdida total aparente Ensayo sin carga

Figura 8. Procedimiento de pruebas, cálculos y correcciones del método IEEE112–B.

Eficiencia y Factor de Potencia (2.3.4)

de 145

normal especificada para el tipo de prueba a realizar, antes de obtener los datos de la prueba.

En el anexo F se presenta el listado de símbolos y convenciones empleados en los cálculos del método B.

2.3.1.1. Medición en frío de la resistencia de los devanados del estator

El objetivo de esta prueba es determinar las condiciones iniciales de la máquina. Es la primera prueba que se debe realizar, con ella se encuentra la resistencia de los devanados conectando el motor sin carga, tal resistencia, permite encontrar posteriormente la resistencia de los devanados con el motor conectado a plena carga.

Procedimiento

Con la máquina operando en vacío, se mide la temperatura ambiente inicial, y la resistencia en frío de los devanados del estator terminal a terminal (T1–T2, T2–T3, T3–T1) con su respectiva temperatura. La máquina debe conectarse en la configuración que se va a utilizar para determinar la eficiencia (conexión delta o estrella, Figura 9).

Cálculos y correcciones

Se corrige el valor de la resistencia promedio medido entre terminales, al valor correspondiente de la resistencia de fase de la máquina, de acuerdo al tipo de conexión del motor (Ri). Para conexión triángulo, la resistencia de una fase del bobinado es 1.5 veces el valor de la resistencia promedio medida entre terminales, y para conexión estrella, la resistencia de una fase es 0.5 veces el valor de la resistencia promedio medida, como se apecia en la Figura 9 y la ecuación (6).

Conexión Delta

T1

T2

T3

T1

T2

T3 Conexión Estrella

R(T1–T2) R(T1–T2) R

i

Ri

Ri

Ri

Ri R

i

Figura 9. Medición de resistencia de los devanados en conexión Delta y Estrella

de 145

(6)

1 2 2 3 3 1promedio T -T T -T T -T

i i

promedio i promedio

i

promedio i i promedio

1

3

2 3= , Para conexión Delta

3 2

12 , Para conexión Estrella

2

R R R R

R RR R R

R

R R R R

Registros. Se registran las siguientes variables:

La temperatura ambiente inicial, Tai, (ºC),

El promedio de la resistencia de los devanados en frío, corregido al valor de resistencia de fase del estator, Ri (Ω), y

El promedio de la temperatura de los devanados, Ti (ºC),

¿Cómo medir la resistencia de los devanados?

Comúnmente, el devanado del estator de una máquina presenta una resistencia de bajo valor. La precisión de la medida de la resistencia del alambre en estos casos, se afecta por la resistencia de contacto y por las condiciones ambientales, tales como temperatura, humedad, presión atmosférica, y la corrosión química. El efecto de la resistencia de contacto puede reducirse considerablemente mediante el uso de resistencia con cuatro terminales, pero en la mayoría de las situaciones prácticas, la temperatura es la principal preocupación.

Para medición directa de resistencias en el rango de los valores típicos de resistencia de los devanados de máquinas eléctricas, con una exactitud menor al 1%, IEEE Std 118-1978, recomienda emplear circuitos tipo puente (Wheatstone, o Kelvin), miliohmímetro o el método del amperímetro, y si la medición es indirecta, la norma recomienda el método voltímetro–amperímetro.

La Figura 10 muestra un óhmetro simple para la medición directa de la resistencia. En este instrumento, el voltímetro es alimentado por las baterías la lectura inicial V1 es puesta a gran escala cortocircuitando Rx y ajustando R. la resistencia desconocida es entonces introducida en la serie con la combinación de medidor de batería. En vez de leer V2, la escala directamente calibrada en ohmios, de acuerdo a la ecuación (7)

(7) 1

X V

mR R

m

Donde m es la fracción de la escala del medidor indicada y RV es la resistencia del voltímetro. RV se asume como un valor mayor que RX. La escala se calibra directamente en unidades de ohmios. Los rangos del óhmetro se cambian al cambiar la medición de las resistencias y voltajes de la batería.

de 145

Si se emplea el método de medición indirecta, la norma recomienda emplear una fuente de corriente continua, en vez de corriente alterna, para evitar el error debido a la variación de la resistencia del alambre en función de la frecuencia, conocido como efecto pelicular o efecto piel.

También se debe tener presente que la resistencia eléctrica del cobre o del aluminio, varía proporcionalmente con el aumento de la temperatura, lo cual limita la corriente que debe circular por el alambre a causa de aplicar una fuente de voltaje DC para la medición. Para bobinados pequeños, la corriente no debe exceder de 15% de la corriente nominal del bobinado. Si la medición de la resistencia puede hacerse antes de que devanado alcance la temperatura nominal, el error será menor y la corriente pude ser hasta 25% (o en casos extremos, 50 %) de la corriente nominal del devanado. Además, el error en la medida es proporcional al cuadrado de la corriente de medición, [64]. La Figura 11 muestra los esquemas de conexión para realizar las medidas y la ecuación (8) la forma de realizar los cálculos.

(8)

2 ax

1 2

x

V

, Método del amperímetro

, Método del voltímetro - amperímetro

I RR

I I

VR

VI

R

Zero adjust

Rx

V

R

Figura 10. Óhmetro simple para medición directa de resistencia. Fuente: [63]

Limiting Resistor Switch

DC Power Source

Rx

A

Current – Limiting Resistor (If necessary)

Rx

A

V DC Power Source

Figura 11. Método del amperímetro (izquierda) y método voltímetro–amperímetro (derecha), para la medición de resistencias de bajo valor. Fuente: [63]

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En las expresiones anteriores, Rx es la resistencia del devanado del estator, medida entre los terminales de conexión (T1–T2, T2–T3, T3–T1), I1 es la corriente medida con el interruptor abierto, I2 es la corriente medida con el interruptor cerrado, Ra es la resistencia interna del amperímetro, V es el voltaje medido, I es la corriente medida y Rv es la resistencia interna del voltímetro.

Algunas pruebas requieren que la resistencia medida de los devanados sea corregida o ajustada a valores de temperatura diferentes de la temperatura durante el ensayo. Si se conoce el valor de una resistencia de un devanado Rinicial, a una temperatura determinada Tinicial, el valor de la resistencia Rfinal, se puede determinar a una temperatura deseada Tfinal, usando la siguiente expresión:

(9) final 1

final inicial

inicial 1

T kR R

T k

En esta expresión, k1 es 234.5 si el material del devanado es cobre puro, o k1

es 225 si es de aleación aluminio de 62% de conductividad.

¿Cómo medir la temperatura?

Las normas IEEE–119:1974 e IEEE–1:1986 R2000, exponen cuatro métodos generales para medir la temperatura de los devanados y del medio ambiente: termómetro de alcohol, detector de temperatuta local, detector de temperatura incorporado en los devanados de la máquina, y resistencia del bobinado.

La medición precisa de la temperatura, en la mayoría de los casos, requiere de instrumentación sofisticada cuidadosamente seleccionada e instalada y de personal técnico cualificado. En la selección adecuada de un sensor de temperatura, influyen factores como: la precisión requerida, las características físicas y la accesibilidad al componente a medir, el rango de temperatura, y la facilidad de comunicación con dispositivos remotos de indicación o control, entre otros. Para comprobar la elevación de temperatura de la máquina, se puede usar el método termométrico, el método de variación de la resistencia de los devanados, o emplear detectores de temperatura incorporados en los devanados del estator.

En condiciones normales, la principal fuente de calor en una máquina radica en los devanados del estator y es dificil encontrar el punto más caliente de la máquina, por eso, para medir la elevación de temperatura de la máquina, lo más recomendable es usar sensores alojados en los devanados, y obtener la temperatura promedio, en vez del punto más caliente. Los sensores pueden ser termocuplas, termistores o detectores de temperatura resistivos (RTD), y es importante que sean diseñados para resistir las temperaturas máximas alcanzadas durante la fabricación, montaje y pruebas de la máquina, así como durante el servicio normal de operación, porque, en la mayoría de los casos, la sustitución es imposible.

Si la máquina está en funcionamiento, la norma recomienda usar el método de la variación de resistencia del bobinado para medir su elevación de temperatura.

de 145

En este método, la temperatura promedio de los devanados, se calcula midiendo su resistencia a una temperatura conocida y medirla nuevamente cuando la máquina está caliente. Así, se puede determinar la temperatura final del devanado Tf (ºC), a partir de los valores conocidos de la resistencia inicial Ri (Ω) y la temperatura inicial Ti (ºC) y de la medición de la resistencia final Rf (Ω), como se aprecia en la ecuación (10).

(10) finalfinal inicial 1 1

inicial

RT T k k

R

2.3.1.2. Ensayo de temperatura a carga nominal

El objetivo de esta prueba es determinar la resistencia y la temperatura de los devanados de la máquina operando a plena carga, después de haber alcanzado la estabilidad térmica. Con esta prueba se encuentra la temperatura de los devanados del estator en estabilidad térmica (Tf), y la temperatura específica de la máquina (Ts). La temperatura específica, es la temperatura a la cual se deben calcular los valores de eficiencia para todas las condiciones de carga.

Procedimiento

La prueba consiste en operar la máquina con carga nominal, hasta alcanzar el equilibrio térmico, el cual se logra cuando el incremento de temperatura en los devanados no varía más de 1°C en un lapso de 30 minutos. Se mide la temperatura de los devanados y la temperatura ambiente, luego se desenergiza y se desconecta la máquina y se mide la resistencia entre los terminales de conexión (T1–T2, T2–T3, T3–T1). Se mide adicionalmente, el tiempo que se tarda en tomar el dato de la resistencia de los devanados.

El tiempo de medición y regisro de la resistencia depende de la potencia de la máquina, de las condiciones ambientales, de la habilidad del operario para tomar los datos y de los recursos disponibles. Este tiempo no debe superar los valores estipulados en la Tabla 10.

Tabla 10. Tiempo máximo de retardo para medir la resistencia de los devanados

Machine rating Time delay after switching off power

(seconds) kVA kW

50 or less 38 or less 30

Above 50 to 200 Above 38 to 150 90

Above 200 Above 150 120

Fuente [34, p. 23]

Si no es posible tomar una lectura en un tiempo menor al indicado en la Tabla 10, se debe hacer una curva de enfriamiento tomando un mínimo de 10 datos de resistencia promedio a intervalos de 30 segundos, para hallar la resistencia al tiempo especificado en dicha tabla.

Mediciones

de 145

Se mide la frecuencia de la red eléctrica, la temperatura ambiente al finalizar la prueba (Taf), el promedio de las resistencias de los devanados, la temperatura en cada uno de los devanados, y el tiempo transcurrido para medir la resistencia entre los terminales del devanado.

Cálculos y correcciones

Se calcula la resistencia final de los devanados del estator (Rf), como el promedio de las resistencias medidas en los devanados y se corrige al valor de la resistencia de fase del estator, de acuerdo a la conexión. De la ecuación (6) se tiene:

(11)

f promedio

f promedio

3, Para conexión Delta

2

1, Para conexión Estrella

2

R R

R R

Se calcula la temperatura promedio del devanado del estator por fase, medida a carga nominal (Tf), ºC

(12) f T1-T2 T2-T3 T3-T1

1

3T T T T

Se calcula la temperatura de los devanados en equilibrio térmico (Tfr), por el método de la variación de resistencia, así:

(13) ffr i 1 1

i

RT T k k

R

k1 es 234.5 si el material del devanado es cobre puro, o k1 es 225 si es de aleación aluminio 62% de conductividad.

Se calcula el aumento de temperatura nominal, que es incremento de temperatura requerido para alcanzar el equilibrio térmico, al pasar la máquina de la condición de vacío a plena carga (∆Tnominal).

(14) nominal fr afT T T

Si la prueba de temperatura no se hace a carga nominal, obteniéndose una corriente de carga diferente de la corriente de plena carga, el aumento de la temperatura del ensayo se debe ajustar a la temperatura de carga nominal mediante la ecuación (15).

(15)

2

nominalnominal ensayo

ensayo

=I

T TI

Se calcula la temperatura específica de la máquina (Ts). Cuando se ha practicado la prueba de temperatura a carga nominal, la temperatura específica es igual a la temperatura alcanzada en equilibrio térmico en esta prueba, es decir

de 145

s fT T , en caso contrario, el valor de la temperatura específica se obtiene

realizando la prueba térmica a carga nominal a una máquina duplicada –máquina que tiene los mismos datos de placa y condiciones constructivas que la máquina en evaluación– o con fundamento en la clase de aislamiento térmico de las bobinas, de acuerdo a la Tabla 11.

Tabla 11. Temperatura especificada para el cálculo de la eficiencia, cuando la temperatura a plena carga no se ha medido

Class of insulation system Temperature in °C (total temperature

including 25°C reference ambient)

A 75

B 95

F 115

H 130

Fuente [34, p. 5]

La temperatura específica también se afecta por la altura referida al nivel del mar de la zona geográfica donde se hace la prueba. Cuando el ensayo se realiza a una altitud inferior a 1000 metros sobre el nivel del mar, y en presencia de corrientes de enfriamiento que oscilen entre 10ºC y 40ºC, no se requiere compensar la temperatura específica, en caso contrario, aunque no hay un método exacto de determinar la infuencia de la altitud con el aumento de la temperatura, éste se puede estimar asumiendo que por cada 100 metros por encima de 1000 metros sobre el nivel del mar, el aumento de temperatura se reduce en 1% respecto al valor a nivel del mar.

Las corrientes de aire adyacentes a la máquina bajo prueba, también afectan el aumento de temperatura, por consiguiente, es conveniente que los ensayos se realicen en espacios donde estas corrientes no incidan en la variación de temperatura.

Registros. Se registran las siguientes variables:

La frecuencia de la red eléctrica, (Hz),

La temperatura ambiente final, al finalizar la prueba de calentamiento, Taf (ºC),

Resistencia final promedio del devanado del estator por fase, medida a carga nominal, Rf (Ω),

La temperatura específica, Ts (ºC).

El tiempo transcurrido para medir la resistencia entre terminales de los devanados, (s), y

La temperatura final de los devanados en equilibrio térmico, calculada a partir de las resistencias inicial y final, Tfr (ºC)

2.3.1.3. Ensayo bajo carga

de 145

El objetivo fundamental de esta prueba de carga es determinar las pérdidas adicionales dependientes de la carga. Sin embargo, el ensayo también permite determinar el factor de potencia y las curvas de par–velocidad y corriente–velocidad de la máquina

Procedimiento

Se alimenta la máquina con su tensión y frecuencia nominales y se espera hasta que la temperatura de los devanados, como mínimo, alcance 10°C por debajo de la temperatura de equilibrio térmico medida por resistencia en el ensayo de temperatura a carga nominal (Tfr).

Se proveen en forma descendente, seis valores de carga al eje del motor, empleando un dinamómetro.

Se empieza aplicando una carga máxima de 150% de la carga nominal, y se disminuye progresivamente la carga aplicada en porcentajes aproximadamente equidistantes entre si, hasta llegar al 25% de la carga nominal.

Dentro de los seis puntos de carga aplicados al motor, se debe incluir la medición al 100% de la carga nominal.

Mediciones y registros

Para cada punto de carga aplicado al motor, se toman y registran los siguientes datos:

La frecuencia de la red eléctrica, (Hz),

La temperatura ambiente, en cada punto de carga, Tac (ºC),

El promedio de las temperaturas de los devanados del estator, medido a carga variable, Tc (ºC),

El promedio de los voltajes rms suministrados en cada punto de carga, (V),

La corriente de fase promedio, medida a carga variable, Ic (A),

La potencia de entrada medida a carga variable, Pec (W),

Par torsional del motor medido a carga variable, Mc (Nm), y

La velocidad de rotación del eje de la máquina, medida a carga variable, ηc (rpm).

2.3.1.4. Ensayo de carga mínima

El objetivo de esta prueba es determinar la carga mínima demandada por el dinamómetro, y compensarla para evitar el error de tara asociado al freno y las pérdidas de fricción del sistema de acoplamiento. La selección del dinamómetro debe ser tal que, la potencia mecánica demandada al motor por el dinamómetro regulado a su carga mínima, incluyendo las pérdidas de fricción, acoplamiento y ventilación del dinamómetro en estas condiciones, no excedan en 15% la potencia nominal de entrada de la máquina que se está probando.

de 145

Procedimiento

Se regula el dinamómetro a su carga mínima y se acopla al eje del motor.

Se alimenta la máquina con su tensión y frecuencia nominales y se espera hasta que la temperatura de los devanados, como mínimo, alcance 10°C por debajo de la temperatura de equilibrio térmico (Tfr).

Se espera hasta que se estabilice la potencia de entrada. Se considera que la potencia de entrada se ha estabilizado, cuando ésta no oscila más de 3% en un lapso de 30 minutos. Es posible que se requiera lubricar los rodamientos y operar el motor en vacío hasta que los cojinetes lleguen a una condición de temperatura estable.

Mediciones y registros. Se miden y registran los siguientes datos:

La temperatura ambiente,

El promedio de las temperaturas de los devanados del estator (o el promedio de las resistencias medido entre terminales),

El promedio de los voltajes rms entre los terminales,

El promedio de las corrientes eléctricas de fase,

La potencia de entrada,

El par torsional aplicado al eje del motor y

La velocidad.

La potencia mecánica se calcula apartir de la ecuación

(16) (W)

(N m) (rpm)

m9.55

MP

Por consiguiente, se debe verificar que la potencia de salida demandada al motor por el dinamómetro a su carga mínima, sea menor del 15% de la potencia

de entrada, es decir: min mind e0.015

9.55

MP P

Donde,

Mmin es el par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima, (Nm)

ηmin Velocidad de rotación del eje de la máquina, con carga mínima en el dinamómetro, (rpm),

Pe es la potencia de entrada, medida en la prueba de carga mínima del dinamómetro (W),

Pd es la potencia demandada al motor, por el dinamómetro a su carga mínima (W).

2.3.1.5. Ensayo sin carga

de 145

El objetivo de esta prueba es determinar las pérdidas rotacionales de la máquina, (constituidas por las pérdidas mecánicas por fricción y ventilación y las pérdidas en el núcleo del estator y del rotor) y las pérdidas por efecto Joule en el estator a la corriente de vacío.

Procedimiento

El ensayo de vacío se debe efectuar justo después del ensayo bajo carga, para asegurar la estabilización de las pérdidas a una temperatura definida.

Se desacopla la carga del motor, se energiza la máquina con su tensión balanceada nominal a frecuencia nominal y se espera hasta que la la potencia de entrada se haya estabilizado.

Se energiza la máquina con una tensión eléctrica variable en forma descendente, empezando en 125 % del voltaje nominal, hasta un punto en el cual una reducción de la tensión adicional, haga que la corriente de línea se incremente o se haga inestable.

Dentro de los valores de tensión aplicada a la máquina, se debe incluir la medición al 100% del voltaje nominal.

Mediciones y registros

Para cada valor de tensión suministrado, se mide y registran las siguientes variables:

La frecuencia de a red eléctrica, (Hz),

La temperatura promedio de los devanados del estator al finalizar el ensayo de vacío, a tensión variable, T0, (ºC),

El promedio de los voltajes rms, medido entre los terminales, (V),

La corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a tensión variable, I0 (A),

Velocidad de rotación del eje de la máquina, en vacío, η0 (rpm).

La toma de datos debe realizarse tan rápidamente como sea posible para minimizar los efectos de los cambios de temperatura al variar la tensión aplicada.

Si se mide la temperatura del devanado por el método de la variación de la resistencia, se debe desconectar la máquina y hacer las mediciones de tal modo que el tiempo no sobrepase los valores indicados en la Tabla 10.

2.3.2. Cálculos y separación de las pérdidas

2.3.2.1. Cálculo de las pérdidas rotacionales

Las pérdidas por fricción y ventilación y las pérdidas en el núcleo se obtienen de la prueba de vacío, mediante el siguiente procedimiento:

de 145

a) Para cada voltaje aplicado en la prueba de vacío, se calcula la resistencia promedio del estator por fase, al finalizar el ensayo de vacío, y se corrige a la temperatura de la prueba, Re0 (Ω)

(17) 1

1

T kR R

T k

0e0 i

i

Donde Re0 Promedio de resistencia del estator por fase, al finalizar el ensayo de vacío, corregida

por temperatura, en Ω T0 Es la temperatura promedio devanados del estator al finalizar el ensayo de vacío, a

tensión variable, en ºC Ti Promedio de las temperaturas medidas en los devanados del estator, con el motor en

frío, en ºC Ri Es el promedio de la resistencia de fase mediante la ecuación (6), en Ω

b) Para cada voltaje aplicado en la prueba de vacío, se calcula la corriente de fase promedio I0

(18)

1 2 3promedio L L L

promedio

0

0 promedio

1

3

, Para conexión Delta3

, Para conexión Estrella

I I I I

II

I I

Donde I0 Corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a tensión variable, A

IL1, IL2, IL3, Son las corrientes de línea medidas en la prueba de vacío, en A

c) Para cada voltaje aplicado en la prueba de vacío, se calculan las pérdidas en los devanados del estator I2Re0

(19) 2

0 e0Pérdidas por efecto Joule en el estator en vacío 3I R

d) Se traza una curva con la potencia de entrada medida en la prueba de vacío en el eje de las ordenadas, restándole las pérdidas por efecto Joule en el estator (

2

0 0 e03P I R ), contra el voltaje aplicado elevado al cuadrado. Se extrapola la

curva a la tensión eléctrica en vacío igual a cero. El valor de la potencia de entrada en este punto corresponde a las pérdidas por fricción y ventilación Pfv.

e) Las pérdidas en el núcleo Pfe se obtienen restando de la potencia de entrada en vacío, P0, las pérdidas en los devanados del estator (3I2Re0) calculadas en el ítem c) y las pérdidas de fricción y ventilación Pfv del ítem d). Se toman únicamente los valores correspondientes a la tensión nominal.

