CAD puede ayudar a cumplir con los estándares de eficiencia para motores eléctricos

Brian Casey, director ejecutivo de ECM PCB Stator Technology | 09 de mayo de 2023

Con la vista puesta en la sostenibilidad, el órgano rector está introduciendo gradualmente los Estándares Mínimos de Rendimiento Energético (MEPS) obligatorios por ley para los motores. Eso se debe en gran parte a que los ocho mil millones de motores eléctricos actualmente en uso en la Unión Europea consumen casi el 50 por ciento de toda la electricidad que produce la región, según datos de la UE.

Reducir ese sumidero de energía a través de la regulación es un objetivo obvio para los políticos europeos que buscan una red eléctrica más respetuosa con el medio ambiente. La regulación resultante ha enviado a las empresas a buscar arreglos para adaptar los productos a las nuevas reglas de desempeño. Al igual que con muchos desafíos comerciales, la solución para la transición rápida a millones de motores eléctricos altamente eficientes radica en el diseño.

Antes de profundizar en eso, se necesitan algunos antecedentes sobre el régimen de normas de la UE. En 2019, el Parlamento Europeo aprobó la legislación de "diseño ecológico" con un marco para la introducción gradual de requisitos mínimos de eficiencia de motores eléctricos basados ​​en las clases de la Comisión Electrotécnica Internacional IE1 (Eficiencia estándar) a IE4 (Eficiencia súper premium). Estas nuevas normas MEPS tienen un amplio alcance, que abarca desde electrodomésticos hasta aire acondicionado industrial, y se aplican a motores con un rango de potencia de 0,12 kW a 1000 kW.

En julio de 2023, la UE se convertirá en la primera región del mundo en hacer obligatoria la clase de eficiencia IE4 para algunas categorías de motores eléctricos. En total, la Unión Europea espera que este marco elimine 40 millones de toneladas de emisiones de CO2 al año. Además, la UE proyecta que sus regulaciones de motores de diseño ecológico ahorrarán a los hogares europeos $ 22 mil millones en costos de energía al generar 110 TWh de ahorro de energía anual para 2030. Este último es equivalente al consumo anual de electricidad de los Países Bajos.

Para poner eso en contexto, simplemente usando motores más eficientes, la UE puede ahorrar tanta energía como la que su séptima economía más grande usa actualmente anualmente. Todas estas son buenas noticias para el medio ambiente, los países de la UE y sus ciudadanos. Aún así, queda un enigma. ¿Cómo convierten los fabricantes mundiales de productos electrónicos cientos de líneas de productos con motores eléctricos que se ajustan a los estándares de diseño ecológico de la UE?

Parte de la respuesta radica en aceptar que el statu quo (el uso de motores eléctricos tradicionales disponibles en el mercado) no será suficiente para los fabricantes que venden en Europa. Las máquinas convencionales rara vez alcanzan índices de eficiencia superiores al 75 por ciento y ofrecen poca o ninguna optimización del diseño. Estas clases de motores eléctricos son voluminosas y ruidosas, y requieren una gran cantidad de materias primas para su producción. Además, son costosos y complicados de fabricar y desechar.

La dependencia continua de esta tecnología obsoleta es la razón principal por la que los sistemas de motores eléctricos absorben el 50 % de la producción anual de electricidad de la UE y representan más del 50 % del consumo mundial de energía. En resumen, la UE, y otras regiones que exigen estándares de eficiencia de motores más altos, no pueden resolver los desafíos energéticos del siglo XXI utilizando tecnología de motores de 50 años.

Para los actores comerciales, cumplir con los Estándares Mínimos de Rendimiento Energético (MEPS) de la Unión Europea requerirá la capacidad de crear motores eléctricos diseñados a medida y de mejor rendimiento que se puedan producir de manera sostenible. Como empresa nueva, el enfoque de ECM PCB Stator Technology para satisfacer esta necesidad se reduce a dos cosas: tecnología avanzada de motores y CAD.

En el lado tecnológico, ECM ha desarrollado motores eléctricos de placa de circuito impreso, o estator de PCB. El estator de PCB reemplaza los devanados de cobre que se encuentran en las máquinas eléctricas convencionales con un estator ultradelgado. Los motores eléctricos que incorporan estatores de placa de circuito impreso de ECM son más pequeños, un 70 % más livianos, logran eficiencias de hasta un 96 % y utilizan hasta un 80 % menos de materias primas que las máquinas convencionales.

ECM combina esta ciencia de PCB Stator con su plataforma CAD PrintStator. Esto permite a los innovadores marcar un rendimiento preciso y especificaciones dimensionales para crear soluciones personalizadas de motores eléctricos integradas con la tecnología patentada de PCB Stator. Por ejemplo, si un fabricante europeo de lavadoras necesita un motor eléctrico de 1,62 caballos de fuerza que logre una eficiencia del 94 % y se ajuste a un factor de forma exacto, eso se puede diseñar a través del software.

Para escalar estos beneficios de manera más amplia, ECM ofrece PrintStator como un producto SaaS. Esto permite a los innovadores en la UE y otras regiones imprimir motores de estator de placa de circuito impreso personalizado en cualquier parte del mundo a través de las instalaciones de fabricación de PCB existentes. Hay un beneficio compuesto aquí al requerir menos energía y menos materiales para crear motores eléctricos más eficientes.

ECM está trabajando con varias empresas de fabricación globales para incorporar soluciones de estator de PCB diseñadas por PrintStator en dispositivos comerciales e industriales que cumplan con los estándares mínimos de rendimiento energético de la UE para motores.

La adopción de tecnología de placa de circuito impreso y CAD a través de SaaS puede ser un medio eficaz para que los reguladores de la Unión Europea y los productores del sector privado resuelvan un desafío común. Es decir, modernizar el continente con motores eléctricos más eficientes que reduzcan la contaminación, creen una red eléctrica sostenible y ahorren a los hogares europeos miles de millones de euros en costos de energía.

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