Motores IE3 explicados: rendimiento según IEC 60034-30-1, obligación IE3 en la UE desde 2021, comparación con IE2 e IE4, así como corriente de arranque y funcionamiento con variador.
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¿Qué es un motor IE3?
Un motor IE3 es un motor de alta eficiencia energética que alcanza como mínimo los valores límite de rendimiento de la clase de eficiencia IE3. El rendimiento es la relación entre la potencia mecánica de salida y la potencia eléctrica activa de entrada[1]. Desde marzo de 2014, las clases están definidas por la norma IEC 60034-30-1: IE1 significa eficiencia estándar, IE2 eficiencia alta, IE3 eficiencia premium e IE4 eficiencia super premium. Los valores se basan en mediciones según IEC 60034-2-1[2]. Por encima de IE4 se sitúa entretanto la clase IE5, como «ultra premium»[3].
El mayor rendimiento se debe a unas pérdidas individuales menores en el devanado del estátor, el hierro del estátor y el rotor. Los motores IE3 contienen más hierro y cobre que los motores IE1 y son más pesados y más grandes. Las medidas típicas son un mayor factor de llenado de ranura del devanado de cobre, chapas magnéticas más finas con mejores propiedades y un entrehierro más pequeño[4]. En el artículo Motores eléctricos IEC explicamos qué tamaños y normas se aplican a los motores IEC.
Rendimiento: IE3 frente a IE2 e IE4
Los rendimientos mínimos por clase, potencia nominal y número de polos figuran en el Reglamento (UE) 2019/1781. Los valores se aplican a potencia nominal, tensión nominal, 50 Hz y una temperatura ambiente de referencia de 25 °C[1]. Para los motores de cuatro polos, los valores son los siguientes:
| Potencia nominal (4 polos, 50 Hz) | IE2 (%) | IE3 (%) | IE4 (%) |
|---|---|---|---|
| 0,75 kW | 79,6[1] | 82,5[1] | 85,7[1] |
| 4 kW | 86,6[1] | 88,6[1] | 91,1[1] |
| 11 kW | 89,8[1] | 91,4[1] | 93,3[1] |
| 45 kW | 93,1[1] | 94,2[1] | 95,4[1] |
| 110 kW | 94,5[1] | 95,4[1] | 96,3[1] |
| 200 a 1000 kW | 95,1[1] | 96,0[1] | 96,7[1] |
La diferencia entre IE2 e IE3 se reduce a medida que aumenta la potencia: en los motores de cuatro polos de 0,75 a 1000 kW, el valor límite IE3 es entre 0,9 y 2,9 puntos porcentuales superior al valor límite IE2[1]. Las pérdidas son más significativas: en el motor de 11 kW, a carga nominal, se reducen de unos 1,25 kW (89,8 %) a unos 1,04 kW (91,4 %), es decir, en torno a un 17 %.
A 60 Hz, los rendimientos mínimos son más altos que a 50 Hz, porque la potencia entregada aumenta con la velocidad, mientras que las pérdidas en el devanado se mantienen iguales con el mismo par[4]. Por eso, compare siempre las hojas de datos a la misma frecuencia.
Obligación IE3 según el Reglamento de diseño ecológico
El anterior Reglamento (CE) n.º 640/2009 exigía IE3 a partir de 2015 para 7,5 a 375 kW y a partir de 2017 para 0,75 a 375 kW; IE2 solo se permitía ya en combinación con una regulación de velocidad[4]. Desde el 1 de julio de 2021 se aplica en su lugar el Reglamento (UE) 2019/1781, que derogó el antiguo reglamento en esa fecha[1]. Este exige:
- a partir del 1 de julio de 2021, como mínimo IE3 para motores trifásicos de 0,75 a 1000 kW con 2, 4, 6 u 8 polos, excepto los motores Ex eb,
- a partir del 1 de julio de 2021, como mínimo IE2 para motores trifásicos de 0,12 kW a menos de 0,75 kW con 2, 4, 6 u 8 polos, excepto los motores Ex eb,
- a partir del 1 de julio de 2023, como mínimo IE4 para motores trifásicos de 75 a 200 kW con 2, 4 o 6 polos, excepto los motores freno, los motores Ex eb y otros motores con protección contra explosiones,
- a partir del 1 de julio de 2023, como mínimo IE2 para motores Ex eb de 0,12 a 1000 kW y para motores monofásicos a partir de 0,12 kW[1].