2.3.2.2. Cálculo de pérdidas en el estator para cada punto de carga

de 145

a) Para cada valor de carga aplicado a la máquina durante el ensayo bajo carga, se calcula la resistencia promedio del estator por fase, al finalizar la prueba, y se corrige a la temperatura de la prueba, Re (Ω)

(20)

frc

f

1

1

;

TT T

T

T kR R

T k

ec

ecc i

i

Donde

Tec Promedio de las temperaturas en los devanados del estator corregidas, medida a carga variable, en ºC

Tf Promedio de temperaturas en devanados del estator, en equilibrio térmico y a carga

nominal, medido en la prueba de temperatura, ecuación (12), en ºC

Tfr Temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por resistencia,

ecuación (13), en ºC

Rc Resistencia de los devanados del estator, corregida por temperatura y medida a carga variable, en Ω

Tc Promedio de las temperaturas medidas en los devanados del estator, medida a carga variable, en ºC

Ti Promedio de las temperaturas medidas en los devanados del estator, con el motor en frío, en ºC

Ri Es el promedio de la resistencia de fase mediante la ecuación (6), en Ω

b) Para cada voltaje aplicado durante la prueba bajo carga, se calcula la corriente de fase promedio Ic

(21)

1 2 3promedio L L L

promedio

c

c promedio

1

3



I I I I

II

I I

Donde Ic Corriente de fase promedio, medida a carga variable, en A

IL1, IL2, IL3, Son las corrientes de línea medidas durante la prueba bajo carga, en A

c) Para cada voltaje aplicado durante la prueba bajo carga, se calculan las pérdidas en los devanados del estator

(22)

2

c c

2

Jestator c c

Perdidas por efecto Joule en el estator bajo carga 3

3

R I

P R I

2.3.2.3. Cálculo de pérdidas por efecto Joule en el rotor

a) Para cada valor de carga aplicado a la máquina, durante la prueba bajo carga, se calcula el deslizamiento en por unidad de la velocidad de rotación síncrona ηs para cada valor de carga, así:

de 145

(23)

s

120

pf

S

s c

c

s

Donde f Es la frecuencia de la red, 50 o 60, en Hz

p Es el número de polos del motor

sc Deslizamiento medido a carga variable, en p.u

ηc Velocidad de rotación del eje de la máquina, medida a carga variable en la prueba bajo carga, en rpm

ηs Velocidad de rotación sincrónica, en rpm

b) Para cada valor de carga aplicado a la máquina en el ensayo bajo carga, se calculan las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor, restando de la potencia de entrada medida en cada punto de carga, las pérdidas por efecto Joule del estator, y las pérdidas en el núcleo, así:

(24)

2

ec c c fe c

2

Jrotor ec c c fe c

Pérdidas en el rotor por efecto Joule 3

P 3

P I R P S

P I R P S

Donde Pec Potencia de entrada medida a carga variable, en el ensayo bajo carga, en W

2.3.2.4. Cálculo de la potencia de salida

Se calcula la carga mínima del dinamómetro, a partir de las pruebas de vacío y de carga mínima del dinamómetro.

a) Calcular PB de la prueba de vacío, restando de la potencia de entrada en vacío a tensión nominal, las pérdidas en el estator por efecto Joule y las pérdidas en el hierro, así:

(25) 2

B e0 e0 0 fe3P P R I P

Donde Pe0 Potencia de entrada, medida en la prueba de vacío a tensión nominal, en W

I0 Corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a tensión nominal, en W

b) Calcular la resistencia promedio de los devanados del estator, con el dinamómetro a carga mínima, y las pérdidas en el rotor con carga mínima del dinamómetro PA, restando de la potencia de entrada mínima en el ensayo de carga mínima Pemin, las pérdidas en el estator por efecto joule a carga mínima, y las pérdidas en el hierro, y multiplicando el resultado por la velocidad del rotor a carga mínima, así:

de 145

(26)

1

1

2

A emin min emin fe min3 1

T kR R

T k

P P I R P s

minemin i

i

Donde Pemin Potencia de entrada, medida en la prueba de carga mínima del dinamómetro, en W

Tmin Temperatura promedio devanados del estator al finalizar el ensayo de carga mínima

Remin Resistencia DC, por fase corregida a la temperatura de los devanados el estator en la prueba de carga mínima del dinamómetro, en Ω

smin Deslizamiento, con el dinamómetro a su carga mínima

Imin Corriente de fase promedio, medida en la prueba de carga mínima del dinamómetro, en A

c) Calcular el factor de corrección del dinamómetro FCD, así:

(27) A

minN m

min

9.55 BP PFCD M

Donde Pe0 Potencia de entrada, medida en la prueba de vacío a tensión variable, en W

I0 Corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a tensión variable, en W

Se debe verificar que la potencia demandada al motor por el dinamómetro, en carga mínima, no exceda el 15% de la potencia de entrada, mediante la siguiente

relación min mind e0.15

9.55

MP P

, de ser así, se debe seleccionar otro dinamómetro.

d) En cada punto de carga aplicado a la máquina en el ensayo bajo carga, sumar el factor de corrección del dinamómetro al par torsional medido en dicha prueba,

(28) cc cM M FCD

Donde Mc Par torsional del motor medido a carga variable, en Nm

Mcc Par torsional del motor corregido, medido a carga variable, en Nm

e) Calcular la potencia mecánica de salida, para cada punto de carga

(29) ccs

9.55

cMP

Donde Ps Potencia de salida corregida medida a carga variable, en W

ηc Velocidad de rotación del eje de la máquina, medida a carga variable, en rpm

2.3.2.5. Cálculo de las pérdidas adicionales o residuales

Para cada valor de carga del ensayo bajo carga, se suman todas las pérdidas calculadas con la potencia de salida, y el resultado se resta de la potencia de entrada,

de 145

perdidas Jestator Jrotor fv fe

res ec perdidas

P P

P s

P P P

P P P

Donde Pres Potencia residual medida a carga variable

2.3.2.6. Ajuste de la curva de potencia residual

a) Se grafican los valores de las pérdidas adicionales calculadas en cada punto de carga, contra el cuadrado del par de torsión corregido, y se hace una regresión lineal, para encontrar las pérdidas indeterminadas, resultando una relación lineal entre éstas variables, así:

(30) 2

res ccP AM B

Donde A Pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal, en la prueba de carga

B Intersección de la recta con el eje de las ordenadas para el análisis de regresión lineal

Si la pendiente obtenida es negativa o el factor de correlación es menor que 0.9 se elimina el peor punto y se repite el análisis de regresión. Si el segundo análisis da como resultado que el factor de correlación aumente a 0.9 o más, se usa esta segunda regresión para calcular las pérdidas indeterminadas. Si no se incrementa o si la pendiente continua siendo negativa, la prueba de carga se considera insatisfactoria, revelando errores cometidos probablemente en la instrumentación empleada, en la toma de datos, o en ambos. Debe investigarse la fuente de error y corregirse para repetir la prueba.

b) Para cada valor de carga, se calculan las pérdidas indeterminadas, multiplicando la pendiente de la recta del análisis de regresión lineal A, por el cuadrado del par torsional aplicado en cada punto de carga,

(31) 2

ind ccP AM

Donde Pind Pérdidas indeterminadas, en W

2.3.3. Correcciones de las pérdidas

2.3.3.1. Pérdidas por efecto Joule en el estator corregidas por temperatura

a) Se corrige la temperatura medida en equilibrio térmico por resistencia Tfr, a la temperatura de 25 ºC, así:

(32) fr afcc 25T T T C

de 145

b) Se corrige la resistencia final del ensayo de temperatura a la temperatura de 25ºC, Rcc (Ω)

(33) 1

1

;T k

R RT k

cccc i

i

Donde Rcc Es la resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados para cada valor

de carga, referida a una temperatura ambiente de 25°C, en Ω

Tcc Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por resistencia Tfr referida a una temperatura ambiente de 25°C, en ºC

c) Para cada punto de carga del ensayo bajo carga, se corrigen las pérdidas en los devanados del estator, para temperatura ambiente Taf, así:

(34)

2

cc c

2

JCestator cc c

Pérdidas en el estator corregidas 3

3

R I

P R I

Donde Ic Corriente de fase promedio, medida a carga variable, en A

IL1, IL2, IL3, Son las corrientes de línea medidas durante la prueba bajo carga, en A

2.3.3.2. Pérdidas por efecto Joule en el rotor corregidas por temperatura

a) Para cada valor de carga, se corrige el deslizamiento en por unidad de la velocidad de rotación síncrona ηs, a la temperatura ambiente, así:

(35) cc 1

cc

ec 1

c

T ks s

T k

b) Para cada valor de carga aplicado a la máquina en el ensayo bajo carga, se corrigen las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor, así:

(36)

2

ec c cc fe cc

2

JCrotor ec c cc fe cc

Pérdidas en el rotor corregidas 3

P 3

P I R P S

P I R P S

2.3.3.3. Corrección de la potencia de salida a 25 ºC

Para cada punto de carga del ensayo bajo carga, se corrige la potencia de salida a la temperatura ambiente de 25 °C, mediante la siguiente ecuación:

(37) sc ec ind pérdidas corregidas a 25ºC

sc ec ind JCestator JCrotor fv fe

P P P P

P P P P P P P

2.3.4. Cálculo de la eficiencia

Para cada valor de carga, se calcula la eficiencia usando la siguiente expresión:

de 145

(38) sc

e

100(%)

P

P

2.3.5. Eficiencia en cualquier valor de carga

Para determinar la eficiencia en cualquier valor de carga, se traza una curva con la eficiencia calculada η(%) en el eje de las ordenadas, contra la potencia de salida corregida a 25 ºC Psc

2.3.6. Cálculo del factor de potencia

Para cada valor de carga aplicado a la máquina en en ensayo bajo carga, se calcula el factor de potencia, de acuerdo con la siguiente ecuación:

(39)

sc

L L3

PFP

V I

Donde FP Es el factor de potencia, en fracción

IL Es el promedio de las corrientes de línea, medidas en la prueba bajo carga a carga variable, en A

VL Es el promedio de las tensiones de línea, medidas en la prueba bajo carga a carga variable, en V

2.4. MÉTODO F DEL ESTÁNDAR IEEE 112

Este método es probablemente, el más recomendado para determinar las características de funcionamiento de la máquina, cuando no se pueda efectuar la prueba de carga. El método F consiste hallar un modelo matemático que represente el circuito equivalente de una fase del motor asincrónico, como el que se muestra en la Figura 12. En el circuito equivalente se representa una fase de la máquina conectada en estrella y las variables del rotor no son reales y se presentan referidas al estator.

El circuito equivalente ofrece la ventaja de predecir el comportamiento del motor para diferentes estados de carga, dentro del rango normal de operación. Los parámetros del circuito equivalente se obtienen a partir de la medición de la resistencia de los devanados del estator, del ensayo de vacío y de una prueba de impedancia o de rotor bloqueado. La precisión con que el modelo represente las caracteristicas de funcionamiento de la máquina en diferentes puntos de carga del rango normal de operación, depende de la exactitud con que se mida la resistencia y la reactancia de dispersión del rotor respectivamente, a corrientes de baja frecuencia. Por lo tanto, es de suma importancia determinar cuidadosamente las características del rotor a baja frecuencia.

de 145

Los parámetros asociados a la Figura 12 se indican a continuación

V1 Voltaje de alimentación rms por fase Voltios V2 Voltaje rms de fase en el rotor referido al estator Voltios I1 Corriente de línea o corriente del estator Amperios I2 Corriente en el rotor referida al estator Amperios Im Corriente de magnetización Amperios Ife Corriente de pérdidas del núcleo Ohm R1 Resistencia del estator por fase Ohm R2 Resistencia del rotor referida al estator Ohm Rfe Resistencia de pérdidas del núcleo Ohm Gfe Conductancia de pérdidas del núcleo Siemens X1 La reactancia de dispersión del estator Ohm X2 Reactancia de dispersión del rotor referida al estator Ohm Xm Reactancia magnetizante Ohm Bm Susceptancia magnetizante Siemens Z1 Impedancia por fase Ohm Z2 Impedancia en el rotor por fase referida al estator Ohm s Deslizamiento p.u

Los 0 y L se agregan a los símbolos para indicar cantidades en vacío, y de la prueba de impedancia, respectivamente.

Adicionalmente, para el cálculo de los parámetros del circuito de la Figura 12 se considera: f es la frecuencia, en Hz P es la potencia, en Vatios PH Son las pérdidas del núcleo, en Vatios Pf Son las pérdidas de fricción y ventilación, en Vatios Q es la potencia reactiva, en VArs m es el número de fases

Figura 12. Circuito equivalente por fase de un motor de inducción. Fuente: [32]

de 145

2.4.1. Medición de la resistencia en frío de los devanados del estator

Esta prueba se efectua tal cual se ha explicado en la sección 2.3.1.1 (página 44).

2.4.2. Prueba de vacío

La prueba de vacío se efectúa tal cual se ha explicado en la sección 2.3.1.5 (página 52)

2.4.3. Prueba de impedancia

El objetivo de esta prueba es determinar las impedancias complejas del estator y del rotor. R1 y R2, se pueden calcular mediante la potencia activa consumida, mientras que X1 y X2 a partir de la potencia reactiva consumida, durante el ensayo.

Las pruebas de reactancia se deben efectuar a corriente nominal, pero si se realizan a una frecuencia diferente de la nominal, se deben corregir los valores

obtenidos de las reactancias X1 y X2 multiplicándolos por nominal ensayof f . El valor

de reactancia usado en los cálculos del circuito equivalente debe corresponder al valor correcto de saturación y efecto de barra profunda, de lo contrario los cálculos de factor de potencia darán un valor mayor al real.

La norma propone cuatro métodos para la prueba de impedancia, las mediciones también se pueden efectuar a diferentes frecuencias o voltajes aplicados a la máquina, y se deben medir, el voltaje entre los terminales, la corriente de línea, la potencia activa de entrada y la resistencia o la temperatura de los devanados del estator.

Si la prueba se le realiza a un motor de rotor devanado, el rotor se debe cortocircuitar para realizar la prueba. Las barras del rotor de un motor de jaula de ardilla son simétricas, por lo tanto, la impedancia del motor es prácticamente la misma para cualquier posición relativa del rotor con respecto al estator. No sucede igual en el caso de un motor de rotor devanado, en este caso, la impedancia del motor varía dependiendo de la posición relativa del rotor con respecto al estator. Por consiguiente, se debe determinar un valor promedio de la impedancia para diferentes posiciones del rotor, para lo cual, el rotor devanado se debe bloquear para que no gire libremente, pero debe permitir movimiento a diferentes posiciones.

2.4.3.1. Método 1. Prueba de rotor bloqueado

Procedimiento

Se hace una prueba trifásica de rotor bloqueado, impidiendo que el rotor gire libremente, y se aplica un voltaje variable hasta obtener aproximadamente la

de 145

corriente nominal, para una frecuencia constante máxima de 25% de la frecuencia nominal.

Mediciones

Para la prueba de rotor bloqueado, se aplican diferentes valores de voltaje rms equilibrado a la máquina, y se miden simultáneamente las tensiones entre terminales, las corrientes de línea, y la potencia de entrada en las tres fases, procurando determinar los valores correspondientes a la corriente nominal, tomando los datos necesarios en sus cercanías.

Medir adicionalmente, el promedio de la temperatura o de la resistencia de los devanados del estator. Para evitar sobrecalentamiento de los devanados durante este ensayo, se deben tomar los datos de mayor corriente primero.

Cálculos

a) Para cada valor de tensión aplicada, graficar la curva de voltaje de fase promedio contra corriente de fase promedio y la curva de voltaje promedio de fase voltaje contra potencia de entrada, usando el voltaje como la variable dispuesta en las abscisas en ambos casos20. Derivar el valor de la tensión y la potencia de entrada para determinar la reactancia total y la resistencia del rotor al nivel requerido de corriente a partir de estas curvas.

b) Hallar la resistencia en el rotor, R2 y la reactancia total dispersa X1+X2. Si se tienen datos de diseño de la máquina se pueden emplear en dicha relación, de lo contrario se puede asumir valores de las reactancias, según el tipo de diseño establecido por la norma NEMA MG 1-2003 (B3), como:

1 2

1 2

1 2

1.0 Para motores diseño tipo A, D y rotor devanado

0.67 Para motores diseño tipo B

0.43 Para motores diseño tipo C

X X

X X

X X

c) Calcular los valores de fase de la tensión y la corriente, así:

(40)

1 2 3promedio L L L

promedio

fase

fase promedio

1

3



I I I I

II

I I

20 Generalmente la relación entre el voltaje y la corriente es lineal, con un ligero encorvamiento en los valores más altos. Pero en rotores de ranuras cerradas, el encorvamiento también se presenta en valores más bajos.

de 145

(41)

1 2 2 3 3 1

promedio T -T T -T T -T

promedio

fase

fase promedio

1

3

, Para conexión Estrella3

, Para conexión Delta

V V V V

VV

V V

d) A partir de las pruebas de vacío y de rotor bloqueado, y de los valores de fase de la tensión y corriente calculados en (41), calcular los valores de las potencias reactivas, así:

(42)

2 2

0 10 10 0

2 2

1 1

L L L L

Q mV I P

Q mV I P

Donde Los subíndices 0 y L significan los valores de la prueba de vacío y de rotor bloqueado respectivamente

V1 Promedio del voltaje de fase, en V

I1 Es el promedio de la corriente de fase, en A

P Es la potencia trifásica, en W

m Es el número de fases

e) Calcular la reactancia de magnetización XM, así:

(43)

2

0

22

0 10 11

1

1

M

M

mVX

Q mI X X

X

Donde V0 Promedio del voltaje en la prueba de vacío, en V

Q0 Es la potencia reactiva en la prueba de vacío, en W

I0 Es el promedio de la corriente de vacío, en A

X1 La reactancia de dispersión del estator, Ω

f) Calcular la reactancia de dispersión del estator, a la frecuencia del ensayo, X1

(44) 1 1

1

2 21 11

2

1

LL

M

L

M

Q X XX

X XX XmI

X X

g) Calcular la reactancia de dispersión del estator, a la frecuencia nominal

(45) ensayo

1 1L

L

fX X

f

de 145

h) Las ecuaciones (43), (44) y (45) se resuelven de moto iterativo, de la siguiente manera:

Resolver la ecuación (43), asumiendo un valor para 1 MX X y para 1X

Resolver la ecuación (44) usando los valores asumidos para 1 / MX X y 1X

Resolver la ecuación (45) usando los valores asumidos para 1 / MX X y 1X

Nuevamente, resolver la ecuación (43), usando los valores calculados en los dos pasos anteriores y continuar la iteración hasta que se obtengan valores de X1 y de XM estables dentro de un rango de 0.1%.

i) Calcular la susceptancia magnetizante, en Siemens

(46) 1

M

M

BX

j) Calcular la reactancia de dispersión del rotor, referida al estator, así:

(47) 1

21

2

LL

XX

X

X

k) Calcular la reactancia de dispersión del estator, a la frecuencia nominal

(48) ensayo

2 2L

L

fX X

f

l) Calcular la conductancia de pérdidas del núcleo

(49)

2

1

2

10

1hfc

M

P XG

mV X

Donde

Ph Representa las pérdidas totales en el núcleo, obtenidas de la prueba de vacío, (ver sección 2.3.1.5)

BM Es la susceptancia magnetizante, en Siemens

XM Es la reactancia magnetizante, Ω

X1L Es la reactancia de dispersión del estator en la prueba de impedancia, Ω

X2L Es la reactancia de dispersión del rotor referida al estator en la prueba de impedancia, Ω

Gfe Es la conductancia de pérdidas del rotor, referida al estator, en Siemens

m) Calcular la resistencia de pérdidas del núcleo, Ω

(50) 1

fe

fe

RG

de 145

n) Calcular la resistencia del rotor, referida al estator, Ω

(51)

2

22 22 1 12

1 1

1LL L L fe

L M

P X XR R X G

mI X X

Donde

R1L Es igual a ½ de la resistencia de línea a línea del bobinado del estator, en Ω a temperatura de prueba

o) Se corrigen los valores de R1L y R2L a la temperatura especificada usando la ecuación (9) para hallar finalmente, las resistencias del estator R1 y del rotor referida al estator R2

2.4.3.2. Método 2

Se ejecuta una prueba trifásica de impedancia de rotor bloqueado a tres frecuencias: a la frecuencia nominal, aproximadamente al 50% de la frecuencia nominal y a un máximo del 25% de la frecuencia nominal; todas ellas a corriente nominal.

Se grafican los datos de esta prueba y se usarán para determinar los valores de reactancia total y resistencia del rotor a la frecuencia reducida requerida.

Para cada valor de frecuencia, se replica el procedimiento y los cálculos establecidos para el método 1, tal como se describió en las ecuaciones (40) a (51), y se encuentra la resistencia del rotor R2L y la reactancia de dispersión total X1L + X2L. Los datos resultantes se grafican para encontrar los valores correspondientes a la frecuencia de operación a la cual se desea analizar el rendimiento de la máquina mediante el circuito equivalente.

2.4.3.3. Método 3

Consiste en realizar una prueba de deslizamiento a tensión reducida. La prueba de impedancia, se ejecuta a una velocidad y deslizamiento que se aproxime a la frecuencia reducida deseada del rotor. En este método el motor se hace girar desacoplado o acoplado a una carga reducida y el voltaje de alimentación se reduce hasta alcanzar la velocidad de deslizamiento de plena carga. El deslizamiento debe ser medido cuidadosamente.

El objetivo de esta prueba es derterminar la impedancia total por fase, Z y el factor de potencia FP (el cual será negativo para el funcionamiento del generador), el ángulo de la fase Ø1 de la corriente de entrada, la resistencia aparente total por fase X1 y la reactancia aparente total X. Las ecuaciones para los cálculos van des de la ecuación (46) hasta la ecuación (66).

Mediciones y registros. Para cada valor del voltaje aplicado, se miden y registran los valores de:

El promedio de las tensiones entre terminales,

El promedio de las corrientes de línea,

de 145

El deslizamiento,

La potencia de entrada, y

El promedio de las temperaturas, o el promedio de la resistencia de los devanados del estator.

La Resistencia del rotor, R2, y la reactancia de dispersión X2, a frecuencia reducida se pueden obtener de las lecturas de voltaje, potencia, corriente, deslizamiento y temperatura o resistencia del devanado del estator a una velocidad de deslizamiento aproximadamente a la frecuencia del rotor reducida deseada.

Se debe tener en cuenta que con el rotor bloqueado la frecuencia del rotor es igual a la de la red, así una prueba de rotor bloqueado y con 25% de la frecuencia nominal genera una frecuencia en el rotor del mismo valor. Si se hace la prueba de baja carga y bajo voltaje, para alcanzar la misma frecuencia en el rotor se debe

considerar que, por definición del deslizamiento: rotor

red

f

sf

, por lo tanto la

velocidad para la prueba será igual a:

deseadarotor sincrónica

% Velocidad = Velocidad 1

100%

f

Cálculos. Los pasos para el cálculo, en su orden son los siguientes:

a) A partir de los datos de la prueba de saturación sin carga, calcular la reactancia total por fase para cada punto de la prueba y construir una curva con los valores de la reactancia total versus la tensión total sin carga. Un ejemplo de la curva resultante, se muestra en la Figura 13.

A

F

G

B

D

C

To

tal

rea

cta

nce (

x)

per

ph

ase

Volts per phase

E

Figura 13. Reactancia total del ensayo de vacío. Fuente: [32]

de 145

En la Figura 13 se han señalado los puntos de interés:

A Es el voltaje nominal; B Es la tensión aplicada a voltaje reducido en la prueba de deslizamiento; CDE es la curva de reactancia total para la prueba sin carga; F es la reactancia correspondiente al punto más alto D en la curva de prueba CDE. Estos valores son usados como la reactancia total X1+XM en cálculos de la prueba de deslizamiento a tensión reducida; y G es la reactancia total X1+XM

b) Encontrar el punto más alto de esta curva, el cual corresponderá al valor de la reactancia por fase X1+XM en los cálculos del voltaje reducido en la prueba de deslizamiento.

Si la máquina se hizo funcionar como un motor en la prueba de deslizamiento a voltaje reducido, entonces la potencia eléctrica medida usada que debe ser utilizada en los cálculos será un valor positivo. Si la máquina se probó como generador, la medida de potencia eléctrica usada en los cálculos se especificará como un valor negativo, ya que es en dirección opuesta a la del flujo de alimentación, tal como se ilustra en la Figura 12.

c) Calcular el ángulo de fase θ1

(52) 1

1 cos FP

d) Calcular la impedancia total por fase, Ω

(53) 1cosR Z

(54)

1cos( )

RZ

e) Calcular la reactancia total por fase, Ω

(55) 1sinX Z

El valor de X determinado para la ecuación (55) se usa como una primera estimación para la hallar la reactancia total (X1+X2).

f) Hallar la relación entre las reactancias del estator y del rotor 1 2X X . Si se

tienen datos de diseño de la máquina se pueden emplear en dicha relación, de lo contrario se puede asumir valores de las reactancias, según el tipo de diseño establecido por la norma NEMA MG 1-2003 (B3), como:

1 2

1 2

1 2

1.0 Para motores diseño tipo A, D y rotor devanado

0.67 Para motores diseño tipo B

0.43 Para motores diseño tipo C

X X

X X

X X

g) Calcular la reactancia de dispersión del estator, Ω

de 145

(56)

1

21

1

2

1

X

XX X

X

X

h) Calcular la reactancia magnética XM. Usando el valor de reactancia sin carga X1+XM, para el punto D de la Figura 13, el valor de la reactancia magnética XM se puede aproximar mediante la ecuación:

(57) 1 1M MX X X X

i) Calcular el voltaje de fase en el rotor referido al estator, a partir de los datos obtenidos para el voltaje reducido en la prueba de deslizamiento, así:

(58) 2 2

2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1( cos sin ) ( sin cos )V V I R X I R X

Donde V1 es el voltaje de fase de la alimentación, V2 es el voltaje de fase en el rotor referida al estator, I1 es la corriente de línea o corriente del estator, R1 es la resistencia del estator por fase, X1 es la reactancia de dispersión del estator.

La resistencia R1 debe ser corregida a la temperatura del ensayo antes del emplearla de la ecuación (58) y siguientes.

j) Calcular el ángulo de fase θ2

(59) 1 1 1 1 1 1

2

1 1 1 1 1 1

( sin cos )tan

( cos sin )

I R X

V I R X

k) Calcular la corriente en el estator, A

(60) L

e

M

VI

X

l) Calcular las resistencias de pérdidas en el núcleo, Ω

(61)

2

2fe

h

VR

P

m

m) Calcular la conductancia de pérdidas en el núcleo, Siemens

(62) 1

fe

fe

GR

de 145

n) Calcular la corriente de pérdidas en el núcleo, A

(63) 2

fe

fe

VI

R

o) Calcular la corriente en el rotor referida al estator, A

(64) 2 2

2 1 1 2 2 1 1 2 2cos sin cos sin cos sin )e fe e feI I I I I I I

p) Calcular la reactancia de dispersión del rotor referida al estator, Ω

(65)

2 2

1 1 1 1 12 2

2

sin e MV I I X I XX

I

q) Calcular la reactancia total, Ω

(66) 1 2X X X

Donde Ife es la corriente de pérdidas del núcleo, Rfe es la resistencia de pérdidas del núcleo, Gfe es la conductancia de pérdidas del núcleo, V2 es el voltaje de fase en el rotor referida al estator, PH Son las pérdidas del núcleo, m es el número de fases, Ie es la corriente en el estator, X1 es la reactancia de dispersión del estator, X2 es la reactancia de dispersión del rotor referida al estator.

