Motores trifásicos Características, cá1lculos y aplicaciones José Roldán Viloria
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MOTORES TRIFÁSICOS CARACTERÍSTICAS, CÁLCULOS Y APLICACIONES
MOTORES TRIFÁSICOS CARACTERÍSTICAS, CÁLCULOS Y APLICACIONES
JOSÉ ROLDÁN VILORIA
CONTENIDO . . IX
3 . lntroducci6n a la mecánica del movimiento .
1. Matemáticas aplicadas. Magnitudes y unidades .. 1
3.1. Breve reseña histórica . . 3.2. Jntroduoción a los motores eléctricos. 3.3. Principales tipos de motores eléctricos . 3.4. Principio d e funcionamiento de los motores eJéctricos 3.5. Energfas y sus formas. . 3.5.1. Energía potencial. 3.5.2. Bnergfa cinética. . 3.5.3. Energia contenida en la materia. . 3.5.4. Principio de conservación d e la energía . . . 3.6. Tmpor tan da del movimiento. . 3.7. Dispositivos y máquinas que generan movimiento . . . . . 3.8. Dis:positivmcomplementarioa utilizados en el movimiento . .
l'relado .. .
L1. ~,fúltiplos y submú ltiplos de unidades . . . . . 2 L2. Sistema mébico de u nidades . . ... 2 1.2.L Unidades fundamentales de.l SI . . . . • 2 1.2 .2. Principales unidades de medida del ST ... ... 3 1.:3. Otras magnitudes y u n idades (sistema inglés) . . . ... 4 1.8.l. Unidades de medida de peso .. . 4 1.3.2 . Unidades de medida de longitud . . . . 5 1.a.a.Unidades de medid a de s uperficie.. .. . 5 1.3.4. Unidades de medida de volu men. .. .. . 6 1.3.5. Unidadesdemedidadepresió n. ... 6 L-l. Otras medidas que interesan en esta materia . . . .. . 6 1.4.l. Escalas d e temperatura .. . 7 1.4.2. Cantidad d e calor . . ... 8 1.4.3. ?\,fedida de los ángulOE1 . . ... 9 1.4.4.. ?v1edida del tiempo .. . 9 1.4.S. la circunfere ncia . . . . . 10 1.4.6. l'tigono metria .. ti 1.4.7. Empleo de la calculadora para efectua.r cJ !culos . . . . 12 1.4.8. Cálculo de figuras geométricas .. 12 L5. Magnitudes y u nidades de electricidad. . . 15 1.5.l. Tabla con lac; principales magnitud es y unidades eléctricas . . . . 15 1.5.2. Unidades de medida de potencia. . . 16 1.5.3. Factores d e conversión. . . 16 L6. Aparatos de medida mecánica. . . 16 1.6.l. Calibre de medida.. . . 17 L 7. Aparatos de medida eléctrica. . . . 19 2. Física generaJ aplicada
.. 2l
2.1. Magnitudes y unidades del ST . . . 22 2.2. Principale.c; magnitude.c; y unidades utilizadas. . . . 23 2.3. De6niciones de las principales magnitudes y unidades . . . . 24 2.4. Fórmulas de cálculo aplicables a transmisiones mecánicas.. .. . . . 24 2.4.L Principales fórm u las aplicadas a la transmisión mecánica. . . . 25 2.4.2. Cálculo de la potencia absorbida y útil para motore.e; eléctrico.e; . . . . . 'l1 2.5. Curva caracterfstica de par d e giro y revoluciones . . . . . 28 2.5.1. Concep tos de par eléctricos. . . 28 2.5.2. Otras fórmula d e par . . . . . 30 2.6. Fórmulas d e fuer.za . . . . 81 2.7. Fórmulas d epot.encia.. . .. . . . 81. 2.8. Fórmu las eléctricas aplic'.adas .. 32 2.8.t Cálculo de la potencia.. . . . 32 2.8.2 C'.ák ulo de la enei:gfa . .. . . 34 2.8.3 Cálculo de la energia consumida en u n circuito trifác;ico de corriente alterna . . 35 2.8.4 Cákulo de la cantidad d e calor gener ado porenergia eléctrica . . . .. 37