El nuevo reglamento ya no contiene la alternativa «IE2 más regulación de velocidad»; en su lugar se aplican requisitos propios a los propios variadores de velocidad[1]. Quedan excluidos, entre otros, los motores totalmente integrados en un producto, como un reductor, que no pueden ensayarse por separado, así como determinados motores con freno integrado. El rendimiento y la clase de eficiencia figuran de forma permanente en la placa de características o cerca de ella[1].
En EE. UU., la clase «NEMA Premium» a 60 Hz corresponde en gran medida a IE3, con algunas diferencias de detalle[4].
Dimensionar la corriente de arranque y los aparatos de protección
Debido a su construcción modificada, los motores IE3 tienen una inductancia mayor y unas pérdidas en el cobre menores que los motores estándar anteriores. En una comparación de dos motores de 15 kW, la corriente de arranque del motor IE3 era un 21 % y el valor de pico de la corriente de conexión un 20 % superior a los del motor IE2; la relación entre el valor de pico y el valor eficaz de la corriente a plena carga era de 12,7[5]. En determinadas circunstancias, esto puede provocar disparos no deseados de los guardamotores; en los contactores, las elevadas corrientes de arranque pueden causar un calentamiento excesivo. Por eso, al seleccionar la aparamenta de baja tensión, debería comprobar su idoneidad para IE3[5].
Para ello, la norma de aparatos IEC 60947-4-1 contempla, además de la categoría de empleo AC-3, la categoría AC-3e para motores de jaula de ardilla con mayor corriente de arranque[6]. Por eso, al sustituir un motor, compruebe también los disparadores de cortocircuito y los contactores[5].
Motor IE3 con variador de frecuencia
El reglamento se aplica a los motores diseñados para funcionar con tensión sinusoidal[1]. Para el funcionamiento con variador de frecuencia, desde el 1 de julio de 2022 el reglamento exige datos adicionales: los fabricantes deben indicar las pérdidas en porcentaje de la potencia nominal para siete puntos de funcionamiento de velocidad y par, por ejemplo al 50 % de la velocidad y al 25 % del par. Además, la hoja de datos indica las posibles precauciones de seguridad especiales para el funcionamiento con variadores de velocidad[1].
El propio variador también está sujeto al reglamento: desde el 1 de julio de 2021, los variadores de velocidad para motores de 0,12 a 1000 kW no pueden superar los límites de pérdidas de la clase IE2, que se sitúan un 25 % por debajo de un valor de referencia establecido[1]. Nuestro artículo Motor con variador de frecuencia muestra qué debe tener en cuenta en esta combinación.
Cuándo compensa el cambio a IE3
Los sistemas accionados por motores eléctricos consumen aproximadamente la mitad de la energía eléctrica generada en la UE; en 2015, los motores eléctricos transformaron allí, según las estimaciones, 1425 TWh de energía eléctrica en energía mecánica y calor, lo que equivale a 560 millones de t de CO2 equivalente[1]. Para cada motor se aplica:
Potencia ahorrada = PN × (1/ηantiguo − 1/ηnuevo)
Ejemplo de cálculo con los valores de la tabla: el motor de cuatro polos de 11 kW mencionado funciona 6000 horas al año a carga nominal. La diferencia de potencia absorbida, de unos 0,21 kW, da algo menos de 1290 kWh al año. Multiplicado por su precio de la electricidad, se obtiene el ahorro anual, que puede comparar con el sobrecoste. Con carga parcial o pocas horas, el ahorro disminuye; la hoja de datos indica los rendimientos al 75 % y al 50 % de carga[1]. Para sus propios valores, utilice nuestra calculadora de ahorro energético para motores.