Repetir el procedimiento de cálculos desde la ecuación (56) hasta la ecuación (66) usando la relación inicial de X1/X2 como y el nuevo valor de X y continúe haciendo iteraciones hata que los valores de X1 y X2 sean estables dentro del rango de 0.1%

r) Calcular la impedancia en el rotor por fase referida al estator, Ω

(67) 2

2

2

VZ

I

s) Calcular la resistencia del rotor referida al estator, Ω

(68) 2 2

2 2 2R s Z X

t) Calcular la reactancia magnetizante, empleando los valores de reactancia total, X1+XM del ensayo de voltaje nominal sin carga, en el punto C de la Figura 13.

(69) 1 1( )M MX X X X

u) Calcular la susceptancia magnetizante, Siemens

de 145

(70) 1

M

M

BX

v) Calcular el voltaje de fase en el rotor referida al estator, V

(71) 2 2

2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1( cos sin ) ( sin cos )V V I R X I R X

w) Calcular la conductancia de pérdidas del núcleo, Siemens

(72) 2

2

hfe

PG

mV

Donde XM es la reactancia magnetizante, BM es la susceptancia magnetizante, X1 es la reactancia de dispersión del estator, V1 es el voltaje de fase de la alimentación, V2 es el voltaje de fase en el rotor referida al estator, R1 es la resistencia del estator por fase.

Los valores obtenidos en las ecuaciones (52), (65), (70) y (72) se emplean en los cálculos del circuito equivalente. La resistencia en el rotor R2 de la ecuación (68) y la resistencia en el estator R1 se deben corregir a la temperatura especifica usando la ecuación (9) antes de ser usados en el circuito equivalente.

2.4.3.4. Método 4

Cuando ninguno de los métodos anteriores es práctico, se debe realizar una prueba trifásica de rotor bloqueado a voltaje reducido y a frecuencia y corriente nominales y una prueba bajo carga.

Para la frecuencia nominal, realizar el ensayo sin carga, el ensayo de rotor bloqueado a voltaje reducido y con la máquina desacoplada (o acoplada a una carga mínima) con el voltaje reducido para obtener aproximadamente el deslizamiento de plena carga. El deslizamiento debe ser determinado muy cuidadosamente.

Registros. Para cada prueba se debe registrar:

El promedio de la tensión aplicado entre los terminales,

La potencia de entrada

El promedio de la corriente de línea

El deslizamiento, y

La resistencia del devanado del estator

Cálculos

Los valores de X1, X2, XM y Rfe se determinan de los ensayos de vacío y rotor bloqueado a frecuencia nominal; el valor de R2 a baja frecuencia se obtiene de los datos de prueba registrados para la operación de deslizamiento a plena carga; el

de 145

deslizamiento a plena carga se determina usando la velocidad registrada en la placa de características; X1 se determina de la prueba de impedancia del rotor bloqueado; y el valor de R2 se obtiene a partir del deslizamiento a plena carga como se muestra, a continuación:

a) Calcular V2, usando la ecuación (58), b) Calcular θ2, usando la ecuación (59), c) Calcular Ie e Ife, usando las ecuaciones (60) y (63) respectivamente, d) Calcular I2, usando la ecuación (64), e) Calcular la impedancia del rotor Z2, usando la ecuación (67), f) Calcular R2, usando la ecuación (68), y g) Corregir a la temperatura especificada, usando la ecuación (9)

de 145

3. CARACTERÍZACIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN

En este capítulo se determinan los regímenes de operación de las variables eléctricas y mecánicas requeridas para las pruebas, con especial cuidado en los límites de esas variables que puedan afectar la funcionalidad, o la seguridad, o que infrinjan la norma.

Con base en los cálculos realizados, se especifican las características técnicas de la instrumentación y de los equipos requeridos, para construir un banco de prueba de la eficiencia de motores de inducción trifásicos, hasta 10 kW de potencia. Se presenta además, un presupuesto económico que cobija los principales equipos.

Es muy importante tener en cuenta que en la ejecución de las pruebas, los técnicos estarán sometidos a riesgos de tipo eléctrico y mecánico, en la medición de las corrientes, voltajes, y fuerzas sobre mecanismos en movimiento, que pueden resultar peligrosas pera ellos. Por consiguiente, se deben tomar precauciones de seguridad recomendadas en aplicaciones industriales. Sin embargo, este estándar incluye precauciones de seguridad especial aplicables a las pruebas descritas. Todas las pruebas deben ser realizadas por personal capacitado y experimentado.

3.1. VARIABLES ELÉCTRICAS

Los instrumentos empleados para medir tensión y corriente eléctrica, podrán ser análogos o digitales, de alta precisión. Los instrumentos de medición de variables eléctricas deben garantizar lectura de verdadero valor rms. Algunos instrumentos de medida, sólo proporcionan una lectura exacta del valor eficaz de la señal si se mide una onda senoidal pura.

Los instrumentos deberán llevar registro de calibración, con vigencia no mayor a 12 meses al momento de efectuar los ensayos, y deben indicar límites del error menores de ±0,5% del fondo de escala para las pruebas generales, y menores de ±0,2% del fondo de escala, en el caso de los ensayos del método B. Cuando varios instrumentos estén conectados en el circuito al mismo tiempo, se puede requerir correcciones adicionales de la indicación de los instrumentos. Si se dispone de un sistema de adquisición de datos automático o registradores de alta velocidad, estos se pueden utilizar.

Instrumentos análogos

Para instrumentos análogos, en Colombia rige la norma técnica colombia NTC 3504:2000 “Instrumentos eléctricos de medida con indicación análoga y acción directa y sus accesorios” (equivalente a la norma IEC 60051-1), la cual se debe tener en cuenta, en caso de emplear este tipo de instrumentos.

Los factores que pueden afectar la precisión, particularmente con instrumentos análogos son:

a) La carga de la fuente de señal

de 145

b) Calibración principal c) Rango, condición y calibración de los instrumentos d) La resolución

Dado que la precisión del instrumento se expresa generalmente como un porcentaje del fondo de escala, el rango del instrumento que se elija deberá ser tan baja como sea posible. En este aspecto los instrumentos análogos presentan el inconveniente de que deben tener varias escalas para desplegar la información adecuadamente, ya que el rango de las variables eléctricas puede oscilar entre unos cuantos voltios hasta varias centenas de voltios, y en corriente sucede algo similar.

Otro inconveniente de los instrumentos análogos, es la naturaleza de la señal que puede medir, generalmente existe un medidor para variables en corriente continua y otro para corriente alterna.

Instrumentos digitales

Los instrumentos electrónicos son generalmente más versátiles y tienen una impedancia de entrada mucho mayor que los instrumentos análogos. Las impedancias de entrada altas reducen la necesidad de hacer correcciones por la corriente consumida por el instrumento. Sin embargo, los instrumentos de impedancia de entradas altas pueden ser más susceptibles de ruido.

Las fuentes comunes de ruido son:

Acoplamiento inductivo o electrostático de la señal principal a los sistemas de potencia

Los lazos comunes de acoplamiento de impedancia o de tierra

Inadecuado modo de rechazo común

Interferencia conducida desde la línea de potencia

Algunas recomendaciones para reducir los problemas de ruido electromagnético, son: emplear conductores apantallados para llevar la señal, aterrizar la pantalla a un solo punto, mantener los cables de señal tan lejos como sea posible de los cables de potencia, y mantener ángulos rectos entre los cables de señal y de potencia cuando estos se crucen. Todas las partes metálicas de los instrumentos expuestas deben ser aterrizadas por seguridad.

En la selección del instrumento de medida electrónico, se deben tener en cuenta, la exactitud, la resolución, la sensibilidad y el tiempo de respuesta.

Cálculo del error de precisión de un instrumento digital

El error de precisión para instrumentos electrónicos ( p ) es igual a la

resolución del instrumento y se puede determinar de varias formas: por el número de bits del convertidor análogo a digital (A/D); por el número de dígitos del “display”; y por el número de “cuentas” del contador decimal. De cualquier forma, la resolución es un dato que suministra el fabricante en la hoja de especificaciones técnicas del instrumento.

de 145

En términos del convertidor análogo a digital, la resolución es n

1

2r , donde n

es el número de bits. Por ejemplo, si un convertidor A/D es de 8 bits, la resolución

sería 3

8

1 13.9 10

2 256p r esto significa que el rango de medida del

instrumento está dividido en 256 partes, y la resolución es una parte de ese rango, e igual al error de precisión.

En un instrumento electrónico, el indicador está formado por un display de siete segmentos que representan los dígitos. El valor de cada dígito del indicador depende de la posición en el display; el dígito menos significativo (el de la derecha) vale 100, el siguiente vale 101, y así sucesivamente hasta llegar al dígito más significativo (el de la izquierda) que tiene un valor de 10n, donde n, es el

número de dígitos. La resolución se calcula como n

Rango

10pr .

Por ejemplo, si un voltímetro digital de 3 dígitos, realiza una medida de 75V en el rango de 0V a 1000V, el error de precisión, estará determinado por

3

1000V1V

10pr y el valor más probable de ma dida será: V 75 V 1 V .

Esta es una característica importante en la selección del instrumnento. En esta aplicación no se requieren transformadores de potencial, y las medidas de voltaje pueden ser directas.

3.1.1. Transformadores de medida

Cuando se utilicen transformadores de potencial y de corriente, se debe hacer correcciones por errores de relación en las mediciones de voltaje y corriente, y por la relación y ángulo de fase en la medición de potencia.

Los errores de los transformadores usados deberán ser menores de ±0.5% para pruebas generales, o no mayores de ±0.3% cuando el resultado de la prueba se va a usar en el método B. Cuando los transformadores de medida y los instrumentos de medición de voltaje, corriente o potencia sean calibrados como un sistema, los errores del sistema no deben ser mayores al ±0.2% de plena escala cuando los resultados de las pruebas son para usar en el método B.

En Colombia además, se deben tener en cuenta las prescripciones estipuladas en la norma técnica colombia NTC 2207 “Transformadores de medida” (idéntica a la norma IEC 60044), en la cual se especifican las caractrísticas de instalación, ensayos y otros parámetros referenetes a los transformadores de medición eléctrica y dispositivos de protección eléctrica, con frecuencias entre 15 Hz y 100 Hz.

3.1.2. Voltaje

de 145

La tensión eléctrica de la red para los ensayos, debe ser de corriente alterna sinusoidal, y debe ser la tensión eléctrica nominal indicada en la placa de datos de la máquina a probar, medida directamente entre sus terminales. Si las condiciones locales no lo permiten, la diferencia entre el voltaje en los terminales de la máquina y el punto de medición debe ser evaluado y se deben corregir las lecturas, por caida de voltaje. En los cálculos, se debe usar el promedio aritmético de los valores de fase.

El desbalance máximo debe ser ±0,5%. Se define el porcentaje de desbalance como 100 veces la desviación máxima del voltaje, respecto a la tensión eléctrica promedio, dividida entre la tensión eléctrica promedio. Por ejemplo, si los voltaje de línea medidos entre los terminales de un motor son 220V, 221V y 225V, el voltaje promedio es 222V, la máxima desviación es 3V, luego, el desbalance es

3100 1.35%

222 , en este caso, el desbalance no cumple la norma.

El coeficiente de distorsión armónica total (THD) de la señal de tensión eléctrica, no debe ser mayor al 5%. El coeficiente THD es un indicador del contenido de armónicas en una señal de tensión eléctrica, su expresión matemática se presenta en la ecuación (73).

(73)

2 2

1

1

V VTHD

V

Donde:

V es el valor rms total de la onda de voltaje (V), y V1 es el valor rms de la onda de voltaje de frecuencia fundamental (V)

Rango de voltaje a medir

Como la norma se aplica a motores eléctricos de baja tensión, 220V–380V dependiendo de la conexión triángulo o estrella, y puede ser hasta de 440V en algunos casos, la máxima tensión de prueba está determinada por el ensayo de vacío, en el cual la tensión puede ser hasta 125% de la tensión nominal, es decir, la máxima tensión será de 550 V rms. Esta condición no es inconveniente para los instrumentos electónicos, ya que un istrumento común de tres dígitos puede medir con una precisión de un mV en el rango de 0V a 1000V.

3.1.3. Intensidad de corriente

Se deben medir las corrientes de línea para cada fase del motor, y en el cálculo del rendimiento de la máquina se debe usar el promedio aritmético.

El rango máximo de corriente está determinado por el motor de más potencia conectado en triángulo. De acuerdo al alcance de este trabajo, el motor de más potencia es de 10 kW, y la tensión U es de 220 V. Si suponemos un factor de potencia típico de 0.83 para esta máquina, el cálculo de la corriente nominal sería:

de 145

10000 W32 A

cos 3 220 0.83 3 V

PI

U

En la prueba de carga, se requiere que el motor esté cargado hasta 150% de su valor nominal,lo que implica que la corriente máxima en servicio continuo, puede ascender hasta el valor de 48 A.

La corriente de arranque, en arranques directos, puede ser hasta cinco veces la corriente nominal, lo cual significa que la corriente pico será puede ser hasta de 180A., en estas circunstancias, lo mejor es emplear transformadores de corriente. Aunque esta corriente es corta duración, influye en la elección de las proteciones de la máquina y de los transformadores de corriente. La relación de transformación de un transformador convencional sería de 200A/5A y se tratara de un transformador de efecto hall con salida de voltaje, la relación de transformación, podría ser de 200A/2.5V.

3.1.4. Potencia eléctrica

La entrada de un motor trifásico o la potencia de salida de un generador se pueden medir con dos vatímetros monofásicos conectados como en el método de los dos vatímetros (conexión Arón), un vatímetro polifásico o tres vatímetros monofásicos. Las lecturas de potencia se deben corregir para las pérdidas del equipo de medición si estas son significativas. En la hoja de cálculo diseñada en este trabajo, el usuario puede escoger el método de medición de la potencia.

Todas las potencias eléctricas o mecánicas, medidas y calculadas, se deben expresar en vatios. Para máquinas grandes puede ser más práctico trabajar con cantidades expresadas en kilovatios. Naturalmente, si se cambia la unidad de medición de una variable, se debe tener cuidado en los valores afectados que dependan de ella.

El rango máximo de medición de potencia, será de 15 kW., el cual está determinado por el ensayo bajo carga. Esta mágnitud se puede realizar por medición directa del instrumento.

3.1.5. Resistencia

Se deben usar equipos calibrados de alta precisión. Pueden usarse instrumentos análogos (como el puente Kelvin) o instrumentos digitales. Los instrumentos deberán llevar registro de calibración, con vigencia no mayor a 12 meses al momento de efectuar los ensayos, y deben indicar límites del error menores de ±0,2% del fondo de escala. Se puede usar un sistema automático de adquisición de datos, cuando se disponga de él.

Se debe usar los procedimientos dados en los estándares IEEE Std 118-1978 and IEEE Std 119-1974 cuando se va a medir la resistencia de los devanados del estator y la resistencia de los devanados del rotor, cuando la máquina es de rotor

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devanado. En la sección 2.3.1.1 (página 44) se han explicado los métodos recomendados para medir resistencia de bajo valor, como la de los devanados del estator de máquinas elécticas.

Para le medición en frío, de la resistencia de los devanados de la máquina de prueba, el usuario puede realizarla por medición directa empleando un microhmímetro o puente de medida, o bien por el método del voltímetro–amperímetro, como se ha explicado en la sección 2.3.1.1. Si la medición es directa.

En la hoja de cálculo diseñada en este trabajo, también se ha considerado la medición de la resistencia de los devanados en caliente, por lo tanto, el usuario puede escoger el método de medición de la resistencia de los devanados después de las pruebas, bien sea, por medición directa, o midiendo la temperatura de los devanados y calculando la resistencia de acuerdo a la ecuación (9).

Si la medición de resistencia se efectúa por el métido directo, se bebe garantizar la desconexión de la fuente de alimentación, antes de conectar el instrumento, y tomar los datos en los tiempos dados en la tabla Tabla 10. En la Figura 14 se muestra un esquema de la instrumentación requerida para el banco de pruebas, donde se ha tenido en cuenta, lo antedicho.

3.1.6. Medición de frecuencia

Para las mediciones en corriente alterna, este parámetro es muy importante para obtener medidas confiables, además de requerir extremada precisión en su medida. En este caso, el mayor inconveniente se presenta para medir variables eléctricas con frecuencias bajas, como es el caso del método 2, para la medición de la impedancia propuesto en el método F. La frecuencia mínima, es de 25% de la frecuencia nominal, es decir 15Hz.

La mayoría de los instrumentos electrónicos operan en un rango de ancho de banda entre 40Hz y 400Hz. Es claro que no podrán medir apropiadamente los voltajes, o corrientes eléctricas para esta frecuencia.

3.2. VARIABLES FÍSICAS Y MECÁNICAS

3.2.1. Potencia mecánica

La medición de potencia mecánica debe hacerse con el mayor cuidado y precisión. Si se utiliza un freno mecánico, la tara debe ser cuidadosamente determinada y compensada. Si se utiliza un banco dinamómetrico a la salida, las pérdidas de acoplamiento y fricción de los rodamientos deben ser compensadas. Se debe utilizar un banco dinamométrico de tamaño adecuado, de tal forma que las pérdidas de fricción y acoplamiento derivadas del banco dinamométrico medidos a la velocidad nominal de la máquina a prueba no sean superiores al 15% de la potencia nominal de la máquina que se está probando, y el

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dinamómetro debe ser sensible a cambios de torque de 0,25% del torque nominal. Ver detalles del cálculo de la capacidad del dinamómetro en la sección 3.3.5.

Los errores de la instrumentación utilizada para medir el torque mecánico no deben ser mayores al ±0.2% de plena escala.

3.2.2. Velocidad y deslizamiento

Se debe usar el método del estroboscopio o tacómetro digital para determinar la velocidad o el deslizamiento. Cuando se use un estroboscopio para medir la velocidad, la fuente de alimentación del estroboscopio debe tener la misma frecuencia de la fuente de alimentación del motor. Un transductor de torque y velocidad adaptado al eje del dinamómetro o al eje de la máquina en prueba puede ser usado para proveer una medición y transmisión directa de las variables.

Cuando se mide la velocidad, la instrumentación utilizada no debe tener un error mayor que el ±1.0 min–1 de la lectura.

3.2.3. Medición de temperatura

Las técnicas de medición de temperatura, deben seguir las recomendaciones estipuladas en los estándar IEEE 119-1974 and IEEE 1™ -1986 [B5]. En la sección 2.3.1.1 (página 44) se han explicado los métodos recomendados por dichas normas para medir la resistencia de los devanados. La medición de la temperatura ambiente y de otras partes accesibles de la máquina en prueba, puede ser determinada por métodos comunes el termómetro de alcohol, o detectores de temperatura locales, como termocuplas, detectores de temperatura resistivos RTDs o termistores).

La medición de temperatura se fundamenta en diferentes fenómenos que tienen lugar cuando un cuerpo se calienta, por ejemplo la expansión volumétrica de sólidos, líquidos o gases (termómetros bimetálicos, o de bulbo y capilar); la generación de una fuerza electromotriz en la unión de dos metales diferentes (termocuplas), en la variación de la resistencia de un conductor o de un semiconductor (RTDs o termistores) o en la cuantificación de la energía radiante o luminosa emitida por un cuerpo caliente (pirómetros de radiación o lumínicos).

Para mediciones directas de partes accesibes de la máquina o de la temperatura ambiente, se pueden emplear métodos directos, como, termómetros bimetálicos, termómetros de bulbo y capilar, pirómetros de radiación o pirómetros ópticos. Sin embargo, para las partes inaccesibles, como los devanados, lo más conveniente es usar detectores incorporados en los devanados, o se puede emplear el método indirecto, basado en la medición de la resistencia de los devanados. El diseño de la hoja de cálculo permite al usuario elegir el método.

Si se incrustan sensores de temperatura en las bobinas de la máquina, lo ideal es que sean instalados en fábrica. En este caso, los sensores recomendados son las termocuplas, los termistores o los detectores de temperatura resistivos (RTD),

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y de éstos últimos, la PT–100. La PT–100 es más lineal, más exacta y más estable que las termocuplas o los termistores.

Las termocuplas y las PT–100 además, permiten transmisión de la señal a un dispositivo de adquisición de datos, o conversión de la señal de voltaje o resistencia de salida, en señales estándar para los controladores.

En la Tabla 12 se presenta un compendio de la precisión de los instrumentos, exigida por la norma.

Tabla 12. Precisión de la instrumentación

Variable a medir Unidad Exactitud

Temperatura °C ± 1.0 de la lectura

Velocidad de rotación min–1 ± 1.0 de la lectura

Par de torsión % ± 0.2 del fondo de escala

Resistencia eléctrica % ± 0.2 del fondo de escala

Voltaje % ± 0.2 del fondo de escala

Intensidad de corriente % ± 0.2 del fondo de escala

Potencia eléctrica % ± 0.2 del fondo de escala

Transformadores de medida % ± 0.2 del fondo de escala

Frecuencia % ± 0.1 del fondo de escala Fuente: [34]

3.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS EQUIPOS

Las características técnicas mínimas o máximas que deben cumplir los equipos (según sea el caso más crítico), se describen a continuación.

3.3.1. Selección de los motores de corriente alterna para las pruebas

Los motores a probar serán asincrónicos, de jaula de ardilla, y pueden variar sus características desde 900 rpm, hasta 3600 rpm; y desde 1kW hasta 10 kW, de baja tensión 220V en conexión triángulo, y 60 Hz. Estas características se muestran en la Tabla 13.

Tabla 13. Características de velocidad y potencia de los motores de prueba

Potencia

kW

Potencia

HP

Tensión

V

Velocidad

RPM FP

Par

Nm

Corriente

A

1.0 1.34 220 875 0.83 10.91 3.16

1.0 1.34 220 3440 0.83 2.78 3.16

10.0 13.40 220 875 0.83 109.14 31.62

10.0 13.40 220 3530 0.83 27.05 31.62

Para la medición de temperatura se recomienda adquirir motores que incorporen PT–100 en sus devanados, preinstalados de fábrica.

3.3.2. Selección del alternador trifásico

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El alternador trifásico debe tener la capacidad suficiente para suministrar la demanda de potencia eléctrica del motor de prueba. En las condiciones más exigentes, se requiere una potencia de 15kW, en servicio continuo. Si se asume una eficiencia de 88.6%, y un factor de potencia de 0.85, la corriente demandada será

15000W78A

3 cos 3 220V 0.85 0.886

PI

U

Y la potencia aparente, será

15 kW

20 kVAcos 0.85 0.886

PS

Por otra parte, la tensión trifásica debe cumplir con las características de THD y desbalance máximos que establece la norma, referidos en la sección 3.1.2 (página 75)

3.3.3. Selección del motor de corriente continua para excitar el alternador trifásico

El motor de corriente continua, debe suministrar la potencia del alternador y asumir las pérdidas de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica del alternador. Si se asume una eficiencia del 88%, la potencia del motor de corriente contuinua será de 17 kW.

El motor debe ser de excitación independiente, para permitir fácil regulación del voltaje y la corriente de excitación y obtener una mayor controlabilidad sobre la velocidad. Esta velocidad variable, es la que requiere el alternador trifásico en su eje, para finalmente, lograr un voltaje de salida variable en frecuencia.

3.3.4. Selección de la fuente regulada

La fuente debe tener la capacidad de suministrar en servicio continuo, la demanda máxima de potencia eléctrica exigida por el banco de pruebas, tanto en corriente continua como en corriente alterna.

En corriente alterna la máxima tensión trifásica, será 550 Vrms (de la prueba de vacío).

La corriente máxima en corriente alterna requerida, será 54.5 amperios. Ésta resulta de la prueba de carga, considerando un factor de potencia de 0.83, y una eficiencia típica de 95%.

Tabla 14. Corriente alterna máxima que debe suministrar la fuente regulada

10 kW Potencia

kW

Potencia

HP

Tensión

V Eficiencia FP

Corriente

A

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Tabla 14. Corriente alterna máxima que debe suministrar la fuente regulada

10 kW Potencia

kW

Potencia

HP

Tensión

V Eficiencia FP

Corriente

A

150% 15.0 20.11 220 0.87 0.83 54.51

100% 10.0 13.40 220 0.87 0.83 36.34

75% 7.5 10.05 220 0.87 0.83 27.26

50% 5.0 6.70 220 0.87 0.83 18.17

25% 2.5 3.35 220 0.87 0.83 9.09

Sin embargo, en la prueba de impedancia, se requiere que la fuente regulada suministre potencia simultáneamente al motor de corriente continua y al motor de prueba, la corriente del motor de prueba es muy cercana a la corriente nominal, es decir 32A., por consiguiente, la fuente debe suministrar los 17 kW que requiere el motor DC más los 10 kW que requiere el motor de prueba, para un total de 27 kW.

3.3.5. Selección del dinamómetro

Los dinamómetros mecánicos son altamente empleados en la industria automotriz, y en otros sectores de la industria, sin embargo, no lo son en mayor medida en el caso particular de aplicar carga variable a un motor para caracterizarlo, especialmente por la baja controlabilidad del sistema de frenado, comparada con los frenos basados en sistemas electromagnéticos, que son más funcionales en este caso.

A continuación se describen brevemente algunos de los sistemas de frenado más empleados en detener máquinas eléctricas, con el propósito de seleccionar la tecnología que mejor desempeñe la tarea de aplicar carga variable a máquinas eléctricas, y poder diseñar el banco de pruebas de motores eléctricos.

Dinamómetro mecánico

Se denominan comúnmente dinamómetros de absorción, puesto que se fundamentan en la absorcion del par torsional producido por la máquina de prueba, generando pérdidas por calor en el proceso de frenado. Los más comunes en aplicaciones de frenado de motores eléctricos son el freno de fricción y los sistemas de frenado hidráulicos.

En general, los frenos mecánicos estan conformados por dispositivos mecánicos, como palancas, discos, tambores, pistones y cables, los cuales activan los mecanismos que se acoplan a la parte móvil para detenerla. Su aplicación más común es proporcionar un sostenimiento de cargas y frenos de emergencia en los vehículos. Los frenos mecánicos no son adecuados para detener cargas que giren a altas velocidad, ya que ellos no son aptos para tranasmitir esfuerzos grandes en tales circunstancias.

Los tipos de frenos de fricción más empleados en son: freno por cintas, freno de disco y freno de tambor. En el caso de frenado por cinta, se utiliza una banda que es la encargada de detener a un tambor que se encuentra sujeto al eje que se pretende detener. Los frenos de fricción fundamentan su principo de operación en

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el contacto de dos superficies, una de ellas en movimiento acoplada a la carga que se desea detener, en este proceso, generan excesivo calor, por lo cual emplean materiales especiales, resistentes a la temperatura, como ciertos metales, aleaciones metálicas y materiales cerámicos. A esta categoría, pertenece el freno denominado Pony, para motores eléctricos.

Freno neumático. Es un freno mecánico que transmite fuerza a los componentes móviles encargados de detener la parte móvil (generalmente una combinación de discos, tambores y pistones), empleando el aire comprimido. Requiere por lo tanto de un compresor, y dispositivos de control de flujo de aire, válvulas y reguladores, los cuales se encargan de controlar el sistema. Su aplicación más común es en sistemas automotrices.

Freno hidráulico. Semejante al sistema de frenado neumático, emplea un fluido para transmitir la potencia de frenado por medio de válvulas, y dispositivos de regulación, a la carga que se desea detener. La potencia de frenado es suministrada por una bomba hidráulica. A esta categoría, pertenece el freno de agua, el cual es el sistema mecánico más empleado hoy en aplicaciones de motores eléctricos.

En los frenos de agua o absorbers de agua, la fricción de un fluido se usa para disipar la energía absorbida, al mismo tiempo que sirve de refrigeración para disipar el calor producido en la conversión de energía cinética en calor. La capacidad de absorber energía de estos dispositivos depende de la velocidad del motor y del volumen de agua.

La ecuación (74) expresa el valor del par torsional en frenos mecánicos, y la ecuación (75) la potencia requerida para lograr el frenado.

(74) T Fd

(75) 30

P T

Donde T (Nm) es el par torsional, d es la longitud (m) del brazo de reacción colocado en el freno, F (N) es la fuerza aplicada, Ƞ (rpm) es la velocidad de giro del elemento que se desea frenar, y P (W), es la potencia.

Dinamómetro eléctromagnético

Este tipo de freno emplea la electricidad como fuente de energía principal para generar la potencia requerida en un proceso de frenado. En aplicaciones industriales, son los más empleados por su eficacia y facilidad de empleo para controlar el movimiento de desaceleración y frenado de cargas acopladas a los motores eléctricos. Los más comunes son dinamómetro de corrientes parásitas, dinamómetro de CD, motores y generadores de CD, motores y generadores de AC.

Las corrientes parásitas o corrientes de Foucault, también denominadas EDDY Current (en inglés) se presentan cuando un existe un movimiento relativo entre un conductor eléctrico y un campo magnético. En el aparece una corriente

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inducida que a su vez, crea electroimanes con campos magnéticos opuestos al campo magnético aplicado. La intensidad de las corrientes de Foucault, es directamente proporcional a la velocidad, a la intensidad del campo magnético y a la conductividad del conductor.

Este efecto se aprovecha en la construcción de dinamómetros de corrientes de Eddy, los cuales emplean discos metálicos que giran acoplados al eje de la máquina de prueba, y sometidos a un campo magnético controlado. El movimiento relativo entre ellos, hace que los discos experimenten una reducción en la velocidad de rotación, al mismo tiempo que se produce un campo magnético opuesto provocando un par de frenado proporcional a la velocidad. Mientras mayor sea la velocidad de rotación de la carga, más fuerte será el efecto, dando como resultado que a medida que la velocidad disminuye, también lo hará la fuerza de frenado, consiguiéndose un frenado suave proporcional a la velocidad.

Una ventaja de este tipo de freno, es que las fuerzas magnéticas interactúan sin producir fricción o desgastes mecánicos, por lo tanto produce una par de frenado constante y fácil de regular, mediante el control de la corriente de alimentación para producir los campos magnéticos.

Como desventaja sobresale el hecho de que no son aptos para frenar cargas que roten a bajas velocidades, además, en el proceso de frenado, surgen pérdidas de energía por efecto Joule debido a que las corrientes de Foucault encuentran resistencia mientras circulan a través del metal, y disipan energía en forma de calor.

Los dinamómetros de corriente continua, pueden ser utilizados como dinamómetros impulsores o de absorción con buena precisión. En el primer caso, se comporta como un generador, disipando potencia (generalmente) en forma de calor en resistencias externas y tiene buen comportamiento para el control de carga a bajas velocidad de rotación de la carga.

Los motores o generadores de corriente continua, pueden también funcionar respectivamente como dinamómetros impulsores o de absorción. Por su característica de control de la corriente de campo de excitación, tienen buen comportamiento para controlar la velocidad de impulsión o su carga de absorción. El comportamiento de motores o generadores de AC en aplicaciones de frenado de cargas, es similar al de CD.

En la Tabla 15 se presenta una comparación entre diferentes tecnologías de frenado. Con base en esta tabla y los comentarios de los párrafos precedentes, se recomienda usar un dinamómetro tipo AC motor–generador, como primera opción, o un dinamómetro por corrientes de Eddy, como segunda.

Tabla 15. Comparación entre diferentes tecnologías de dinamómetros

Característica Freno

(absorber) de agua

Rodillos de inercia

Eddy Current

(Corrientes de

Foucault)

Frenos de fricción

Bombas Hidráulicas

AC Motor-Generador

DC Motor- Generador

de 145



(absorber) de agua

Rodillos de inercia

Eddy Current

(Corrientes de

Foucault)

Frenos de fricción

Bombas Hidráulicas

AC Motor-Generador

DC Motor- Generador

Alta capacidad de carga (Estado estacionario)

Excelente No aplicable Bueno Pobre (Requiere enfriamiento)

Razonable (Requiere enfriamiento)

Bueno Razonable

Capacidad de alta velocidad

Excelente No aplicable Razonable Bueno Pobre Razonable Pobre

Torque a baja velocidad (Estado estacionario)

Favorable No aplicable Muy Bueno Excelente Excelente Excelente Excelente

Capacidad de torque a 0 RPM

Pobre Razonable (Solo en el arranque)

Pobre Bueno Bueno Excelente (Con encoder)

Excelente (Con encoder)

Estabilidad de control de velocidad de carga

Bueno No aplicable Muy Bueno Pobre Razonable Excelente Muy Bueno

Tiempo de respuesta típico (a 90% de carga)

Bueno (menos de 0.5 s)

No aplicable Bueno (Menos de 0.05 s)

Pobre (Menos de 1.0 s)

Razonable (Menos de 0.75 s)

Excelente (Menos de 0.005 s)

Muy Bueno (Menos de 0.01 s)

Prueba de simulación por PC

Bueno No aplicable Excelente Razonable Típicamente no disponible

Excelente Muy Bueno

Adecuación a las pruebas de larga duración

Excelente No aplicable

Excelente (Agua enfriada) Razonable (aire)

Razonable (Agua enfriada)

Bueno (Con enfriamiento)

Excelente Bueno

Facilidad de arranque

Requiere arrancador separado





Excelente Excelente

Capacidad de carga vs. Peso

Excelente Pobre Razonable Razonable Razonable Pobre Pobre

Capacidad de carga vs, tamaño

Excelente Excelente Razonable Bueno Bueno Razonable Pobre

Portabilidad de la unidad de absorción

Excelente Determinado por el peso

Razonable Razonable Bueno Pobre Pobre

Exactitud en RPM, Torque, & Hp

Determinado por el sistema de adquisición de datos







Repetibilidad de datos








Resistencia a la histéresis

Bueno Excelente Muy bueno Bueno Pobre Muy Bueno Bueno

Inmunidad a las pérdidas parásitas

Excelente (si se monta directamente)

Pobre Bueno Bueno Razonable

Excelente (Con transductor en línea)

Excelente (Con transductor en línea)

Asequibilidad de instalación

Excelente (Si el agua está disponible)

Razonable Muy Bueno (Necesita 115V AC)

Bueno (Pero requiere enfriamiento)

Bueno (Pero requiere enfriamiento)

Bueno (Requiere electricidad)

Bueno (Requiere electricidad)

Asequibilidad de mantenimiento

Excelente Excelente Excelente Razonable Bueno Excelente Bueno

de 145



(absorber) de agua

Rodillos de inercia

Eddy Current

(Corrientes de

Foucault)

Frenos de fricción

Bombas Hidráulicas

AC Motor-Generador

DC Motor- Generador

Fuente: [65]

Dimensionamiento del dinamómetro

De acuerdo con la ecuación (16), los parámetros críticos para la selección de la máxima potencia del dinamómetro, corresponden a la mínima velocidad y a la máxima potencia del motor a probar.

La mínima velocidad sincrónica de la máquina de prueba (sección 1.1.6.3, página 28), está determinada por el Estándar Energy Policy Act of 1992 (EPAct), que se aplica a motores hasta 8 polos – 60 Hz (900 rpm), con un deslizamiento típico de 2.7%, se tendría una velocidad de rotación del eje de 875 rpm. Por otra parte, si el ensayo de carga del método B (sección 2.3.1.3), impone que la potencia de frenado puede ser hasta 150% de la potencia nominal de la máquina a probar, que para el alcance de este trabajo corresponde a 10 kW, la potencia máxima de la máquina a probar, sería 15 kW. Con estos datos, el dinamómetro debe ser capaz de suminitrar una potencia continua de 15 kW, a una velocidad mínima de 875 rpm, y el par de torsión máximo debe ser 163.7 N.m, como se muestra en la Tabla 16.

En Colombia la frecuencia de la red eléctrica es de 60 Hz, si la frecuencia de la red eléctrica fuera de 50 Hz, la velocidad sincrónica para un motor de 8 polos, en este caso, se reduce a 750 rpm y el par se incrementa en un 20%.

Tabla 16. Parámetros para determinar la carga máxima del dinamómetro

10 kW Potencia kW Potencia HP Polos Frecuencia Velocidad rpm Par Nm

150% 15.0 20.1 8 60 875 163.71

100% 10.0 13.4 8 60 875 109.14

75% 7.5 10.1 8 60 875 81.86

50% 5.0 6.7 8 60 875 54.57

25% 2.5 3.4 8 60 875 27.29

Por otra parte, la carga mínima que debe exigir el dinamómetro a la máquina de prueba, es 15% de la potencia nominal. La potencia nominal más baja de la máquina a probar se consigue, para la máxima velocidad y la mínima potencia de la máquina a probar (sección 2.3.1.4). Los valores se muestran en la Tabla 17, se nota que la carga mínima del dinamómetro es 38 W y 0.66 Nm.

Tabla 17. Parámetros para determinar la carga mínima del dinamómetro

1 kW Potencia

kW Potencia

HP Polos Frecuencia

Velocidad rpm

Par Nm

15% Potencia kW

150% 1.50 2.011 2 60 3600 3.98 0.225

100% 1.00 1.340 2 60 3600 2.65 0.150

75% 0.75 1.005 2 60 3600 1.99 0.113

50% 0.50 0.670 2 60 3600 1.33 0.075

de 145

Tabla 17. Parámetros para determinar la carga mínima del dinamómetro

1 kW Potencia

kW Potencia

HP Polos Frecuencia

Velocidad rpm

Par Nm

15% Potencia kW

25% 0.25 0.335 2 60 3600 0.66 0.038

3.3.6. Selección del transductor de torque y velocidad

Existen dispositivos que miden las dos variables simultáneamente, y proporcionan salidas apropiadas para el sistema de adquisición de datos y los controladores, mediante salidas estándar de 4–20 mA, 1–5VDC, o 2–10VDC, o incluso, señales de comunicación para ordenadores u otros dispositivos.

El sensor elegido debe operar en línea con la posibilidad de comunicación a un

sistema de adquisición de datos que rciba señales normalizadas, y ser capaz de medir pares de torsión de 163 N.m (120 lb.pie), con un error del 0.2% de ese valor. Es decir, la exactitud debe ser de 0.31 N.m (0.23 lb.pie).

En cuanto a la velocidad sincrónica, el valor máximo se presenta cuando se tiene una máquina de 2 polos, a 60 Hz, o sea, 3600 rpm. El sensor, por lo tanto, debe medir velocidades en todo el rango, con una resolución mínima de ± 1 rpm del

valor medido.

3.4. ASPECTOS ECONÓMICOS

En la Tabla 18 se presenta un presupuesto en el que se incluyen las características técnicas y el costo de los principales equipos requeridos para implementar el banco de pruebas. No se incluye en este presupuesto, el costo de dotar el espacio físico con los servicios necesarios.

Los precios están en millones de pesos colombianos y no incluyen IVA. Además se han dejado las especificaciones dadas en el idioma original del proveedor, para no alterar el significado técnico del equipo ofrecido.

Tabla 18. Presupuesto

Cant. Equipo Descripción Precio

1 AC Absorber de 20Hp

20 Hp kit includes: bi-directional 230-volt AC absorber (20 Hp @ 3,600 base RPM) with 10:1 constant-torque ratio, C-face-mount torque transducer, Data-acquisition computer, electronic load-control drive, programming interface, resistive (air-cooled) load bank, 28-channel data harness, and manual. Note: Note: Other mounting styles, RPM and power ranges (from 1/3 to 4,000 Hp), and constant torque ratios (to zero RPM)

85.26

1 Fuente de potencia regulada

Voltaje de alimentación 220VAC trifásico, Gabinete metálico con pintura electrostática horneable y rodachinas, Índice de protección IP55, protección general termo magnética, pulsadores de encendido y apagado general del equipo, Medidores con presentación digital, pilotos indicadores de presencia de fase, pulsadores de arranque y parada, Aislamiento chasis, control de 6KV; Barraje de salida en platinas de cobre Incluye:

52.84

de 145



Variador de 20HP, 240 VAC; pulsadores en pantalla para selección de parámetros; fuente DC variable y regulada, de 0V a 500V, 50Amp., con factor de rizado inferior al 4,3% y medidores de voltaje y corriente digitales; protección electrónica de sobre-corriente; troceador ó chopper con técnica PWM para alimentación de motores DC hasta 86Amp con medidor de frecuencia digital y potenciómetros de variación de frecuencia y dureza de ciclo del PWM; frecuencia variable entre aproximadamente 10Hz a 1KHz y dureza de ciclo de 0% a 100%.

1 Alternador

Alternador trifásico sincrónico, sin escobillas. 2 polos, 3600 rpm., factor de potencia 0.8, eficiencia a plena carga 86.2%, potencia de entrada 24.1kW, potencia de salida 26kVA. Incluye regulador electrónico

5.34

1 Transductor de torque

Dual-Range Sensor with Brushless Transmission, Speed measurement: 1 x 60 pulses/rev, 90° display d, TTL, Nominal Speed: 8000 rpm. Electrical specifications: Output signal 0-5 VDC, Operating temperature range 10-60 °C, Supply voltage 11-30 VDC, Power consumption <3 W. Electrial Measuring data: Range I Rated torque: 200 N·m, Accuracy class: 0.1, Linearity error (including hysteresis): <±0,1 % FSO, Temperature influence zero point: <±0,005 % FSO/°C, Temperature influence nominal value: <±0,01 % FSO/°C. Range II Rated torque: 20 N·m.

20.74

1 Analizador de redes eléctricas

High Speed Three-Phase Power Analyzer. Measures Volts, Amps, Watts, Efficiency, Power Factor. 750 V AC/DC terminal (V), resolution 1mV. Input current: 1A, 5A, 10A, 20A, resolution 1mA. Display 5 digits. Accuracy: DC ±(0.1% Reading + 0.2% Range), 5 Hz – 500 Hz: ±(0.1% Reading + 0.1% Range). Frecuency: accuracy 0.05% in 20 Hz to 500 Hz.

58.71

1 Tarjeta de Adquisición de temperatura

Temperature Data Logger, 8-Channel 100Ω PT RTD Input, 0.01°C Resolution, Real-Time Operation, Programmable Start Time. Calibrated Accuracy: ±0.1°C @ 25°C ambient, range: -200 to 850°C. Input Connection: Removable screw terminal; 2, 3, or 4 wire interface. Real-Time Recording: Device may be used with PC to monitor and record data in real time. Memory: 10,922 readings per channel, Recording Interval: 2 sec to 12 hours, selectable through software

5.51

3 Miliohmimetro Rango de 20mΩ - 20kΩ. Resolución 0.01mΩ +/-0.2% +6 digits. 12.45

1

Motor trifásico con sensores de temperatura embebidos

Tipo: jaula de ardilla; refrigeración: TEFC; 3 fases, 60 Hz, 230/460 Voltios; elevación de temperatura: clase B a Full carga; altura: para 3300 ft;

Potencia: 5HP; diseño NEMA: C; aislamiento clase F; velocidad sincrónica: 1800 rpm; tamaño Nema: 184T; eficiencia: 89.5% @ full carga; factor de Potencia: 85.5% @ full carga; corriente: 6.12 amperios @ full carga @ 460 VAC; tipo de Arranque: directo y/o estrella delta; RTD'S de Platimum, 100 Ohm en devanados, 1 por fase.

2.3

1

Motor trifásico con sensores de temperatura embebidos

Tipo: jaula de ardilla; refrigeración: TEFC; 3 fases, 60 Hz, 230/460 Voltios; elevación de temperatura: clase B a Full carga; altura: para 3300 ft;

Potencia: 5HP; diseño NEMA: C; aislamiento clase F; velocidad

2.8

de 145



sincrónica: 1200 rpm; tamaño Nema: 215T; eficiencia: 91% @ full carga; factor de Potencia: 82.5% @ full carga; corriente: 6.24 amperios @ full carga @ 460 VAC; tipo de Arranque: directo y/o Estrella Delta; *RTD'S de Platimum, 100 Ohm en devanados, 1 por fase

Total 246

El costo estimado, de los equipos básicos es de $ 246 millones

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4. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS Y HOJA DE CÁLCULO

En este capítulo se presenta un prototipo del banco de ensayos ajustado al estándar, con su distribución física y se describen los protocolos de prueba, realizados en la hoja de cálculo excel de Microsoft.

4.1. PROTOTIPO DEL BANCO DE PRUEBAS

Descripción general. Un esquema de la plataforma de pruebas para los ensayos de la eficiencia de motores eléctricos propuesto en este proyecto, se muestra en la Figura 14. Los componentes básicos del banco de pruebas, son: un motor de corriente continua de excitación independiente, un generador sincrónico de corriente alterna trifásica, un dinamómetro, una fuente regulada de voltaje AC y DC, y los dispositivos de protección, medición, control y operación del sistema.

La fuente de voltaje DC regulada, proporciona una potencia suave al motor de corriente continua, incluso con cargas ligeras. A su vez, el motor DC transmite potencia mecánica variable al alternador trifásico, para generar una tensión alterna que finalmente, será suministrada a la máquina de prueba. Esta configuración es capaz de proporcionar la frecuencia de alimentación precisa y constante que requiere el método F para la prueba de impedancia.

La fuente variable en corriente alterna, debe suministrar voltajes variables a la máquina de prueba para el ensayo de vacío, hasta 125% del voltaje nominal.

G

Hz kW V A

Ω

M

M ºC

rpm Nm

Máquina de prueba

Transductor

Dinamómetro

Motor DC Alternador 3Ø

PC con interfaces

Analizador trifásico de redes eléctricas

Figura 14. Prototipo del banco de pruebas. Fuente: diseño del autor

Fuente regulada AC y DC

Suministro eléctrico

Acople flexible

Adquisición de resistencia

Adquisición de temperatura

Adquisición torque y velocidad

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Opcionalmente la variación de tensión eléctrica y frecuencia puede lograrse mediante una fuente electrónica de potencia, que permita variar la magnitud de voltaje desde cero para cualquier valor de frecuencia. Esta fuente eventualmente, podría reemplazar el conjunto máquina DC–Aternador trifásico.

Un transductor de torque y velocidad, se instala convenientemente en medio de la máquina a probar y del dinamómetro, y se acopla a ellos mediante elementos flexibles. Estos elementos, deben ser lo suficientemente flexibles, para resistir la deformación producida por el par de torsión del motor y transmitirlo al freno a través de sí mismos; embargo, deben de ser lo suficientemente rígidos, para tolerar los esfuerzos opuestos producido por el freno, así como los picos de torque que se produzcan súbitamente.

Para este propósito se han seleccionado un par de cardanes. Cada cardán tendrá la misión transmitir un movimiento de rotación estable a los ejes del motor y del dinamómetro, permitiendo además cierta desalineación debida a que las máquinas a probar tienen formas constructivas diferentes21.

La instrumentación, se ha descrito en el capítulo 3. En general. El sistema debe poder medir y registrar las variables mecánicas (velocidad, torque), las variables eléctricas (frecuencia, voltaje, corriente, potencia) y la variable física temperatura.

La medición de la resitencia en caliente, después de cada prueba, se efectúa previamente desconectando la red de alimentación, como se muestra en la figura Figura 14.

4.2. DISTRIBUCIÓN FÍSICA DEL LABORATORIO

La distribución del espacio se ha diseñado pensando en que debe cumplir con los siguientes requisitos:

Debe albergar en su interior, el banco de pruebas, los equipos e instrumentos, los dispositivos de cómputo y debe tener un espacio para almacenar en lugar seguro los insumos consumibles y herramientas, y otro espacio para los investigadores, estudiantes o visitantes,

Debe estar dotado de una red eléctrica y de los recursos necesarios para una operación sin limitaciones. La red eléctrica debe tener la capacidad suficiente para abastecer la demanda de energía del sistema y debe estar proyectada para futuras ampliaciones; los recursos mínimos, son el suministro de agua, de aire comprimido, y de una moderna red de datos integrada a los sistemas de cómputo,

Debe permitir facilidad de circulación del personal en su interior, y acceso cómodo de las máquinas que serán probadas, así como no limitar los

21

De acuerdo a Ia norma IEC 60034–7, las formas constructivas hacen referencia a la disposición del eje del motor respecto a la superficie de anclaje y se indica mediante la designación IM seguida de una letra y un número, así IM xy significa: – IM (International Mounting), – x (B,V) Eje horizontal o vertical, – y (número de

uno o dos dígitos), ejemplo IM B3

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técnicos para operar los equipos, medir, monitorear y controlar las variables electromecánicas. Y muy especialmente,

Debe responder a las normas de seguridad industrial, contemplando las medidas de prevención de riesgos de tipo eléctrico y mecánico.

Bajo el cumplimiento de estos criterios, es de esperar que la distribución física del laboratorio, pueda garantizar un buen funcionamiento de las instalaciones, de modo que, sin perder de vista la funcionalidad y la seguridad –como factores primordiales– el espacio, sea agradable y cómodo para los técnicos que desarrollen actividades allí. La figura Figura 15 muestra una distribución del espacio con los componentes básicos que componen el banco de pruebas

de 145

10500.00

3000.00

40

00

.00

12

50

0.0

0

MAcople GS M

ExitaciónTransductor

DinamómetroMáquina

de pruebaGeneradorsincrónico

Motor DC

Banco de pruebas

10

00

.00

2250.00

7250.00

30

00

.00

Almacén de repuestos y herramientas

4000.00

5600.00

22

00

.00

Figura 15. Distribución física del espacio para el banco de pruebas

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4.3. HOJA DE CÁLCULO

4.3.1. Generalidades

Para el diseño de la hoja de cálculo se han considerado las siguientes premisas:

Funcionalidad, significa que debe cumplir con el cometido de faciliar el manejo de los datos y cálculos propuestos en la norma para deteminar la eficiencia de la máquina a probar.

Seguridad, significa que la hoja de cálculo debe permitir editar solamente las celdas de introducción de datos, dejando protegidas las celdas que contienen fórmulas y resultados de cálculos, para evitar errores involuntarios del usuario, al operar indebidamente celdas no pemitidas.

Confiabilidad, significa que el usuario puede creer en los resultados obtenidos, naturalmete, desde que el programa este bien realizado.