La eficiencia se genera en toda la cadena cinemática; también el reductor y el freno deben adaptarse a la aplicación. Como proveedor de la cadena cinemática completa, en ATEK Drive Solutions dimensionamos el motor, el reductor y el freno a medida y de un único proveedor. En nuestra gama encontrará una visión general de nuestros motorreductores IEC; para su aplicación concreta le asesoramos con gusto de forma personal a través de nuestro contacto.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa IE3 en un motor?
IE3 es la clase de eficiencia «premium» según IEC 60034-30-1. Un motor IE3 alcanza a potencia nominal como mínimo el rendimiento establecido para su potencia y número de polos. La clase y el rendimiento figuran en la placa de características o cerca de ella.
¿Cuál es la diferencia entre los motores IE2 e IE3?
IE3 tiene un rendimiento mínimo más alto y, por tanto, menores pérdidas. En los motores de cuatro polos, la diferencia es de 0,9 a 2,9 puntos porcentuales, y es mayor en las potencias pequeñas. A cambio, la corriente de arranque puede ser más elevada.
¿Pueden seguir vendiéndose motores IE2?
No si se trata de motores trifásicos de 0,75 a 1000 kW con 2, 4, 6 u 8 polos introducidos en el mercado como nuevos, salvo que se aplique una excepción del reglamento. IE2 sigue siendo suficiente para motores trifásicos de 0,12 kW a menos de 0,75 kW, para motores Ex eb y para motores monofásicos. El reglamento regula la introducción en el mercado y la puesta en servicio; no afecta a los motores ya instalados.
¿Puedo hacer funcionar un motor IE3 con un variador de frecuencia?
La hoja de datos lo indica: recoge las pérdidas para siete puntos de funcionamiento de velocidad y par, con «n. a.» si no es adecuado, así como las posibles precauciones de seguridad para el funcionamiento con variador. Por su parte, el variador debe respetar los límites de pérdidas de la clase IE2 para variadores de velocidad.
¿Tienen los motores IE3 un grado de protección más alto?
No automáticamente. La clase IE solo evalúa el rendimiento. El grado de protección IP, por ejemplo IP54 o IP55, depende de la carcasa y la estanqueidad y se indica en la placa de características con independencia de la clase de eficiencia.
¿En cuánto tiempo se amortiza un motor IE3?
Depende de las horas de funcionamiento, el grado de carga, el precio de la electricidad y el sobrecoste. Calculado con los rendimientos mínimos, un motor de cuatro polos de 11 kW con 6000 horas al año a carga nominal ahorra con IE3 en lugar de IE2 algo menos de 1290 kWh al año; con carga parcial o pocas horas, proporcionalmente menos.
¿Cómo mejora la sustitución del motor el balance de CO2 de una instalación existente?
Los motores con muchas horas de funcionamiento y una clase de eficiencia antigua son los que tienen mayor efecto. Registre la potencia, la clase de eficiencia y el tiempo de funcionamiento, calcule la energía ahorrada y multiplíquela por el factor de emisión de su suministro eléctrico.
Fuentes
- EUR-Lex (DE): Reglamento (UE) 2019/1781 (requisitos de diseño ecológico para motores eléctricos y variadores de velocidad)
- Topmotors (DE): Technische Daten – Merkblatt 13, clases de eficiencia IE1, IE2, IE3 e IE4 (octubre de 2014)
- Wikipedia (DE): Elektromotor
- Wikipedia (EN): Premium efficiency
- ingenieur.de (DE): Konstruktion von IE3-Motoren beeinflusst Anforderungen an Niederspannungsschaltgeräte
- Wikipedia (DE): Gebrauchskategorie