Se ha elegido el programa Excel de Microsoft Office©, porque es un programa ampliamente difundido en muchos sectores, con presencia en computadores de toda índole, desde las personales, hasta en los grandes centros de cómputo empresariales, que evalúa y analiza fácilmente gran cantidad de datos y entrega resultados exactos y confiables. Además, muchos programas de cómputo admiten comunicación directa con excel, lo cual permite capturar datos en línea, usando un sistema de adquisición de datos apropiado. Se recomienda usar Microsoft office versión 2010 o superior, ya que algunas celdas tienen formato condicional, el cual no es compatible con versiones anteriores de Microsoft Office.

Para operar con las hojas del libro de excel, se debe tener en cuenta que la configuración regional del computador esté en el sistema inglés, en el cual, las cifras decimales se separan con punto, y las cifras de miles se separan con coma, y que la forma de introducir los datos en cada hoja, es en el orden natural en que aumentan las filas y columnas de cada hoja, es decir, es de izquierda a derecha y de arriba a bajo.

Para facilitar la operación, se han dejado las celdas editables sombreadas con color gris, y las celdas no editables presentan texto de color rojo oscuro; éstas, están reservadas para los resultados de cálculos. Las celdas con texto de color azul, son informativas, y no inciden en los cálculos o resultados. Las hojas están protegidas, pero no tienen contraseña.

El archivo se ha dejado con la propiedad de solo lectura, pero el usuario es libre de cambiar esta opción, o guardar el archivo con otro nombre, después de realizar cambios.

Las convenciones de los símbolos utilizados, pueden ser consultadas en la última hoja del libro, o en el anexo F del proyecto.

Todas las figuras de este capítulo, son del autor.

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4.3.2. Descripción del libro IEEE 112–B

La hoja “placa” (Figura 23), presenta la información básica de la placa de características de la máquina. Aquí, se introducen los datos nominales, como la marca, la serie, la potencia, la velocidad, la tensión y corriente en conexión estrella o delta, y se deben elegir otros datos como, la clase de aislamiento y material del devanado del estator, la frecuencia de la red y el tipo de conexión (estrella o delta).

Con estos datos, el programa calcula otros datos que se requieren más adelante en los ensayos, como, la velocidad sincrónica, el deslizamiento, la corriente y la tensión de línea y de fase, y la constante del material del devanado.

Hoja “Resistencia en frío”

En esta hoja se piden datos de la temperatura ambiente, la temperatura de los devanados, y de la resistencia medida entre los terminales de la máquina de prueba. Con estos datos, se determina la resistencia DC de los devanados del estator por fase. El procedimiento se describió en la sección 2.3.1.1 (página 44).

El programa permite elegir el método de medición de la resistencia, entre dos posibilidades. La opción 1, se usa cuando la medición es directa, por medio de un miliohmimetro, o un puente de medida; la opción 2 se usa cuando el método empleado en voltimetro-amperímetro.

El programa calcula automáticamente la resistencia de fase promedio y la temperatura promedio del devanado.

Hoja “Ensayo de temperatura”

En esta hoja, se ejecuta el procedimiento para la prueba del ensayo de temperatura a carga nominal, Figura 25. El programa solicita los datos de temperatura en cada devanado y de resistencia medida entre cada cada par de terminales de la bornera de conexión, todas las medidas en equilibrio térmico, siguiendo el procedimiento descrito en la sección 2.3.1.2 (página 48). Con estos datos el programa calcula la temperatura de los devanados del estator en estabilidad térmica (Tf), y la temperatura específica de la máquina (Ts).

Figura 16. Elección del método de medición de la resistencia en la prueba de resistencia en frío, del método B. Fuente: diseño del autor.

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Hoja “Ensayo de vacío”

En la Figura 26 y en las dos siguientes, se muestra la apariencia de las hojas, que ejecutan el procedimiento para la prueba del ensayo sin carga, explicado en la sección 2.3.1.5 (página 52).

Para cada tensión, el programa solicita los datos de frecuencia, velocidad, tensión entre terminales, corriente por línea, la potencia de entrada y la temperatura de los devanados o la resistencia entre terminanales del estator.

El usuario puede elegir el método usado para medir la potencia de entrada, entre tres posibilidades. La opción 1, cuando el método usado es Arón, la opción 2, cuando sea medición directa de potencia trifásica, y la opción tres, cuando sea por medio de tres vatímetros (Figura 17)

De manera similar, se puede elegir el método de medición de la resistencia, bien sea por medición indirecta usando la temperatura de los devanados o por medición directa, mediante un ohmímetro o puente de medida, previa desconexión de la alimentación de la máquina (Figura 18)

El programa calcula automáticamente para cada dato de la tensión aplicada a la máquina: el desbalance de la tensión de línea, el promedio de la tensión de fase, la corriente promedio por fase, la potencia de entrada promedio, el promedio de la resistencia de los devanados del estator, las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator.

Figura 17. Método usado para medir la potencia en el ensayo sin carga, del método B

Figura 18. Elección del método de medición de la resistencia en la prueba sin carga, del método B

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Además realiza la gráfica de segregación de las pérdidas (Figura 34), para encontrar las pérdidas por fricción y ventilación, las pérdidas en el núcleo y la potencia absorbida a tensión nominal (Figura 19)

Hoja “Ensayo bajo carga”

La hoja programada para ejecutar los procedimientos para la prueba del ensayo bajo carga, y el ensayo de carga mínima del dinamómetro, explicados en las secciones 2.3.1.3 y 2.3.1.4 (página 50), se muestran en las figuras que van desde la Figura 29 hasta la Figura 32.

En el ensayo de carga mínimo del dinamómetro, se pide la frecuencia, las tensiones de línes entre terminales, la corriente por cada línea, la velocidad, el par trosional, la potencia de entrada y la resistencia o la temperatura de los devanados).

Con estos datos, se calcula como el factor de corrección del dinamómetro, para eliminar el error de tara producido a carga mínima del freno.

Para el ensayo bajo carga, el programa solicita para cada valor de carga aplicado a la máquina, los datos: frecuencia, velocidad, tensión entre terminales, corriente por línea, la potencia de entrada y la temperatura de los devanados o la resistencia entre terminanales del estator.

Similarmente, a como se ha explicado en la sección anterior, el programa permite elegir el método de medición de la potencia de entrada y la resistencia de los devanados del estator.

El programa calcula automáticamente para cada valor de carga aplicado a la máquina: el desbalance de la tensión de línea, el promedio de la tensión de fase,

Figura 19. Separación de las pérdidas, en el ensayo de vacío del método B

de 145

la corriente promedio por fase, la potencia de entrada promedio, el promedio de la resistencia de los devanados del estator, y el deslizamiento.

Con estos datos y las pérdidas segregadas halladas en la prueba de vacío, se realizan automáticamente los cálculos de las pérdidas por efecto Joule en el estator y en el rotor, el par torsional corregido, la potencia de salida y la potencia adicional, medida a carga variable (Figura 20).

Posteriormente, se grafica automáticamente la curva de suavizado de la potencia residual (Figura 34), con el propósito de efectuar las correcciones por temperatura de las pérdidas. Finalmente el programa calcula y grafica la eficiencia la y el factor de potencia a cualquier carga (Figura 36).

4.3.3. Descripción del libro IEEE 112 – F

Las hojas “placa” y “Resistencia en frío” son similar a las del libro IEEE – B explicadas en la sección 4.3.2. El método F no realiza la prueba de temperatura a plena carga, en vez de ello, realiza la prueba de impedancia.

La hoja “ensayo de vacío” es también, similar a que se diseñó para el método B, pues realiza exactamente el mis procedimiento. Por lo tanto, no es necesario volver a hacerlo. La Figura 37 y la que sigue, muestran la apariencia de la prueba de vacío para el métoto F.

En la hoja “Rotor bloqueado” (Figura 39 y siguiente), se ejecuta el procedimiento para esta prueba. El programa solicita los datos: frecuencia, temperatura ambiente, tensión de línea entre cada par de terminales, corriente de cada línea, potencia de entrada y resistencia.

El programa permite elegir el método usado para medir la potencia, como se muestra en la Figura 21, y la resistencia de los devanados del estator en la Figura 22.

Figura 20. Cálculos a carga variable de la prueba bajo carga, del método B

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Con estos datos se calcula: el desbalance de la tensión trifásica entre las terminales de la máquina, la tensión promedio por fase, la corriente de fase promedio, la potencia de entrada, la resistencia del devanado del estator, la pérdidas por efecto Joune en el devanado del estator.

La hoja “Informe” presenta el resultado de la eficiencia calculada a tensión plena del motor de prueba, después de calcular los parámetros del circuito equivalente, como se muestra en la Figura 41.

Figura 21. Método F – Elección del método de medición de la potencia, de la prueba de rotor bloqueado

Figura 22. Método F – Elección del método de medición de la resistencia de los devanados, en la prueba de rotor bloqueado

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Polos 50 60

ABB Cobre 234.5 2 3000 3600

3 Aluminio 225 4 1500 1800

50.0 Frec 6 1000 1200

1,480.0 nr 50 8 750 900

3 Pn 60 10 600 720

0.83 FP 12 500 600

S1 FS 14 428.57 514.29

55 A 75 16 375 450

3GV09 B 95 18 333.33 400

IEC 60034-1 F 115 4.05 4

H 130 4 1500

Conexión Tensión Corriente

Estrella 380.0 5.500

Delta 220.0 9.500

Delta Conexión

A Clase

Cobre

220.0

220.0

9.500

5.500

75.0

234.5 k_1

4 Polos

1,500.0 ns

0.0133 sn

Otros datos de la máquinaEscribir únicamente en las celdas

sombreadas de color gris

k1

Número de polos

Cálculos

Conexión del motor

Clase de aislamiento

Material del bobinado

Tensión de línea (V)

Placa de características k1

Clase de aislamiento (ºC)

Elegir la conexión, clase de aislamiento

térmico y material del devanado

Frec (Hz)

Velocidad sincrónica (rpm)

Deslizamiento nominal

Marca

Fases

Frecuencia (Hz)

Velocidad (rpm)

Potencia (kW)

Factor de Potencia

Factor de Servicio

Encerramiento (IP)

Serial

Norma

Temperatura del aislamiento del devanado (ºC)

Tensión de fase (V)

Corriente de línea (A)

Corriente de fase (A)

a b 1

b

a 1

R T kR

T k

rpm

(Hz)

Sincrónica

Frecuencia120

Número de polos

Figura 23. Método B – Datos de placa del motor

de 145

25.0

T1-T2 T2-T3 T3-T1

27.0 26.5 26.6

1

Medición

Directa

Resistencia

(Ω)

T1-T2 2.310 3.300 1.000 3.300

T2-T3 2.330 9.060 3.000 3.020

T3-T1 2.320 6.100 2.000 3.050

2.320

2.320

3.480

26.7Promedio de las temperaturas en los devanados

del estator, en frío. Ti, (°C)

Promedio de resistencia DC, por fase del devanado del

estator, de la medición en frío, Ri (Ω)

Temperatura ambiente inicial, prueba de resistencia en frío. Tai, (°C)

Elija el método de medición

de Resistencia en fríoTerminales de

conexión

Escribir únicamente en las celdas sombreadas

de color gris

Cálculos y Correcciones

Medición de resistencia del estator en frío

Resistencia DC promedio Línea-Línea del devanado del estator,

en frío. (Ω)

Temperatura medida en frío entre

terminales del estator, (°C)

Figura 24. Método B – Medición de la resistencia en frío

de 145

26.5 Taf

27

T1-T2 T2-T3 T3-T1

65.0 63.0 62.0

2.980 2.990 2.900

2.957

Conexión Delta4.435

63.3

98.4

75.0

63.3

71.9Incremento de temperatura para alcanzar el equilibrio térmico, ΔT (°C)

Resistencia promedio Línea-Línea del devanado del estator, a plena carga, Rf, (Ω)

Cálculos y Correcciones

Escribir únicamente en las celdas sombreadas de color gris

Medición de resistencia del estator, a carga nominalTemperatura ambiente final, medida a plena carga, Taf, (°C)

Temperatura específica de la máquina (°C)

Temperatura de referencia, Tref (°C)

Tiempo transcurrido para medir la resistencia devanados, (s)

Temperatura medida las bobinas del estator, a carga nominal (°C)

Temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico,

calculada por resistencia, Tfr (ºC)

Resistencia promedio del devanado del estator por fase, carga nom. Rf (Ω)

Promedio de temperaturas en devanados del estator,

en equilibrio térmico y a carga nominal, Tf (°C)

Resistencia medida entre terminales del estator, a carga nominal (Ω)

Figura 25. Método B – Medición de la resistencia del motor a plena carga. Ensayo de temperatura

de 145

Tensión nominal en conexión Delta, (V) 220.0

125% 115% 100% 95% 85% 70% 60%

60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0

1,480.0 1,480.0 1,480.0 1,480.0 1,480.0 1,480.0 1,480.0

275.0 242.0 220.0 209.0 187.0 154.0 132.0

275.0 242.0 220.0 209.0 187.0 154.0 132.0

274.0 242.0 220.0 209.0 187.0 154.0 132.0

274.7 242.0 220.0 209.0 187.0 154.0 132.0

3.400 2.700 2.060 1.620 1.330 1.090 0.810

3.400 2.700 2.060 1.620 1.330 1.090 0.810

3.400 2.700 2.060 1.620 1.330 1.090 0.810

3.400 2.700 2.060 1.620 1.330 1.090 0.810

288.6 67.6 54.0 44.0 37.1 31.2 25.3

88.6 67.6 54.0 44.0 37.1 31.2 25.3

Analizador de red eléctrica P (W) 177.3 135.2 108.1 89.5 74.2 62.0 50.6

59.1 45.2 36.4 29.8 24.7 20.7 16.8

59.9 45.9 36.9 30.7 25.6 21.5 17.7

58.3 44.3 34.0 29.0 23.5 19.3 15.4

25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0

1

26.0 25.0 24.0 23.0 22.0 21.0 20.0

24.0 27.1 27.5 28.1 27.5 27.5 26.3

25.0 28.4 25.8 26.5 26.5 26.5 26.5

25.0 26.8 25.8 25.9 25.3 25.0 24.3

3.250 3.250 3.250 3.250 3.250 3.250 3.250

3.020 3.020 3.020 3.020 3.020 3.020 3.020

3.100 3.100 3.100 3.100 3.100 3.100 3.100


Frecuencia, (Hz)

Velocidad de rotación del eje de la máquina, en vacío n0, (rpm)

Tensión aplicada entre los terminales T2-T3 (V)

Elija el método usado para medir la potencia de entrada P0 (W)


Corriente de línea promedio, ensayo de vacío a tensión variable

Ensayo de vacío a tensión nominal

Ensayo de vacío a tensión variable


Tensión de línea promedio, ensayo de vacío a tensión variable

(V)

Corriente medida en la línea 1 (A)



Temperatura ambiente a tensión variable, en la prueba de vacío, (°C)

Elija el método usado para detectar el aumento de temperatura de la máquina

Porcentaje de tensión

Temperatura Bobina 1 del estator, al finalizar el ensayo de

vacío (°C)Temperatura Bobina 2 del estator, al finalizar el ensayo de


vacío (°C)Promedio de las temperaturas de los devanados del estator,

medido a tensión variable (°C)

Figura 26. Método B – Ensayo de vacío 1 de 3

de 145

125% 115% 100% 95% 85% 70% 60%

274.67 242.00 220.00 209.00 187.00 154.00 132.00

1.96 1.56 1.19 0.94 0.77 0.63 0.47

177.27 135.17 108.07 89.54 74.22 62.03 50.61

3.46 3.48 3.47 3.47 3.46 3.46 3.45

39.965 25.379 14.713 9.103 6.123 4.107 2.262

75,441.78 58,564.00 48,400.00 43,681.00 34,969.00 23,716.00 17,424.00

137.31 109.79 93.36 80.44 68.10 57.92 48.35

18.527 Pfv, Pérdidas por fricción y ventilación

74.566 Pfe, Pérdidas en el núcleo74.83

14.71 I2Re0 Pérdidas en el estator

18.79 PB

V02 (V2)

P0-3Re0I02 (W)

Segregación de las pérdidas

Pérdidas por fricción y ventilación, Pfv (W)

Pérdidas del núcleo calculadas a Vnom, Pfe (W)

Pérdidas en vacío para tensión nominal

Cálculos para tensión variable

Pérdidas en el estator por efecto Joule, medidas en el

ensayo de vacío a tensión nominal, Pj1 (W)

Potencia absorbida a tensión nominal, medida

en el ensayo de vacío, PB (W)

Porcentaje de tensión

Promedio de resistencia del estator por fase, al finalizar el

ensayo de vacío, corregida por temperatura, Re0 (Ω)

Pérdidas por efecto Joule en el estator, con el motor operando en vacío, 3Re0I02, (W)

Tensión de fase promedio, medido en la prueba de vacío a

tensión variable (V)

Corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a

tensión variable I0 (A)

Potencia de entrada,

medida en la prueba de vacío a tensión variable Pe0 (W)

cc 1c i

i 1

T kR R

T k

frec e

f

TT T

T

2

B e0 e0 0 fe3RP P I P


de 145

75 59 48 44 35 24 17

137 110 93 80 68 58 48

(10-3)V02, (V2)

P0-3RE0I02 (W)

y = 1.5406x + 18.527R² = 0.9876

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Potencia P0-3Re0I02(W)

Tensión de vacío al cuadrado (V2) - Multiplicar la escala por 103



de 145

60

230.00

230.00

230.00

230.00

4.15

4.15

4.15

4.15

1485.00 nmin

0.40 Mmin

Elija el método usado para medir la pot.

entrada en carga minima, (W)2

120.00 1

121.00 2

Analizador de red P (W) 239.00 3

81.00

80.00

80.00


Corriente línea 2 (A)


Corriente de línea promedio del

ensayo de carga mínima (A)

Velocidad de rotación del eje de la máquina, con carga

mínima en el dinamómetro nmin, (rpm)Par del motor con carga mínima del dinamómetro,

Mmin (Nm)

Ensayo de carga mínima del dinamómetro

Tensión entre terminales T2-T3 (V)

Tensión entre terminales T3-T1 (V)Tensión de línea promedio para carga mínima del dinamómetro

(V)


Tensión entre terminales T1-T2 (V)

Frecuencia, (Hz)

Figura 29. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba de carga mínima del dinamómetro 1 de 2

de 145

Elija el método usado para medir el

aumento de temp. Por carga mínima, (W)2

21 1

22 2

22

Tmin

3.150

3.010

2.960

4.560 Rfase mínima

230.00 Vmin

2.40 Imin

239.00 Pemin

4.56 Remin

78.535 I2Remin

0.01 smin

85.04 I2Rrmin

0.026 FCD

62.20 Pd Ok, carga mínima del dinamómetro

Factor de corrección del dinamómetro (Nm)

Corriente de fase promedio, medida en la prueba de carga

mínima del dinamómetro (A)

Potencia de entrada, medida en la prueba de carga mínima

del dinamómetro(W)

Pérdidas por efecto Joule en el rotor, con el dinamómetro a

su carga mínima, PA (W)

Deslizamiento con el dinamómetro a su carga mínima,

smin (%)

Potencia de salida demandada al motor con carga mínima en

el dinamómetro, (W)

Resistencia del estator entre terminales T1-T2, al

finalizar el ensayo de carga mínima, R12 (Ω)





Resistencia de fase promedio en devanados del estator

medido con carga mínima, (Ω)

Pérdidas por efecto Joule en el estator, con el dinamómetro

a carga mínima, Imin2Remin (W)

Resistencia DC, por fase corregida a la temp. de los

devanados el estator en la prueba de carga min. (Ω)

Voltaje de fase promedio, medida en la prueba de carga

mínima del dinamómetro (A)

Cálculos

frec e

f

TT T

T

p.u

s minmin

s

s

min mind e0.15

9.55

MP P

A

min

min

9.55 B

Nm

P PFCD M

2

A emin min emin fe min3 1P P I R P s

2

B e0 e0 0 fe3P P R I P

Figura 30. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba de carga mínima del dinamómetro 2 de 2

de 145

130% 115% 100% 75% 50% 30% 25% 15%

1405 1420 1431 1441 1452 1461 1470 1480

12.950 11.350 9.751 8.191 6.531 4.892 3.351 1.653

25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00

218.2 219 218.81 219.7 220.73 221.3 222.81 230

218.2 219 218.81 219.7 220.73 221.3 222.81 230

218.2 219 218.81 219.7 220.73 221.3 222.81 230

218.20 219.00 218.81 219.70 220.73 221.30 222.81 230.00

7.756 6.892 6.16 5.52 4.92 4.47 4.17 3.96

7.756 6.892 6.16 5.52 4.92 4.47 4.17 3.96

7.756 6.892 6.16 5.52 4.92 4.47 4.17 3.96

7.76 6.89 6.16 5.52 4.92 4.47 4.17 3.96

1P1 (W) 1305.40 1133.20 976.00 824.50 671.45 532.55 398.56 258.56

P2 (W) 1306.20 1132.10 975.60 823.15 672.41 532.40 400.40 259.16

2613.25 2265.12 1951.20 1646.30 1345.62 1065.10 800.00 518.32

871.12 755.05 650.40 548.23 448.54 355.23 266.67 172.77

871.10 755.04 650.00 547.82 447.54 355.05 265.45 173.25

870.56 754.84 651.02 547.96 449.01 356.00 267.50 171.95




Temperatura ambiente medida durante el ensayo a carga

variable, Tam (°C)

Tensión de T1-T2 (V)

Ensayo a carga variable

Par torsional del motor medida

a carga variable Mc (Nm)

Elija el método usado para medir de la potencia de entrada Pe (W)

Porcentaje de carga nominal (%)

Frecuencia de la red eléctrica, (Hz)

Velocidad de rotación del eje de la máquina,

medida a carga variable, (rpm)

Corriente de línea promedio, (A)

Conexión ARON



Tensión de línea promedio (V)

Figura 31. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba con carga variable en el dinamómetro 1 de 2

de 145

2

22 21 20 19 18 18 18 18

22 21 20 20 18 18 18 18

22 21 20 21 18 18 18 18

3.250 3.250 3.250 3.250 3.250 3.250 3.250 3.250

3.020 3.020 3.020 3.020 3.020 3.020 3.020 3.020

3.100 3.100 3.100 3.100 3.100 3.100 3.100 3.100

4.685 4.685 4.685 4.685 4.685 4.685 4.685 4.685

130% 115% 100% 75% 50% 30% 25% 15%218.20 220.00 218.81 219.70 220.73 227.00 228.00 229.00

4.478 3.979 3.556 3.187 2.841 2.581 2.408 2.286

2,611.60 2,265.30 1,951.60 1,647.65 1,343.86 1,064.95 798.96 517.72

0.0633 0.0533 0.0460 0.0393 0.0320 0.0260 0.0200 0.0133

117.16 117.16 117.16 117.16 117.16 117.16 117.16 117.16

4.69 4.69 4.69 4.69 4.69 4.69 4.69 4.69

Corriente de fase promedio, medida a carga variable,

Ic (A)

Potencia de entrada, medida a carga variable Pec (W)

Deslizamiento medido a carga variable, sc (%)


Resistencia de los devanados del estator, corregida por

temperatura y medida a carga variable (Ω)

Promedio temperaturas en devanados del estator, de la

prueba bajo carga, corregida (°C)


finalizar el ensayo de carga, R12 (Ω)



Porcentaje de carga nominal (%)Tensión de fase, a carga variable (V)


medido con carga variable, (°C)

Cálculos para carga variable



Figura 32. Método B – Ensayo bajo carga. Prueba con carga variable en el dinamómetro 2 de 2

de 145

281.829 222.536 177.775 142.754 113.407 93.611 81.467 73.468

142.83 104.97 78.17 56.26 36.99 23.32 12.86 4.93

12.98 11.38 9.78 8.22 6.56 4.92 3.38 1.68

1,909.04 1,691.52 1,465.02 1,239.87 996.95 752.38 519.82 260.21

184.81 153.18 137.54 115.67 103.43 102.55 91.72 86.02

9.78

4.69

177.775

0.046

78.17

1465.02

486.58

137.54

Par de torsión corregido, Mc (Nm)

Potencia de salida, Ps (W)

Potencia adicional medida a carga variable, Pres (W)

Pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor, medidas

a carga variable, I2Rr (W)

Segregación de las pérdidasPérdidas por efecto Joule en los devanados del estator,

medidas a carga variable, 3RmIm2, (W)

Potencia de salida demandada por el dinamómetro, a plena carga(W)

Pérdidas totales, a plena carga (W)

Pérdidas bajo carga, con carga nominal aplicada

Par del motor a plena carga del dinamómetro, corregido

por carga mínima del dinam. (Nm)

Resistencia corregida a la temp. De los devanados

del estator a carga nom. (Ω)Pérdidas por efecto Joule en el estator, con el dinamómetro a plena

carga, I2Rnom (W)

Deslizamiento a plena carga del dinamómetro snom (%)

Pérdidas en el rotor a plena carga

Pérdidas residuales, a plena carga(W) 2

res c e s pérdidasP A M B P P P

2

Jestator c c3P R I

Jrotor ec fe Jestator( )P s P P P

res ec Jestator Jrotor fe fvP P P P P P

cM M FCD

s(%)

ec

100P

P

Figura 33. Método B – Ensayo bajo carga. Segregación de las pérdidas

de 145

168 129 96 68 43 24 11 3

0.992 Gama

0.570 A

95.99 73.78 54.49 38.49 24.51 13.79 6.50 1.61Pérdidas indeterminadas, Pind (W)

Pendiente

Factor de correlación para el análisis de regresión lineal

Cuadrado del par de torsión corregido, Mc2 (Nm)2Ajuste de la curva de potencia residual

y = 0.5701x + 83.221R² = 0.9832

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Pérdidas residuales, (W)

Cuadrado del par de torsión corregido, (Nm)2

Ajuste de la curva de potencia residual

Figura 34. Método B – Ensayo bajo carga. Suavizado de las pérdidas residuales

de 145

96.897 Tcc

4.415 Rcc

130% 115% 100% 75% 50% 30% 25% 15%

265.588 209.712 167.530 134.527 106.872 88.216 76.772 69.235

0.0597 0.0503 0.0433 0.0371 0.0302 0.0245 0.0188 0.0126

135.568 99.566 74.106 53.323 35.054 22.105 12.206 4.698

2,021.36 1,789.15 1,562.38 1,328.22 1,084.33 847.75 610.39 349.09

77.40 78.98 80.06 80.61 80.69 79.60 76.40 67.43

0.89 0.87 0.84 0.78 0.71 0.62 0.50 0.33

Eficiencia calculada(%)

Resistencia estator corregida temperatura de los devanados

medida a carga variable, referida temperatura ambiente de

25°C (Ω)

Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator

medida a carga variable, referidas a una temperatura

ambiente de 25°C, (W)

Temperatura de los devanados del estator en equilibrio

térmico calculada por resistencia tfr referida a una

temperatura ambiente de 25°C, en °C

Correcciones por temperatura

Deslizamiento medido a carga variable y corregido a la

temperatura ambiente de 25°C (%)

Pérdidas de Joule en el devanado del rotor, medidas a carga

variable, referidas a una temperatura ambiente de 25°C en

(W)

Potencia de salida corregida medida a carga variable,

referida a una temperatura ambiente de 25°C, (W)

Factor de potencia calculado (%)

Porcentaje de carga nominal (%)

Figura 35. Método B – Ensayo bajo carga. Correcciones por temperatura

de 145

1,951.60

1,562.38

167.53

74.11

18.53

74.57

54.49

80.06

0.84Factor de potencia calculado (%)

Valores nominales

Pérdidas por fricción y ventilación, Pfw (W)


Pérdidas indeterminadas, Pind (W)

Eficiencia calculada a la potencia nominal del motor, (%)

Eficiencia en cualquier punto de carga

Potencia de entrada, medida a carga variable Pec (W)

Potencia de salida corregida medida a carga variable, referida a una

temperatura ambiente de 25°C, (W)

Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator medida a carga variable,

referidas a una temperatura ambiente de 25°C, (W)

Pérdidas de Joule en el devanado del rotor medida a carga variable, referidas a

una temperatura ambiente de 25°C en (W)

66

68

70

72

74

76

78

80

82

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500

Eficienci

a (%

)

Potencia de salida corregida (W)

Eficiencia en cualquier punto de carga

Figura 36. Método B – Resultados del ensayo, método B

de 145

15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0

257.0 242.0 226.0 220.0 216.0 200.0 180.0 168.0 149.0 133.0 115.0 98.0 83.0 62.0 42.0 18.0 6.0

257.0 242.0 226.0 220.0 216.0 200.0 180.0 168.0 149.0 133.0 115.0 98.0 83.0 62.0 42.0 18.0 6.0

257.0 242.0 226.0 220.0 216.0 200.0 180.0 168.0 149.0 133.0 115.0 98.0 83.0 62.0 42.0 18.0 6.0

257.0 242.0 226.0 220.0 216.0 200.0 180.0 168.0 149.0 133.0 115.0 98.0 83.0 62.0 42.0 18.0 6.0

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

7.190 6.600 5.910 5.720 5.620 5.040 4.450 4.000 3.560 3.150 2.680 2.330 1.950 1.520 1.270 3.540 1.360

7.190 6.600 5.910 5.720 5.620 5.040 4.450 4.000 3.560 3.150 2.680 2.330 1.950 1.520 1.270 3.540 1.360

7.190 6.600 5.910 5.720 5.620 5.040 4.450 4.000 3.560 3.150 2.680 2.330 1.950 1.520 1.270 3.540 1.360

7.190 6.600 5.910 5.720 5.620 5.040 4.450 4.000 3.560 3.150 2.680 2.330 1.950 1.520 1.270 3.540 1.360

2300.00 275.00 255.00 245.00 235.00 185.00 170.00 140.00 120.00 110.00 90.00 80.00 60.00 45.00 35.00 25.00 5.00

300.00 275.00 255.00 245.00 235.00 185.00 170.00 140.00 120.00 110.00 90.00 80.00 60.00 45.00 35.00 25.00 5.00

Analizador de red eléctrica P (W) 600.00 550.00 510.00 490.00 470.00 370.00 340.00 280.00 240.00 220.00 180.00 160.00 120.00 90.00 70.00 50.00 10.00

200.00 183.00 170.00 163.00 156.67 123.33 113.34 93.33 80.00 73.33 60.00 53.30 40.00 30.00 23.33 16.67 3.34

200.00 183.00 170.00 163.00 156.67 123.33 113.34 93.33 80.00 73.33 60.00 53.30 40.00 30.00 23.33 16.67 3.34

200.00 183.00 170.00 163.00 156.67 123.33 113.34 93.33 80.00 73.33 60.00 53.30 40.00 30.00 23.33 16.67 3.34

25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0

1

74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0 74.0

77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5 77.5

75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0 75.0

75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5

1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291 1.291

1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290 1.290

1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293 1.293

148.38 139.72 130.48 127.02 124.71 115.47 103.92 96.99 86.03 76.79 66.40 56.58 47.92 35.80 24.25 10.39 3.46

7.19 6.60 5.91 5.72 5.62 5.04 4.45 4.00 3.56 3.15 2.68 2.33 1.95 1.52 1.27 3.54 1.36

600.00 550.00 510.00 490.00 470.00 370.00 340.00 280.00 240.00 220.00 180.00 160.00 120.00 90.00 70.00 50.00 10.00

0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646 0.646

100.185 84.417 67.689 63.407 61.209 49.227 38.376 31.007 24.561 19.229 13.919 10.521 7.369 4.477 3.126 24.286 3.584

Tensión de línea promedio, ensayo de vacío

a tensión variable (V)




Frecuencia de la prueba, (Hz)



Ensayo de vacío a 1/4 de la frecuencia nominal


Temperatura ambiente a tensión variable, en la prueba de vacío, (°C)

Desbalance de Tensión (debe ser menor de 0.5) (V)

Elija el método usado para medir la potencia de entrada P0 (W)


Corriente de línea promedio, ensayo de vacío a tensión variable

Cálculos para tensión variable

Promedio de resistencia del estator por fase, al finalizar el

ensayo de vacío, corregida por temperatura, Re0 (Ω)

Temperatura Bobina 1 del estator, al finalizar el ensayo de



vacío (°C)Promedio de las temperaturas de los devanados del estator,

medido a tensión variable (°C)



tensión variable (V)


tensión variable I0 (A)

Potencia de entrada,

medida en la prueba de vacío a tensión variable Pe0 (W)

Figura 37. Método F – Ensayo de vacío 1 de 2

de 145

22,016.3 19,521.3 17,025.3 16,133.3 15,552.0 13,333.3 10,800.0 9,408.0 7,400.3 5,896.3 4,408.3 3,201.3 2,296.3 1,281.3 588.0 108.0 12.0

499.82 465.58 442.31 426.59 408.79 320.77 301.62 248.99 215.44 200.77 166.08 149.48 112.63 85.52 66.87 25.71 6.42

52.22 Pfv, Pérdidas por fricción y ventilación

352.55 Pfe, Pérdidas en el núcleo

63.41 I2Re0 Pérdidas en el estator

426.59 Prot

374.37 Pm

22 20 17 16 16 13 11 9 7 6 4 3 2 1 1 0 0

500 466 442 427 409 321 302 249 215 201 166 149 113 86 67 26 6

(10-3)V02, (V2)

P0-3RE0I02 (W)

V02 (V2)

P0-3Re0I02 (W)


Pérdidas por fricción y ventilación, Pfv (W)


Pérdidas en vacío para tensión nominal

Pérdidas magnéticas (W)

Pérdidas rotacionales =Pérdidas magnéticas + Pfv (W)

Pérdidas en el estator por efecto Joule, medidas en el

ensayo de vacío a tensión nominal, Pj1 (W)

y = 21.852x + 52.223R² = 0.9816

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20 25

Pote

ncia

P0-3Re

0I02

(W)

Tensión de vacío al cuadrado (V2) - Multiplicar la escala por 103


Figura 38. Método F – Ensayo de vacío 2 de 2

de 145

60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0

25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0

117.8 105.7 93.5 81.4 67.5 57.2 43.3 27.7 13.9

117.8 105.7 93.5 81.4 67.5 57.2 43.3 27.7 13.9

117.8 105.7 93.5 81.4 67.5 57.2 43.3 27.7 13.9

117.8 105.7 93.5 81.4 67.5 57.2 43.3 27.7 13.9

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

16.000 14.310 12.600 10.840 9.200 7.560 5.720 3.840 2.040

16.000 14.310 12.600 10.840 9.200 7.560 5.720 3.840 2.040

16.000 14.310 12.600 10.840 9.200 7.560 5.720 3.840 2.040

16.000 14.310 12.600 10.840 9.200 7.560 5.720 3.840 2.040

2300.00 228.50 180.00 132.00 96.00 60.00 45.60 36.20 8.50

300.00 228.50 180.00 132.00 96.00 60.00 45.60 36.20 8.50

Analizador de red P (W) 600.00 457.00 360.00 264.00 192.00 120.00 91.00 72.00 17.00

200.00 152.33 120.00 88.00 64.00 40.00 30.00 24.00 5.67

200.00 152.33 120.00 88.00 64.00 40.00 30.00 24.00 5.67

200.00 152.33 120.00 88.00 64.00 40.00 30.00 24.00 5.67

2

120.0 120.0 120.0 120.0 120.0 120.0 120.0 120.0 120.0

125.0 125.0 125.0 125.0 125.0 125.0 125.0 125.0 125.0

115.0 115.0 115.0 115.0 115.0 115.0 115.0 115.0 115.0


Elija el método usado para medir de la potencia de entrada Pe (W)


Temperatura ambiente medida durante el ensayo a carga

variable, Tam (°C)


Ensayo a carga variableFrecuencia de la red eléctrica, (Hz)



Tensión de línea promedio (V)

Desbalance de Tensión (debe ser menor de 0.5) (V)




Corriente de línea promedio, (A)

Figura 39. Método F – Ensayo de rotor bloqueado 1 de 2

de 145

2.670 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669

2.670 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669

2.670 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669 2.669

1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335

Cálculos para tensión variable68.00 61.00 54.00 47.00 39.00 33.00 25.00 16.00 8.00

16.00 14.31 12.60 10.84 9.20 7.56 5.72 3.84 2.04

600.00 457.00 360.00 264.00 192.00 120.00 91.00 72.00 17.00

1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335 1.335

1,025.280 819.821 635.596 470.434 338.856 228.814 130.988 59.034 16.661

Potencia de entrada, Promedio de resistencia del estator por fase, al finalizar

el ensayo de vacío, corregida por temperatura, Re0 (Ω)









medido con carga variable, (°C)



Figura 40. Método F – Ensayo de rotor bloqueado 2 de 2

de 145

Frecuencia de la prueba 15.0 Frep

Potencia de entrada, (W) 490.00 P0

Voltaje de fase, (V) 127.0 V0

Corriente de fase, (A) 5.720 I0

Resistencia del estator (Ω) 0.646 R1

Potencia de entrada, (W) 457.00 Pb

Voltaje de fase Promedio, (V) 61.0 Vb

Corriente de fase promedio, (A) 14.310 Ib

Impedancia en el estator Z1 (Ω) 22.206 Z1

Pérdidas en el cobre en el estator, (W) 63.41 Pes R1 X1 X2

Perdidas rotacionales, (W) 426.59 Prot 0.646 6.287 3.097

Impedancia de rotor bloqueado Zrb 2.461 Zrb

Ángulo de la impedancia (rad) 1.26 Ø (rad)

Ángulo de la impedancia (º) 72.41 Ø (º)

Resistencia de rotor

bloqueado Rrb (Ω)0.744 Rrb R2

Resistencia del rotor (Ω) 0.098 R2 0.098

Reactancia de dispersión

a 15 Hz, X'rb (Ω) 2.346 X'rb

Reactancia de dispersión

equivalente a

Frecuencia nominal, Xrb (Ω)

9.384 Xrb Z1 Rm Xm 3.427

Relación de reactancias

estator/rotor0.670 X1/X2 22.206 98.78 15.919

Reactancia del estator X1, (Ω) 6.287 X1

Reactancia del rotor X2, (Ω) 3.097 X2

Reactancia de magnetización Xm, (Ω) 15.919 Xm

cos (Ø) 0.22

1.34 Ø (rad)

77.01 Ø (º)

Ixm, (A) 5.574 Ixm

Irm, (A) 1.286 Irm

(Ω) 98.776 Rm

Conversión de potencia 3.43 R2'

Pérdidas por fricción

y ventilación (W)52.22 Pfv

Pérdidas en el núcleo 352.55 Pfe

Pérdidas en el estator

por efecto Joule (W)63.41 Pes

Pérdidas rotacionales (W) 426.59 Prot

Pérdidas magnéticas (W) 374.37 Pm

Potencia eléctrica de entrada (W) 9,086.82 Pentrada

Pérdidas I2R en el rotor 238.80 Protor

Potencia de salida 8,005.47 Psalida

Eficiencia 0.88 Eficiencia

Cálculo de la eficiencia

Valores nominales de la prueba de vacío a 15 Hz

Cálculos

Resultados del método F

Valores nominales de la prueba de rotor bloqueado

Circuito equivalente

Figura 41. Resultados del método F – Eficiencia y circuito equivalente

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se ha mostrado la importancia de diseñar e implementar bancos de prueba de motores de corriente alterna acreditados bajo un estándar internacional, en un momento histórico, en que la mayoría de los países latinoamericanos adolecen en gran medida de laboratorios nacionales, privándose la región de las ventajas competitivas de incurrir en mercados internacionales y de que sus procesos y políticas de eficiencia energética no dependan de otros países que cuenten con el recurso.

Que cada país posea laboratorios acreditados, donde pueda evaluar la eficiencia energética de motores eléctricos, es solo el primer paso que la región debe dar para alcanzar el nivel de participación en el objetivo mundial de mejorar los índices de eficiencia energética, no solo del motor eléctrico como un elemento desagregado de la cadena productiva, sino también del sitema motor eléctrico, EMDS, en búsqueda de optimizar sus procesos y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero, por causa de la energía eléctrica demandada por los EMDS.

En este trabajo se ha presentado el diseño de un banco de pruebas para motores de corriente alterna, para determinar su eficiencia y otros parámetros de la placa de características, mediante los métodos B y F del estandar IEEE 112. La instrumentación presentada y evaluada económicamente permite probar motores de hasta 10 kW. Esta restricción es muy importante, específicamente para la caracterización del freno dinamométrico, pués la instrumentación eléctrica, permite evaluar máquinas de mayor potencia.

La principal limitación de un banco de pruebas por el método B es la potencia y tamaño del freno dinamométrico. Pués el freno que se requiere no debe superar el 15% de la potencia nominal de la máquina a probar, motivo por el cual un banco de pruebas por este método se puede ver muy limitado y un laboratorio para probar un amplio rango de motores requerirá un banco de pruebas dotado de varios dinamómetros, según el rango de potencias y velocidades de los motores a probar, lo cual resulta sumamente complejo y costoso.

El factor que limita la potencia de los motores a probar por el método F es la fuente que permita variar el voltaje desde cero, de manera independiente a la frecuencia, y que pueda entregar potencias a frecuencias, desde ¼ de la frecuencia de la máquina a probar hasta la frecuencia nominal de la misma. En este trabajo se ha presentado la opción de lograr dicha variación mediante un alternador sincrónico movido por un motor de corriente directa de excitación independiente. Para que estas dos máquinas sean capaces de alimentar el motor en prueba, deben tener una potencia superior a la potencia de la máquina a probar. La otra opción que se deja planteada, es diseñar una fuente electrónica que pueda entregar potencia en las condiciones especificadas, y sin demeritar otras variables críticas como el factor THD, y el desbalance de la tensión trifásica. Se deja como una propuesta de trabajo de investigación, porque no se encontró

de 145

comercialmente una fuente de tales características, sin embargo, consultando con expertos de electrónica de potencia, ellos han indicado que su diseño e implementación es factible.

Se presenta de manera organizada los pasos que se deben seguir para realizar las diferentes pruebas, mediciones y cálculos para determinar la eficiencia de un motor trifásico de corriente alterna por los métodos B y F del estandar IEEE. El proceso de cálculo de la eficiencia, tomando como base los datos obtenidos en las pruebas, es complejo para ambos métodos, y requiere la solución iterativa de un conjunto de ecuaciones, trabajo que puede resultar largo e impreciso si se elabora manualmente, por lo cual se elaboró una hoja de cálculo en excel, que contando con los datos registrados en las pruebas, entregue finalmente los datos de eficiencia y factor de potencia del motor para diferentes valores de carga.

de 145

BIBLIOGRAFÍA

[1] S. D. Granados, «Nuestra meta son 13 tratados comerciales,» El País, p. 4, 28 marzo 2011.

[2] W. F. Lutz, «Políticas, programas y marcos regulatorios de eficiencia en América Latina. Primeras jornadas internacionales de eficiencia energética en proyectos de cooperación al desarrollo,» Zaragoza, España, 2004.

[3] IPCC, «Cambio climático 2007: Informe de síntesis. Contribución de los grupos de trabajo I, II y III al cuarto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos Sobre el Cambio Climático,» IPCC, Ginebra, Suiza, 2008.

[4] K. Wucherer, B. Aleshin y H. Touré, «Mensaje del Día Mundial de la Normalización. 14 de octubre de 2011,» 2011.

[5] J. Maruszczyk, M. Lhenry, M. Helinko y Z. Korendo, «En armonía. Definición de normas mundiales de eficiencia energética,» Revista ABB, 03 2009.

[6] CE, Reglamento (CE) 640/2009. Requisito de diseño ecológico de motores eléctricos, Diario Oficial de la Unión Europea, 2009.

[7] A. Boglietti, A. Cavagnino, M. Lazzari y M. Pastorelli, «International Standards for the Induction Motor Efficiency Evaluation: a Critical Analysis of the Stray-Load Loss Determination,» Industry Applications, IEEE Transactions, vol. 40, nº 5, pp. 1294-1301, 2004.

[8] C. U. Brunner, «Global Motor Systems Network: The International Energy Agency 4E EMSA Project,» de Proceedings of the 6° International Conference eemods '09:Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes, FRANCE, 2009.

[9] P. WaIde y C. Brunner, «Energy efficiency policy opportunities for electric motor-driven systems,» InternatIonal energy agency-OECD/IEA, France, 2011.

[10] H. De Keulenaer, R. Belmans, E. Blaustein, D. Chapman, A. De Almeida, B. De Wachter y P. Radgen, «Energy Efficient Motor Driven Systems,» European Copper Institute, Brussels, Belgium, 2004.

[11] T. Fleiter, W. Eichhammer y J. Schleich, «Energy efficiency in electric motor systems: Technical potentials and policy approaches for developing countries,» UNITED NATIONS INDUSTRIAL DEVELOPMENT ORGANIZATION, Viena, Austria, 2011.

[12] F. HugH y S. Holt, «Walking the Torque: Proposed Work Plan for Energy‐Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor‐Driven Systems,» OECD/IEA, París, France, 2011.

[13] AIE, «Perspectivas sobre tecnología energética 2010_IEA, escenarios y estrategias hasta el año 2050. Resumen ejecutivo,» OCDE/AIE, París, Francia, 2010.

[14] P. WaIde y L. Harrington, «Success and CO2 Savings from Appliance Energy Efficiency Harmonisation. Part 2: An Assessment of Test Procedures and Efficiency Metrics,» Collaborative Labeling and Appliance, (CLAPS), London, UK, 2011.

[15] K. M. D. Kulterer y R. Werle, «Motor Policy Guide, Par t 1: Assessment of Existing Policies,» 4E Electric Motor System-EMSA, Austrian Energy Agency, IEA, bmvit, Zurich, Switzerland, 2011.

[16] C. U. Brunner, P. Waide y M. Jakob, «Harmonized Standards for Motors and Systems. Global progress report and outlook,» de 7th International Conference on

de 145

Energy Efficiency in Motor Driven Systems 2011-EEMODS’11, Alexandria, VA, 2011.

[17] A. Almeida, F. Ferreira, J. Fong y P. Fonseca, «EUP Lot 11 Motors Final Report,» Coimbra, 2008.

[18] R. Werle, C. Brunner, S. Nielsen, S. Hatch, H. Falkner, K. Kulterer y R. Klerck, «Global effort for efficient motor systems: EMSA,» de EEMODs'11 Energy efficiency in motors driven systems, Alexandia, VA (USA), 2011.

[19] MINCOMERCIO, «Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, República de Colombia. Reglamentos técnicos, buenas prácticas de regulación y sistema de alerta exportadora,» Bogotá, 2008.

[20] JURIS INTERNATIONAL, «Las normas obligatorias y las normas optativas respecto de los productos, y los reglamentos sanitarios y fitosanitarios. Capítulo 5,» [En línea]. Available: http://www.jurisint.org/pub/06/sp/doc/C05.pdf. [Último acceso: 01 Septiembre 2011].

[21] S. Wiel y J. McMahon, Energy Efficiency Labels and Standards: A Guidebook for Appliances, Equipment and Lighting, 2 ed., Washington, D.C.: Collaborative Labeling and Appliance Standards Program (CLASP), 2005, p. 340.

[22] CAN, «Decisión 562 Directrices para la elaboración, adopción y aplicación de Reglamentos Técnicos en los Países Miembros de la Comunidad Andina y a nivel comunitario,» 2003. [En línea]. Available: http://www.comunidadandina.org/normativa/dec/D562.htm. [Último acceso: 20 octubre 2011].

[23] A. Giraldo, «Control de reglamentos técnicos y organismos de evaluación de la conformidad,» de Superintendencia de Industria y Comercio, Bogotá, 2011.

[24] WEC, «Eficiencia Energética: Estudio Mundial. Indicadores, Políticas, Evaluación. Informe del Consejo Mundial de la Energía en colaboración con ADEME, Julio 2004,» World Energy Council, London, UK, 2004.

[25] L. Horta, «Indicadores de políticas públicas en materia de eficiencia energética en América Latina y el Caribe,» CEPAL/GTZ, Santiago, Chile, 2010.

[26] B. Ruchanski y J. Acquatella, «Eficiencia energética y desarrollo sustentable: Una propuesta metodológica para la evaluación de las políticas públicas en eficiencia energética,» de III Seminario Latinoamericano Y del Caribe de Eficiencia Energética, Panamá, 2010.

[27] L. Horta, «Elementos-Clave de una política eficaz en eficiencia energética,» de II Dialogo Político sobre Eficiencia Energética, Santo Domingo, 2011.

[28] ENTE, S.C. Energía, Tecnología y Educación, «Situación actual de la energía y eficiencia energética en América Latina,» Preparado por ENTE para la International Copper Association Latinoamérica, México, 2010.

[29] B. Ruchansky, O. de Buen, G. Januzzi y A. Romero, «Eficacia institucional de los programas nacionales de eficiencia energética: los casos del Brasil, Chile, México y el Uruguay,» Naciones Unidas, Santiago de Chile, 2011.

[30] I. Mahla A., «Proyecto piloto de reemplazo de motores eléctricos en la minería de cobre - Chile,» Hernán Sierralta Wortsman - International Copper Association, Ltd., Santiago de Chile, 2009.

[31] L. Harrington y M. Damnics, «Energy Labelling and standards progrms thoughout the world, 2 ed,» The National Appliance and Equipment Energy Efficiency Committee, Australia, 2004.

de 145

[32] E. Quispe y R. Castrillon, «Análisis comparativo de los métodos indirectos propuesto en las normas IEC60034-2-1 y IEEE112 para determinar la eficiencia de motores de inducción,» de III Congreso internacional sobre URE, CIUREE 2008, Medellín, Colombia, 2008.

[33] IEC, IEC 60034-31: Rotating electrical machines - Part 31, Geneva, Suiza: International Electrotechnical Commission, 2009.

[34] IEEE, IEEE Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators - IEEE Std 112-2004, New York, USA, 2004.

[35] A. Almeida, R. Boteler, C. Brunner, M. Doppelbauer y W. Hoyt, «MEPS Guide 1st Edition,» Zurich, 2009.

[36] WEG, «Políticas de Eficiencia Energética alrededor del mundo,» 2011. [En línea]. Available: http://www.weg.net/green/us/global-efficiency-regulations.html#. [Último acceso: 23 octubre 2011].

[37] COPANT, «CT 152 Eficiencia energética, acta de reunión general,» COPANT, Caname, México, 2011.

[38] F. Yaksic, «PTB Workshop,» COPANT, Rio de Janeiro, Brasil, 2011.

[39] ISO, Normas Internacionales y normas privadas, COPANT, 2010.

[40] IEC, «ISO/IEC 17025:2005. General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. (Requisitos generales para la competencia de laboratorios de ensayo y calibración),» 2005. [En línea]. Available: http://www.iso.org/iso/home.html. [Último acceso: 11 octubre 2011].

[41] OMC, «Información técnica sobre los Obstáculos Técnicos al Comercio,» [En línea]. Available: http://www.wto.org/spanish/tratop_s/tbt_s/tbt_info_s.htm#top. [Último acceso: 05 Oct 2011].

[42] ISO, La caja de herramientas de evaluación de la conformidad, creando confianza, Ginebra: ISO-ONUDI, 2011.

[43] SIEMENS, «¿Cómo dar el primer paso hacia un futuro eficiente energéticamente hablando?,» Siemens AG, Industry Sector Drive Technologies, Alemania, 2010.

[44] C. U. Brunner, «SEEEM Update International harmonization of motor standards saves energy.,» de APEC Workshop 3 December 2007, Beijing (revised July 2008), Beijing, China, 2007.

[45] A. Almeida, «Standards for Super-Premium Efficiency Class for Electric Motors,» de Motor Summit 2010, Zurich, Switzerland, 2010.

[46] N. MG1, NEMA MG 1-2003, Revision 1-2004. Motors and Generators., Rosslyn, VA. USA: NEMA Standards Publication ANSI, 2003.

[47] P. Bertoldi y B. Atanasiu, «Proceedings of the 6th International Conference EEMOODS 2009: Energy Efficiency in Motor Driven Systems,» European Communities, 2010, Nantes, France, 2009.

[48] Leonardo Energy, «Testing Centres, Task of the IEA 4E Electric Motor Systems Annex (EMSA),» 1 sep 2009. [En línea]. Available: http://www.leonardo-energy.org/testing-centres-motor-efficiency. [Último acceso: 2011].

[49] S. Hatch, M. Slade y H. Falkner, «Testing Centres: Task of the IEA 4E EMSA Project,» de Proceedings of the 6ª International Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes, FRANCE, 2009.

[50] IEC, «Determination of efficiency induction motors from Test - Round Robin Test, 2/1628/INF,» IEC, Technical Commitee No. 2: Rotating Machinery, Geneva,

de 145

Switzerland, 2011.

[51] ENTE, S.C., «Situación actual de la energía y eficiencia energética en América Latina - Preparado por Energía, Tecnología y Educación, S.C. para la International Copper Association Latinoamérica,» International Copper Association, Ltd., México, 2010.

[52] L. F. Torres B., «Esquemas de Evaluación de la Conformidad en la Regulación Técnica,» de Día Internacional de la Acreditación, Bogotá, 2011.

[53] CIDET, «Determinación del potencial de mercado para la prestación de servicios de medición en laboratorios de desempeño energético en equipos de uso final, Informe final,» Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico - CIDET, Medellín, 2002.

[54] R. Belmans, W. Deprez y Ö. GÖL, «Increasing induction motor drives efficiency: understanding the pitfalls,» de Proceedings Of Electrotechnical Institute, Issue 223, Poland, 2005.

[55] R. B., K. Hameyer y R. Belmans, «Comparison of standards for determining efficiency of three phase induction motors,» IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 14, nº 3, pp. 512-517, 1999.

[56] A. De Almeida, F. Ferreira, J. Busch y P. Angers, «Comparative Analysis of IEEE 112-B and IEC 34-2 Efficiency Testing Standards using stray load losses in Low-Voltage Three-Phase, Cage Induction Motors,» IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, vol. 38, nº 2, pp. 608-614, March-April, 2002.

[57] W. Cao, «Comparison of IEEE 112 and new IEC standard 60034-2-1,» IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 24, nº 3, pp. 802-808, 2009.

[58] P. Angers, «Comparison of existing standard methods of determining energy efficiency for three-phase cage induction motors,» de Proceedings of the 6th International Conference EEMODS '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes, France, 2009.

[59] Á. F. Noelia, «Análisis de diferentes procedimientos y ensayos para la determinación del rendimiento en motores de inducción trifásicos. Projecte fi de Carrera,» Universitat Politécnica de Catalunya, Barcelona, España, 2006.

[60] F. Bojacá Buche, «Evaluación de los métodos para la determinación de las pérdidas adicionales en los motores de inducción. Trabajo de grado,» Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2010.

[61] H. Li y R. Curiac, «Motor efficiency, efficiency tolerances and the factors that influence them,» Petroleum and Chemical Industry Conference (PCIC), 2010 Record of Conference Papers Industry Applications Society 57th Annual, pp. 1-6, 2010.

[62] R. B. Galindo, «Análisis comparativo de las normas IEC60034-2-1 y IEEE112. Trabajo de grado,» Universidad Autónoma de Occidente, Santiago de Cali, Colombia, 2010.

[63] E. M. Olin, «Determination of Power Efficiency of Rotating Electric Machines. Summation of Losses Versus Input-Output Method,» Transactions: American Institute of Electrical Engineers (AIEE), vol. XXXI, nº 2, pp. 1695-1718, 1912.

[64] IEEE, IEEE Standard Test Code for Resistance Measurement - IEEE Std 118-1978 (R1992), New York, USA, 1978.

[65] Land & Sea, «DYNO-mite dynamometers,» [En línea]. Available: http://www.land-and-sea.com/default.htm. [Último acceso: 21 11 2012].

de 145

[66] W. F. Lutz, «Programas de Normas y Etiquetado de Eficiencia Energética de Artefactos y Equipos en Latinoamérica y el Caribe. ¿Armonización, Convergencia o Alineación?,» de III Seminario Latinoamericano y del caribe de Eficiencia Energética, Ciudad de Panamá, 2011.

[67] M. McNeil, M. Cava, J. Blanco, K. Quirós y W. f. g. F. Lutz, «Introducción a la Normalización y Etiquetado de Eficiencia Energética en Centroamérica. Fundación Red de Energía - (BUN-CA),» Editorial S.A., San José, C.R., 2008.

[68] ECI, «Refined copper usage reached an all time record in 2007. Cooper annual report 2007.,» European Copper Institute, Brussels, Belgium, 2007.

[69] SENER, «Reporte del Foro sobre Eficiencia Energetica y Acceso en America Latina y el Caribe,» Secretaría de Energía de México, Ciudad de México, 2010.

[70] C. Carpio, M. F. Coviello, M. Poveda, L. Horta, J. Peña, A. Gamarra y B. Santana, «Situación y perspectivas de la eficiencia energética en América Latina y El Caribe. Documento preparado para la Reunión Regional Intergubernamental: Eficiencia Energética en América Latina y el Caribe. Organizada por BMZ y GTZ,» Naciones Unidas, Santiago de Chile, octubre de 2009, 2009.

[71] A. Chávez Andrade, «Segundo diálogo político sobre EE en ALC, hacia una financiación sustentable,» de La experiencia de México en lapromoción de la eficiencia energética, Santo Domingo, República Dominicana, 2011.

[72] L. D. Domenech, «Eficiencia energética en accionamientos. Normativa, claves y herramientas de cálculo,» Galicia, 2009.

[73] IEC, INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. Rotating Electrical Machines. Part - 2-1: Standard Methods for Determining Losses and Efficiency from Tests (Excluding Machines for Traction Vehicles) - IEC 60034-2-1:2007, Geneva, Switzerland, 2007.

[74] IEEE, IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery - IEEE Std 43-2000 (R2006), New York, USA, 2000.

[75] IEEE, IEEE Recommended Practice for General Principles of Temperature Measurement as Applied to Electrical Apparatus - IEC Std 119-1974, New York, USA, 1974.

[76] C. Carpio, M. F. Coviello, M. Poveda, L. Horta, J. Peña, A. Gamarra y B. Santana, «Energy Efficiency in Latin America and the Caribbean: Situation and Outlook,» Santiago de Chile, Chile, CEPAL/GTZ, 2010.

[77] O. Guzmán, «Eficiencia energética. Un panorama regional,» Nueva Sociedad, Buenos Aires, Argentina, 2009.

[78] M. McNeil, M. Cava, J. Blanco, K. Quiros y W. Lutz, «Reference Document for MEPs en Central America,» CLASP/BUN-CA, 2007.

[79] M. Ellis, «Experience with energy efficiency regulations for electrical equipment,» International Energy Agency, OECD/IEA, Paris, France, 2007.

[80] P. Bertoldi y B. Atanasiu, «Proceedings of the 6th International Conference EEMOODS 2009: Energy Efficiency in Motor Driven Systems,» European Communities, 2010, Nantes, France, 2009.

[81] H. Auinger y E. Bunzel, «Determining the efficiency of electric motors. Does IEC 61972 offer improvements for the European market?,» Power Engineering Journal, vol. 16, nº 6, pp. 285-294, 2002.

[82] W. Deprez, «Energy efficiency of induction machines: a critical assessment. Tesis

de 145

doctoral, Universidad Católica Leuven,» Bélgica, 2008.

[83] G. H. Rockwood, «Calculation of stray load losses,» Transactions, American Institute of Electrical Engineers, vol. XLVI, pp. 1139-1147 , 1927.

[84] H. G. Reist y A. E. Averrett, «Induction Motor Load Losses,» merican Institute of Electrical Engineers, Transactions, vol. XXXII, nº 1, pp. 423-428, , Jan. 1913.

[85] C. C. P. F. D. Leader, «Efficiency Tests of Induction Machines,» Transactions, American Institute of Electrical Engineers, vol. 53 , nº 12, pp. 1628 - 1632, Dec. 1934 .

[86] NEMA, MG 10-2001. Energy Management Guide For Selection and Use of Fixed Frequency Medium AC Squirrel-Cage Polyphase Induction Motors, Rosslyn, Virginia: NEMA Standards Publication, 2001.

[87] J. Maruszczyk, M. Lhenry, M. Helinko y Z. Korendo, «En armonía. Definición de normas mundiales de eficiencia energética,» Revista ABB, pp. 50-55, 03 2009.

[88] L. Guardiola de Cabo, «Análisis de la norma IEC 60034-2-1. Aplicación en la determinación de las pérdidas y el rendimiento de motores de inducción trifásicos».

[89] ECI, «Refined copper usage reached an all time record in 2007. Cooper annual report 2007.,» European Copper Institute, Brussels, Belgium, 2007.

[90] A. Almeida, R. Boteler, C. Brunner, M. Doppelbauer y W. Hoyt, «MEPS Guide 1st Edition,» Zurich, 2009.

[91] A. Boglietti, A. Cavagnino, M. Lazzari y M. Pastorelli, «International Standards for the Induction Motor Efficiency Evaluation: a Critical Analysis of the Stray-Load Loss Determination,» de Industry Applications Conference, 38th IAS Annual Meeting, Politecnico di Torino, Italy, 2003.

[92] P. WaIde y L. Harrington, «Success and CO2 Savings from Appliance Energy Efficiency Harmonisation Part2,» Collaborative Labeling and Appliance, (CLAPS), London, UK, 2011.

[93] SENER, «Reporte del Foro sobre Eficiencia Energetica y Acceso en America Latina y el Caribe,» Secretaría de Energía de México, BID, Banco Mundial, Ciudad de México, 2010.

[94] C. Carpio, M. F. Coviello, M. Poveda, L. Horta, J. Peña, A. Gamarra y B. Santana, «Energy Efficiency in Latin America and the Caribbean: Situation and Outlook,» CEPAL/GTZ, Santiago, Chile, 2010.

[95] S. Hatch, M. Slade y H. Falkner, «Testing Centres: Task of the IEA 4E EMSA Project,» de Proceedings of the 6ª International Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes, FRANCE, 2009.

[96] L. Horta, «Elementos-Clave de una política eficaz en eficiencia energética,» de II Dialogo Político sobre Eficiencia Energética, Santo Domingo, 2011.

[97] ENTE, S.C., «Situación actual de la energía y eficiencia energética en América Latina,» Preparado por ENTE, S.C. (Energía, Tecnología y Educación) para la International Copper Association Latinoamérica, México, 2010.

[98] IEC, «Determination of efficiency induction motors from Test - Round Robin Test, 2/1628/INF,» IEC, Technical Commitee No. 2: Rotating Machinery, Geneva, Switzerland, 2011.

[99] C. U. Brunner y N. Borg, «From voluntary to mandatory: policy developments in electric motors between 2005 and 2009,» de ECEEE 2009 SUMMER STUDY • ACT! INNOVATE! DELIVER! REDUCING ENERGY DEMAND SUSTAINABLY, La Colle

de 145

sur Loup, France, 2009.

[100] A. McKane y A. y. O. Hasanbeigi, «Motor Systems Efficiency Supply Curves,» United Nations Industrial Development Organization (UNIDO), Vienna, Austria, 2010.

[101] G. Goldstein y G. C. Tosato, «Implementing Agreement for a Programme of Energy Technology Systems Analysis_Annex X_FinalReport,» International Energy Agency (AIE), 2008.

[102] C. U. Brunner, «Global Motor Systems Network: The International Energy Agency 4E EMSA Project,» de Proceedings of the 6° International Conference eemods '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes, FRANCE, 2009.

[103] K. M. D. Kulterer y R. Werle, «Motor Policy Guide, Par t 1: Assessment of Existing Policies,» 4E Electric Motor System-EMSA, Austrian Energy Agency, IEA, bmvit, Zurich, Switzerland, 2011.

[104] K. Yamazaki y Y. Haruishi, «Stray load loss analysis of induction motor-comparison of measurement due to IEEE standard 112 and direct calculation by finite-element method,» IEEE Transactions on Industry Applications, vol.40, no.2, March-Apri, 2004, pp. 543- 549, 2004.

[105] K. Bradley, W. Cao y J. Arellano-Padilla, «Evaluation of stray load loss in induction motors with a comparison of input-output and calorimetric methods,» Energy Conversion on IEEE Transactions, vol.21, no.3, Sep, 2006 , pp. 682-689, 2006.

[106] A. Boglietti, A. Cavagnino, M. Lazzari y M. Pastorelli, «International standards for the induction motor efficiency evaluation: a critical analysis of the stray-load loss determination,» IEEE Transactions on Industry Applications, vol.40, No.5, Sept.-Oct. 2004, vol. 40, nº 5, pp. 1294-1301, 2004.

[107] N. Glew, «Stray load losses in induction motors: a challenge to academia,» Power Engineering Journal , vol.12, no.1, Feb. 1998, pp. 27-32, 1998.

[108] M. Aoulkadi y A. Binder, «Comparison of different evaluation methods to determine stray load losses in induction machines with Eh-Star method,» Industry Applications, IEEE Transactions on, vol.44, No.6, nov-dec. 2008, pp. 1675 - 1682, 2008.

[109] E. B. Agamloh, «An evaluation of induction machine stray load loss from collated test results,» IEEE Transactions on Industry Applications , vol. 46, No. 6, Nov/Dec, 2010, pp. 2311-2318, 2010.

[110] T. Fleiter, W. Eichhammer y J. Schleich, «Energy efficiency in electric motor systems: Technical potentials and policy approaches for developing countries,» United Nations Industrial Development Organization - UNIDO, Viena, Austria, 2011.

[111] E. B. Agamloh, «The repeatability of IEEE standard 112B induction motor efficiency tests,» de Electric Machines and Drives Conference, 2009. IEMDC '09., Miami, USA, 2009.

[112] NEMA, NEMA Standards Publication ANSI/NEMA. MG 1-2003, Revision 1-2004. Motors ans Generators, Rosslyn, USA: National Electrical Manufacturers Association, 2004.

[113] J. Gómez, E. Quispe, M. de Armas y P. Viego, «Estimation of induction motor efficiency in-situ under unbalanced voltages using genetic algorithms,» de Electrical Machines, 2008. ICEM 2008. 18th International Conference on , vol., no., pp.1-4, Sept. 2008, 2008.

[114] R. Boteler, «USA Motor Update 2009,» de Proceedings of the 6ª International Conference EEMODS '09: Energy Efficiency in Motor Driven Systems, Nantes,

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FRANCE, 2009.

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ANEXOS

Anexo A. Acrónimos, siglas y abreviaturas

Sigla Descripción ACEEE American Council for and Energy Efficient Economy, USA

AL&C América Latina y el Caribe: México, América Central, Caribe y América del Sur

ANSEA Asociación de Naciones del Sureste Asiático

APLAC Cooperación de Asia Pacífico para Acreditación de Laboratorios (http://www.aplac.org/aplac_mra.html)

CAN Comunidad Andina de Naciones

CEE Consortium for Energy Efficiency

CEMEP Comité europeo de fabricantes de máquinas eléctricas y electrónica de potencia

CEPAL Comisión Económica para América Latina y el Caribe

CLASP Programa de Normalización y Etiquetado de Equipos de Uso Final de Energía (CLASP). Collaborative Labeling Appliance Standards Program

CIDET Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico, Colombia

CONACYT Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, El Salvador

CONAE Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, México

COVENIN Comisión Venezolana de Normas Industriales

CSA Canadian Standards Association

CUREN Programa de Conservación y Uso racional de la energía, Chile

DOE Department of Energy, USA

EA Cooperación Europea para la Acreditación (www.ea-accredita-tion.org)

EE Eficiencia Energética

EEMODS Energy Efficiency in Motor Driven Systems

EISA Energy Independence & Security Act

EPAct Energy Policy Act, USA

EU Unión Europea (European Union)

FIDE Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica, México

IAAC La Cooperación Interamericana de Acreditación

IAF International Accreditation Forum

IE International Efficiency

IEC International Electrotechnical Commission

ILAC International Laboratory Accreditation Cooperation

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change. (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático o Panel Intergubernamental del Cambio Climático)

JIS Japan Institute Of Standards, Japón

MEPS Minimum Efficiency Performance Standards - Normas mínimas de desempeño de eficiencia

MG 1 Motor Generator / Section Standards, USA

MINCOMERCIO Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, Colombia

MLA Acuerdo de Reconocimiento Multilateral

MRA Acuerdo de Reconocimiento Mutuo Multilateral (o MLA Multilateral Recognition Arrangements)

NAEWG North American Energy Working Group, comité de peritos y funcionarios del Gobierno de Canadá, México y Estados Unidos dedicados a armonizar las políticas sobre energía de los tres países

NEEE Programas de Normas y Etiquetado de Eficiencia Energética

NT Norma Técnica

NTC Norma Técnica Colombiana

ODYSSEE Indicadores de eficiencia energética, Unión Europea

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Sigla Descripción OLADE Organización Latinoamericana de Energía

OMC Organización Mundial del Comercio

ONAC Organismo Nacional de Acreditación, Colombia

OTC Obstáculos Técnicos al Comercio

PAC Cooperación de Acreditación del Pacífico

PAE Programa uso racional de la energía, Ecuador

PAEC Programa de Ahorro de Electricidad, Cuba

PALCEE Programa para América y el Caribe de Eficiencia Energética -PALCEE

PAyEE Programa de Ahorro y Eficiencia Energética, Argentina

PEER Central American Program for Energy Efficiency

PESIC Programa de Eficiencia Energética del Sector Industrial y Comercial, Honduras

PREE El Plan Referencial del Uso Eficiente de la Energía, Perú

PROCEL El Programa Nacional de Conservación de Energía Eléctrica, Brasil

PRONACE Programa de Conservación de Energía, Costa Rica

PROURE Programa de Uso Racional y Eficiente de Energía, Colombia

PUREE Programa de uso racional de la energía eléctrica, Argentina

RED-LAC-EE Red Latinoamericana y el Caribe de Eficiencia Energética

RT Reglamento Técnico

SEEEM Standards For Energy Efficiency Of Electric Motors

SEN Save Energy Now

SEP Superior Energy Performance

SIC Superintendencia de Industria y Comercio, Colombia

SIRT Sistema de información de notificación y reglamentación técnica

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Anexo B. Organismos nacionales de normalización y acreditación

Organismos Nacionales de Normalización

Sigla Organismo Región AIR Air-conditioning And Refrigeration Institute United States

AMN Asociación Mercosur de Normalización Regional

ANSI American National Standards Institute United States

APEC Asia-Pacific Economic Cooperation Regional

ASHRAE American Society Of Heating, Refrigeration & Air-Conditioning Engineers United States

BIS National Bureau Standards China

CAN Red de Normalización Andina Regional

CARICOM Caribbean Community Standardization Regional

CEN European Commitee for Standarization (Organismo de estandarización de la Comunidad Europea para normas EN)

Regional

CENELEC European Commitee for Electrotechnical Standarization (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica)

Europe

COPANT Comisión Panamericana de Normas Técnicas Regional

CSA Canadian Standards Association Canadá

IEC International Electrotechnical Commission International

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers International

ISO International Electrotechnical Commission International

JIS Japan Institute Of Standards Japan

NEMA National Electrical Manufacturers Association United States

SEEEM Standards For Energy Efficiency Of Electric Motors United States

UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones (engloba CCITT y CCIR) International

Fuente: Organismos de Normalización de los países (actualizada 2011)

Organismos Nacionales de normalización que conforman la ISO

Sigla Organismo País ABTN Associação Brasileira de Normas Técnicas (http://www.abnt.org.br/) Brasil

AENOR Asociación Española de Normalización y Certificación (http://www.aenor.es/)

España

AFNOR Association Française de Normalisation (http://www.afnor.org) Francia

ANSI American National Standards Institute (http://www.ansi.org) Estados Unidos

BNSI Barbados National Standards Institution (http://www.bnsi.bb/) Barbados

BPS Bureau of Product Standards (http://www.dti.gov.ph/bps) Filipinas

BS British Standards Institution (http://www.bsi-global.com/index.xalter) Reino Unido

COGUANOR Comisión Guatemalteca de Normas (http://www.mineco.gob.gt) Guatemala

COHCIT Consejo Hondureño de Ciencia y Tecnología (http://www.mineco.gob.gt) Honduras

CONACYT Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (http://www.conacyt.gob.sv) El Salvador

COPANIT Comisión Panameña de Normas Industriales y Técnicas (http://www.mici.gob.pa)

Panamá

DGN Dirección General de Normas (http://www.economia.gob.mx/?P=85) México

DIGENOR Dirección General de Normas y Sistemas de Calidad (http://www.seic.gov.do/digenor/default.htm)

República Dominicana

DIN Deutsches Institut für Normung (http://www2.din.de/) Alemania

DTNM Dirección de Tecnología, Normalización y Metrología (http://www.mific.gob.ni)

Nicaragua

FONDONORMA Fondo para la Normalización y Certificación de la Calidad (http://www.fondonorma.org.ve)

Venezuela

GOST Agencia Federal para la Regulación Técnica y la Metrología (http://www.gost.ru/wps/portal/)

Rusia

de 145

Organismos Nacionales de normalización que conforman la ISO

Sigla Organismo País IBNORCA Instituto Boliviano de Normalización y Calidad (http://www.ibnorca.org) Bolivia

ICONTEC Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (http://www.icontec.org.co/)

Colombia

INDECOPI Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (http://www.indecopi.gob.pe/)

Perú

INEN Instituto Ecuatoriano de Normalización (http://www.inen.gov.ec/) Ecuador

INMETRO Instituto Nacional de Metrología, Normalización y Calidad Industrial Brasil

INN Instituto Nacional de Normalización (http://www.inn.cl) Chile

INTECO Instituto de Normas Técnicas de Costa Rica (http://www.inteco.or.cr) Costa Rica

INTN Instituto Nacional de Tecnología y Normalización (http://www.intn.gov.py/) Paraguay

IRAM Instituto Argentino de Normalización y Certificación (http://www.iram.com.ar)

Argentina

JBS Jamaica Bureau of Standards - Oficina de Normas de Jamaica Jamaica

JISC Japanese Industrial Standars Committee (http://www.jisc.go.jp/) Japón

NC Oficina Nacional de Normalización (http://www.nc.cubaindustria.cu/) Cuba

NIST National Institute of Standards and Technology (Instituto Nacional de Normas y Tecnología)

Estados Unidos

SLBS Saint Lucia Bureau of Standards Santa Lucía

SNV Swiss Association for Standardization (http://www.snv.ch) Suiza

TTBS Trinidad and Tobago Bureau of Standards Trinidad y

Tobago

UNIT Instituto Uruguayo de Normas Técnicas Uruguay

Fuente: ISO – IEC (actualizada 2011)

Organismos nacionales de acreditación de los países de las américas

Sigla Organismo País

A2LA American Association for Laboratory Accreditation (www.a2la.org) Estados Unidos

CGCRE General Coordination for Accreditation (Coordenação Geral de Credenciamento) (www.inmetro.gov.br)

Brasil

CNA Consejo Nacional de Acreditación (www.cna.gob.pa) Panamá

CONACYT Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (www.conacyt.gob.sv) El Salvador

DIGENOR Dirección General de Normalización (www.digenor.gob.do/) República

Dominicana

DTA-IBMETRO

Dirección Técnica de Acreditación - Instituto Boliviano de Metrología (www.ibmetro.gob.bo)

Bolivia

ECA Ente Costarricense de Acreditación (www.eca.or.cr) Costa Rica

EMA Entidad Mexicana de Acreditación (www.ema.org.mx) México

IAS International Accreditation Service (www.iasonline.org/) Estados Unidos

INDECOPI-SNA

Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de Protección de la Propiedad Intelectual - Servicio Nacional de Acreditación (www.indecopi.gob.pe)

Perú

INN Instituto Nacional de Normalización (www.inn.cl) Chile

JANAAC Jamaica National Agency for Accreditation ([email protected]) Jamaica

NVLAP National Voluntary Laboratory Accreditation Program (www.nist.gov/nvlap) Estados Unidos

OAA Organismo Argentino de Acreditación (www.oaa.org.ar/200504/index.html) Argentina

OAE Organismo de Acreditación Ecuatoriano (www.oae.gob.ec/) Ecuador

OGA Oficina Guatemalteca de Acreditación (www.oga.org.gt) Guatemala

de 145

Organismos nacionales de acreditación de los países de las américas

Sigla Organismo País

ONA Oficina Nacional de Acreditación de Nicaragua (www.mific.gob.ni) Nicaragua

ONA Organismo Nacional de Acreditación de Paraguay (www.conacyt.gov.py) Paraguay

ONAC Organismo Nacional de Acreditación de Colombia (www.onac.org.co) Colombia

ONARC Órgano Nacional de Acreditación de la República de Cuba (www.onarc.cubaindustria.cu)

Cuba

OUA Organismo Uruguayo de Acreditación (www.organismouruguayodeacreditacion.org)

Uruguay

SCC Standards Council of Canada (www.scc.ca) Canadá

SEPLAN Secretaría de Planeación y Cooperación Externa (www.seplan.gob.hn) Honduras

TTLABS Trinidad & Tobago Laboratory Accreditation Services (www.ttbs.org.tt) Trinidad y

Tobago

Fuente: Organismos Nacionales de Acreditación de los países (actualizada 2011)

de 145

Anexo C. Normas de eficiencia de motores de inducción trifásicos en América Latina, El Caribe y Norte América

País Organismo Norma Descripción de la norma Estado Referente

Internacional

Argentina IRAM IRAM 62405

Etiquetado de eficiencia energética para motores eléctricos de inducción trifásicos Métodos de ensayo y etiquetado energético. 2° edición

Emitida, Fecha de entrada en vigencia: 15/7/2010

IEC 60034-2-1; IEC 60034-30

Brasil

INMETRO ABNT NBR 17094-1

Máquinas Eletricas Girantes - Motores de Indução – Parte 1: Trifásicos

Published: 12/12/2002 Em vigor

IEC 60034-1

INMETRO

NBR 5383-1:1999 (ABNT 1999)

Máquinas elétricas girantes – Parte 1: Motores de indução trifásicos – Ensaios

Em vigor IEC 60034-1

Canadá

CSA C 390-10

Energy efficiency test methods for three phase induction motors (under revision)

Published:2010 Effective:1995

Chile INN NCh3086.Of2008

Eficiencia energética - Motores eléctricos de inducción trifásicos - Clasificación y etiquetado

Published:2009 Effective:2011

IEC 60034-1; IEC 60034-2-1;

IEC 60034-5

Colombia

ICONTEC NTC 5111

Eficiencia energética en motores eléctricos. Método de ensayo para medir la eficiencia. Tecnología americana

Ratificada: 2002-10-30

IEEE 112

ICONTEC NTC 5105 Eficiencia energética en motores eléctricos de inducción. Rangos de eficiencia y rotulado


NTC 3477 (IEC 34-2);

NTC 5111 (IEE 112)

ICONTEC NTC 3477

Máquinas eléctricas rotatorias. Métodos para la determinación de las pérdidas y de la eficiencia a partir de ensayos (excluyendo las máquinas para vehículos de tracción)


IEC 60034-2-1:2007

UPME, MME

RETIQ

Reglamento Técnico de Etiquetado con fines de Uso Racional de Energía aplicable a algunos equipos de uso final de energía eléctrica y gas combustible. Anexo E Eficiencia Motores Trifásicos y Monofásicos

Proyecto de Reglamento Técnico versión de julio 08 de 2010.

Costa Rica

INTECO INTE 28-01-10-08

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 373 kW. Límites de eficiencia

Aprobada y publicada en el Boletín Oficial de INTECO No. 131 de octubre, 2008.

No se encontró


Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 373 kW. Etiquetado

Aprobada y publicada en el Boletín Oficial de INTECO No. 131 de octubre, 2008.

No se encontró


Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 373 kW. Métodos de ensayo

Aprobada y publicada en el Boletín Oficial de INTECO No. 131 de octubre,

No se encontró

de 145


Internacional 2008.

Ecuador NTE 2498:2009

Eficiencia energética en motores eléctricos estacionarios. Requisitos. Ingeniería eléctrica, maquinaria rotativa, motores, eficiencia energética, etiqueta, requisitos.

Publicación: 2009-06-16 Aprobación: 2009-02-27

ICONTEC NTC 5105; INDECOPI NTP

399.5450; IRAM 62405

Estados Unidos

DOE 10 CFR Part 431

Appendix B to Subpart B of Part 431—Uniform Test Method for Measuring Nominal Full Load Efficiency of Electric Motors

69 FR 61923, Oct. 21, 2004 Data is current as of October 18, 2011

NEMA MG 1

DOE 10 CFR Part 431.444

Test procedures for the measurement of energy efficiency

Published: 2010 Effective: 2015

CAN/CSA C747 IEEE 114

Honduras COHCIT NHN 5:2008

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a 373 KW — Límites, métodos de ensayo y etiquetado

Publicada el 17 diciembre, 2009

No se encontró

México

CCNNPURRE

NOM-014-ENER-2004

Eficiencia energética de motores eléctricos de corriente alterna, monofásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, enfriados con aire, en potencia nominal de 0,180 kW a 1,500 kW. Límites, método de prueba y marcado.

2005-04-19 http://www.economia-noms.gob.mx/noms/c

onsultasAction.do

CCNNPURRE

NOM-016-ENER-2010

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a 373 kW. Límites, método de prueba y marcado.

2010-10-20

CAN/CSA C390 IEEE 112

http://www.economia-noms.gob.mx/noms/c

onsultasAction.do

Nicaragua MIFIC/DTNM

NTON 10 007-08

Motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a 373 kW. Límites, métodos de prueba y etiquetado.

Publicación el 10 Marzo, 2010

NOM-016-ENER-2002;

CSA C390; CSA C22.2-100;

IEC 34 PT-1; IEC 34 PT-2;

IEEE Std. 112 IEEE NEMA MG 1

Perú

INDECOPI NTP 399.450:2008

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, de propósito general, potencia nominal de 0,746 a 149,2kw. Límites y etiquetado. 2a. ed.

Publicada: 2008-12-17

IEC 60034-2-1:2007

INDECOPI NTP IEC 60034-2-1:2010

Máquinas eléctricas rotativas. Parte 2-1: métodos normalizados para la determinación de las pérdidas y la eficiencia mediante ensayos (excepto las máquinas para vehículos de tracción)

Publicada: 2010-03-2

IEC 60034-2-1:2007

Salvador CONACYT NSO 29.47.02:08

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a 373 KW. Límites, métodos de prueba y etiquetado.

Publicada en el DO, 22 enero, 2009. En vigencia a partir de Agosto, 2009.

NOM-016-ENER-2002

CSA C390; CSA C22.2-100

IEC 34 PT-1; IEC 34 PT-2

de 145


Internacional IEEE Std. 112 IEEE

NEMA MG 1

CONACYT NSO 29.47.02:09

Eficiencia energética de motores de corriente alterna, trifásicos de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a 373 KW. Límites, métodos de prueba y etiquetado.

Bajo consideración

NOM-016-ENER-2002

CSA C390; CSA C22.2-100

IEC 34 PT-1; IEC 34 PT-2

IEEE Std. 112 IEEE NEMA MG 1

Uruguay UNIT 1192:2010

Eficiencia energética – Motores eléctricos de inducción trifásicos – Especificaciones y etiquetado.

Aprobada por el Comité Especializado el 12 de noviembre de 2010 y por el Comité General de Normas el 15 de diciembre de 2010

IEC 60034-1 Ed.12.0 2010-02,

IEC 60034-2-1 Ed. 1.0 2007-09

Venezuela COVENIN 862:1976

Máquinas Eléctricas Rotativas. Valores Nominales y características de funcionamiento (propuesta de incluir Eficiencia Energética en esta Norma)

En estudio

Fuente: direcciones de Organismos Nacionales de cada país. Diseño propio del autor. Información no disponible para Barbados, Bolivia, Guatemala, Jamaica, Panamá y Paraguay (actualizada 2011)

de 145

Anexo D. Tendencia de las normas de eficiencia de motores eléctricos alrededor del mundo, 2010 – 2017.

País Política / Norma

Fecha de implementación

Alcance General Nivel de

Eficiencia

Nivel de eficiencia

con Convertidor

de Frecuencia

Tensión/ Frecuencia

Potencia Polos

E.U.A. EPAct 2007 EISA (NEMA

MG-1) Dic-10

Motores eléctricos de uso general (subtipo I) y (subtipo II).

Subtipo I - NEMA Premium (IE3)

- No más que 600

V / 60 Hz

Desde 1 a 200 HP

2 a 6 Subtipo II - High Efficiency (IE2)

Desde 1 a 200 HP

Categoría B (NEMA) - High Efficiency (IE2)

Desde 200 a 500 HP

CANADÁ CSA C390

(NEMA MG-1) Ene-11

Motor eléctrico de inducción (con rotor de jaula), trifásico, abiertos o cerrados (incluyendo motores a prueba de explosión), armados con patas o bridas con o sin patas removibles, grado de protección IP 00 a 66, carcasa modelo NEMA T o U o con dimensiones IEC equivalentes, categoría A, B o C (NEMA), o categoría N o H (IEC) de velocidad única. Un motor que incorpore un producto de tal manera que sea incorporado en cualquier otro producto, si el otro producto sea un producto que utilice energía eléctrica y esté sometido a la reglamentación.

High Efficiency (IE2) High Efficiency (IE2)

50/60 Hz

Categoría B (NEMA), tamaño de motores más grandes que 200 a 500 HP Categoría N (IEC) tamaño de motor más grandes que 150 a 375 HP

2 a 8

NEMA Premium Efficiency (IE3)


Desde 1 a 200 HP (NEMA) o desde 0.746 a 150 kW (IEC)

2 a 6

MÉXICO

PROY-NOM-016

ENER-2009 (NEMA MG-1)

Dic-10

Motores de inducción (con rotor de jaula), trifásicos, abiertos o cerrados, para operación en régimen continuo, de montaje horizontal o vertical.


- No más que

600 V / 60 Hz

Desde 1 a 200 HP (NEMA) o desde 0.746 a 150 kW (IEC)

2 a 8

UNIÓN EUROPEA

640/2009 (IEC60034-30)

jun-11

Motor de inducción (con rotor de jaula), trifásicos, de velocidad única, para operación en régimen continuo S1.

High Efficiency (IE2) -

Hasta 1000 V, 50 o

50/60 Hz

Desde 0.75 a 375 kW

2 a 6 Ene-15 Premium Efficiency (IE3)

Premium Efficiency (IE2)

Desde 7.5 a 375 kW

Ene-17 Premium Efficiency (IE3)

Premium Efficiency (IE2)

Desde 0.75 a 375 kW

BRASIL 553 (NBR 17094-1)

dic-09 Motores de inducción (con rotor de jaula) trifásicos, de velocidad única, para operación en régimen continuo,

High Efficiency (IE2) - Hasta 600V,

60Hz

De 1 a 250 HP 2 a 4

Desde 1 a 200 HP 6

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Eficiencia

Nivel de eficiencia

con Convertidor

de Frecuencia


Potencia Polos

Categoría N, H (ABNT-IEC) o categoría A, B o C (NEMA), de potencia intermedia, con rodamientos especiales, para bombas monobloc, TEFC y Ex-n.

Desde 1 a 150 HP 8

CHILE PE 7/01/2 (IEC

60034-30) ene-11

Motores de inducción (con rotor de jaula) trifásicos, abiertos o cerrados, para operación en régimen continuo.


50Hz Desde 0.75 a 75 kW

2 a 6

CHINA GB 18613-2006 ene-11 Motores eléctricos de inducción (con rotor de jaula) trifásicos, de velocidad única, autoventilados, categoría N.



2 a 6

COREA DEL SUR

MKE´s Notification

2008-99 (IEC 60034-30)

Desde el 2008

Motores de inducción (con rotor de jaula) trifásicos de baja tensión, abrigados o del tipo hermético, carcasa general, de velocidad única (constante), montaje con patas o sumergidos, categoría A o B, accionados por convertidor de frecuencia, para operación o en régimen continuo, bajo condiciones normales de prueba en temperatura de refrigeración abajo de 50°C.



2 a 8

AUSTRALIA MEPS (AS/NZS

1359.102.3) Desde el 2006 Motores eléctricos trifásicos. High Efficiency (IE2) -

Hasta 690V, 50Hz

Desde 0.73 a 185 kW

2 a 8

JAPÓN

JISC4210e4212 Basado en la

norma (IEC60034-30)

Previsto para el 2010 Motores eléctricos trifásicos. High Efficiency (IE2) - 220/220/400/440

V, 50/60Hz

Desde 0.2 a 160 kW

2 a 6

SUÍZA Basado en la

norma (IEC60034-30)

Previsto para el 2011 Motores eléctricos trifásicos. High Efficiency (IE2) - Hasta 400V,


2 a 6

INDIA Basado en la

norma (IEC60034-30)

Previsto para el 2013 Motores eléctricos trifásicos. High Efficiency (IE2) - 415/690 V, 50Hz Desde 0.37 a 315 kW

2 a 8

ISRAEL Basado en la

norma (IEC60034-30)

Previsto para el 2015 Motores eléctricos trifásicos. Premium Efficiency (IE3)

- Hasta 400 V,


2 a 8

EMIRATOS Basado en la Previsto para el 2011 Motores eléctricos trifásicos. High Efficiency (IE2) - Hasta 400 V, Desde 0.75 a 375 2 a 6

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Eficiencia

Nivel de eficiencia

con Convertidor

de Frecuencia


Potencia Polos

norma (IEC60034-30)

50Hz kW

Fuente: [36, p. 1]

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Anexo E. Laboratorios de ensayo de la eficiencia de motores de inducción acreditados en el mundo

País Laboratorio Compañía

Especificaciones Pruebas

Norma Fuente

Argentina

Instituto Argentino de Ensayos de Verificación S.A. IADEV

Ensayos de etiquetado de eficiencia energética hasta una potencia de 7,5 kW.

NCh 3086, y a la espera de la regulación en el mercado nacional.

Organismo Argentino de Acreditación OAA. 0ct-2011

Lenor SRL IEC 60034-2-1: 2007

Australia Cal Tests

Canadá

Canadian Standards Association CSA International, Toronto

Motors with Inherent Overheating Protection CSA C390 Energy Efficiency Test Methods for Three-Phase Induction Motors (Efficiency Quoting Method and Permissible Efficiency Tolerance) Except for: 51-200HP motors

CSA C390 Standerds Council of Canadá

QPS EVALUATION SERVICES, INC.

Energy Efficiency Test Methods for Three-Phase Induction Motors Up to 600 VAC, 3 PH, 1HP

CAN/CSA C390

Standards Council of Canadá

China

CQST/CNEX Efficiency of Electric Motors, 473008 Nanyang, Henan, CHINA

IEEE 112, Method B. Electric Motor Efficiency -Input-Output with Loss Segregation (for accreditation purposes, equivalent to CSA C390, Method 1)

IEEE 112-B CSA C390, Method 1

NIST. Date created: September 21, 2011. Last updated: October 6, 2011

Shanghai Testing & Inspection Institute for Electrical Equipment, Shanghai 200063, CHINA




Tatung (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201611, CHINA




Estados Unidos

Advanced Energy, Industrial Energy Laboratory. Raleigh, NC



NIST. Date created: September 21, 2011 Last updated: November 4, 2011

Baldor Motor Design Lab. Fort Smith, AR

Electric Motor Efficiency -Input-Output with Loss Segregation (for accreditation purposes, equivalent to CSA C390, Method 1)



Regal Beloit Corporation - Wausau Engineering Lab. Wausau, WI

IEEE 112, Method B. Electric Motor Efficiency - Input-Output with Loss Segregation (for accreditation purposes, equivalent to CSA C390, Method 1)



Regal Beloit EPC, Inc. Tipp City, OH.




de 145



Norma Fuente

Toshiba/Houston Test Laboratory. Houston, TX




India

Kirloskar Electric Test Laboratory (KETL) Tumkur, India, Tumkur 572-168 Karnataka, INDIA




Japón

Motor Test Lab of Toshiba Industrial Products Manufacturing Corp., Asahi-cho Mie-gun Mie-ken 510-8521, JAPAN




Korea

KERI Motor Test Lab. (Electrotechnology Research Institute), Changwon 641-120, Korea


IEEE 112-B CSA C390, IEC 60034-2-1


México

Asociación de Normalización y Certificación, A.C. (ANCE) Laboratorio de Pruebas ANCE, A.C. México

NOM-016-ENER Eficiencia Energética en Motores trifásico hasta 5 C.P. (H.P.)

NOM-014-ENER-2004

CONAE

GEIMM Ultra Test Lab., Monterrey García, NL 66000, MEXICO

IEEE 112, Method B Electric Motor Efficiency - Input-Output with Loss Segregation (for accreditation purposes, equivalent to CSA C390, Method 1)



Siemens, S.A. de C.V. Laboratorio de Pruebas PEM-LAB

1. Pruebas para determinación de eficiencia energética para certificación de producto ante ANCE bajo NOM-014 y NOM-016. 2. Determinación de eficiencia energética para motores eléctricos de inducción jaula de ardilla de acuerdo con la norma Canadiense (C390 de CSA), norma oficial Mexicana NOM-014 (monofásicos) y NOM-016 (trifásicos), IEEE-112 método B), vigentes.

NOM-014-ENER-2004 NOM-016-ENER-2010 IEEE-112 método B

CONAE

USEM de México, S.A. de C.V., Apodaca NL 66600, MEXICO

Prueba de eficiencia de motores eléctricos según el alcance y los procedimientos dados en el método B del instituto del estándar 112, (IEEE); Método de prueba para los motores de inducción y los generadores polifásicos, y método 1 de la asociación canadiense de los estándares (CSA) C390 estándar


CONAE NIST. Date created: September 21, 2011 Last updated: November 4, 2011

WEG de México, S.A. de C.V. Laboratorio de Pruebas de Media Tensión

NOM-016-ENER-2010

CONUEE

de 145



Norma Fuente

Perú

FIEE: Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Universidad Nacional de Ingeniería de Lima

Motores Generadores, Motores AC/DC. Prueba de Vacío; prueba con Carga; Prueba de Torque Velocidad; prueba de eficiencia; medición de la resistencia de aislamiento (mΩ); medición de la resistencia de los bobinados; prueba de tensión aplicada; pruebas de tensión inducida (2 VN, 2 FN).

NOM-016-ENER-2010

http://www.laboratoriofieel1-6.com/detalle-producto/motores-generadores-motores-acdc/motores-generadores-motores-acdc-51

Taiwán

Tatung Company. New Taipei City 23728 TAIWAN




TECO Electric & Machinery Co., Ltd., Taoyuan, TAIWAN




Sweden

Powermax AB Efraimsbergs Gard 187 75 Täby Sweden

Intertek Semko, Torque, Input wattage, Efficiency, Slip, Reactive currents, Harmonics, EMC

EN 60034-2-1 www.powermaxmotor.se/en/index_en.php

Fuente: diseño del autor, con base en los organismos nacionales e internacionales de acreditación (actualizada 2011)








http://www.powermaxmotor.se/en/index_en.php

http://www.powermaxmotor.se/en/index_en.php

de 145

Anexo F. Convenciones y símbolos empleados en los cálculos del método B

Símb Descripción Unid

A Pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal, en la prueba de carga

B Intersección de la recta con el eje de las ordenadas para el análisis de regresión lineal

k_1 Constante del material de los devanados del estator

THD Distorsión armónica total %

I2Re Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator, medidas a carga variable W

I2Re0

Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator con el motor operando en vacío

W

I2Rec

Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator, medidas a carga variable, corregidas a la temperatura ambiente de 25°C

W

I2Remin

Pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator, con carga mínima en el dinamómetro

W

I2Rr Pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor medida a carga variable W

I2Rrc

Pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor, medidas a carga variable, corregidas a la temperatura ambiente de 25°C

W

Pind Pérdidas indeterminadas W

Pd Potencia demandada al motor, con carga mínima en el dinamómetro W

Pe0 Potencia de entrada, medida en la prueba de vacío a tensión variable W

Pec Potencia de entrada medida a carga variable W

Pemin Potencia de entrada, medida en la prueba de carga mínima del dinamómetro W

Pfe Pérdidas en el núcleo W

Pfv Pérdidas por fricción y ventilación W

Pres Potencia residual medida a carga variable W

Ps Potencia de salida corregida medida a carga variable W

Psc Potencia de salida corregida medida a carga variable, corregida a la temperatura ambiente de 25°C

W

I0 Corriente de fase promedio, medida en la prueba de vacío a tensión variable A

Ic Corriente de fase promedio, medida a carga variable A

Imin Corriente de fase promedio, medida en la prueba de carga mínima del dinamómetro

A

n0 Velocidad de rotación del eje de la máquina, en vacío rpm

nc Velocidad de rotación del eje de la máquina, medida a carga variable rpm

nmin Velocidad de rotación del eje de la máquina, con carga mínima en el dinamómetro rpm

ns Velocidad síncrona rpm

Rc Resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados medida a carga variable

Ω

Re0 Promedio de resistencia del estator por fase, al finalizar el ensayo de vacío, corregida por temperatura

Ω

Rec Resistencia de los devanados del estator, corregida por temperatura y medida a carga variable

Ω

Remin Resistencia DC, por fase corregida a la temp. de los devanados el estator en la prueba de carga mínima del dinamómetro

Ω

Rf Resistencia promedio del devanado del estator por fase, medida a carga nominal Ω

Ri Promedio de resistencia DC, por fase del devanado del estator, de la medición en frío

Ω

sc Deslizamiento medido a carga variable %

de 145

Símb Descripción Unid

sec Deslizamiento medido a carga variable y corregido a la temperatura ambiente de 25°C

%

smin Deslizamiento, con el dinamómetro a su carga mínima %

sn Deslizamiento nominal %

T0 Temperatura promedio devanados del estator al finalizar el ensayo de vacío, a tensión variable

°C

Taf Temperatura ambiente final, medida a plena carga °C

Tai Temperatura ambiente inicial, durante la prueba de resistencia en frío °C

Tam Temperatura ambiente medida durante el ensayo a carga variable °C

Tc Promedio de las temperaturas medidas en los devanados del estator, medida a carga variable

°C

Tcc Temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por resistencia tfr corregida a la temperatura ambiente de 25°C

°C

Tec Promedio de las temperaturas en los devanados del estator, medida a carga variable, corregidas mediante la ecuación: Tec = Tfr / Tf * Te

°C

Tf Promedio de temperaturas en devanados del estator, en equilibrio térmico y a carga nominal

°C

Tfr Temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por resistencia

°C

Ti Promedio de las temperaturas medidas en los devanados del estator, con el motor en frío

°C

Tmin Temperatura promedio devanados del estator al finalizar el ensayo de carga mínima

°C

Ts Temperatura específica de la máquina °C

FCD Factor de corrección del dinamómetro N·m

Mc Par torsional del motor medida a carga variable N·m

Mcc Par torsional del motor corregido, medido a carga variable N·m

Mmin Par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima N·m

Factor de correlación para el análisis de regresión lineal %

Eficiencia nominal %

nm Eficiencia calculada a la potencia nominal del motor

𝛾 𝜂

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