4. Motores eléctricos trifásicos .
39 40
41 . . 41 41 . . 43 . 43 . . 43 . 44
. 44 . . 44 . . 45 . . 46 . . 49
4.1. J...fotores trif..ásicos con rotor en cor tocircuito 50 4.l.L Principio de funcionamiento. Creación de un e.ampo de giro . . . . . 50 4.l.2. Elementos principales de u n mo tor
trifásico con rotor en cortocircuito . . .. 51 . 52 4.1.4. Carncteristicas eléctricas principales de lo.e; motores trifásicos. . . 52 4.1.5 Representación del bobinado estatórico de un motor trifásico . . . 53 . . 54 4.l.6. Carncteristicas principales . . 4.1.7. Conexión de los motores trifásicos en función de su tensión. . .. 55 4.1.8. Tipos de motores . . 57 4.l.9. Aplicación de los motores .. 57 4.2. P laca de características . . 58 . . 6() 4.2.L Potencia . . .. . . 6() 4.2.2 Rendimiento del motOT .. . 4.2.3. Tens iones .. . .. 62 4.2.4. lntensidad o intensidades . 63 4.2.S. Precuencia.. . 63 4.2.6. Velocidad de giro del eje del motor. 63 4.2.7. "Factor de potencia (coa t¡J). . 65 4.2.8. Protección (CP) . .. 68 (IJ 4.2.9. Protección Bx . (IJ 4.2.10. C lases de servicio 4.2.11. Forma constructiva . . 70 4.2.12. Aislamiento térmico del bobinado deunmotOT. . . 72 4.2.13. Caja de conexiones. . . . .. 74 4.2.14. Otros valores y d atos a considerar. .. 7.5 4.3. Pre.c;entación comercial de motores trifásicos . .. .. . . 76 4.4. Normas sobre m otores . . .. 77 4.S. Caracteristicas mecánicas del m otor .. .. 79 4.l.3. Observaciones . .
5. F6rmulas de cálculo para motores trilásicos . .. .. 85
5.1.. Fórmulas d e pote,::icia aplicadas a m otores trifásicos. 5.1.1. Potencias .
. . .. 86 . . .. 86
Motores trifásicos
Contenidos
5.1..2. Tn tenrridad (/) absorbida por el motor . ir! 5.L3. Rendi miento ('\}del motor. . . .. 87 5.2. Cálculo de la potencia (P) nece...aria. . . . 87 5.2.1. Potencia motor necesaria para accionar u na máquina .. . 88 S.2.2. Potencia (P) en kW .. . 88 5.2.3. Potencia (PJ en CV . . 88 5.3. Cálculo del par motor (M..,J 89 5.3.1. Determinación del par motor . 89 . 90 5.3.2. Par to.rsor en Nm .. .. . . 90 5.3.3. Par torsor en mkg ... . .S.4. Par de giro y potencia de una máquina o motor . . . 90 S.S. Otras fórmulas aplicadas a motores. 91 5.5.1. Velocidad d el movimiento 91 de rotación . . 5.5.2. Momento dinámico referid o al eje del mo tor. . 92 5.5.3. Potencia absorbida por el motor (P) . . 92 5.5.4. Potendadearranque{P.J. . . 92 S.5.5. 'T'iempo de arranque (tJ . ..... . . . . . 92 5.5.6. Potencia de frenada (.PJ . . . . . .. 92 5.5.7. Tiempo d e frenado (t,): .. . . . . . . . . . . . 93 5.5.8. Potencia térmica equi-vaJente (P11J.. . . 93 5.6. .Potencia motor para tre.'l tipos de movimiento . . . .. .. 93 .. .. 93 5.6.1. Potencia de rotación . . 5.6.2. Potencia d e traslación. .. . . 94 5.6.3. Potencia de ele~,ación . 94 5.7. Compensación de l factor de potencia (co..'l~) .. 9-1 5.7.t. VaJor del factor de potencia en función de la carga d el motor . . 94 5.7.2. Fónnula de cálculo de l factor de potencia {cos~>) .. 95
6.3.ll. Inversión d e giro . . . . .. . 105 6.3.12. Par má>..;mo de.J motor (Mltl) . ... . 105 6.3.l3. Factor de potencia (cos .:,>) •• •• .. . 105 6.3J4. Rendim.iento d eJ motor(,{) . . 105 . . iOS 6.3.15. Motores con rotor bobinado . . 105 6.3.16. Motores que incorporan fren o .. iOS 6.3.17. 'l""ermistorea . .. 6.3.1.S. Resistencia interior de caldeo . . . . 106 6.4. Caracterfsticas mecánicas del motor . . .. i06 6.4.L Fonna constru ctiva . . . 106 6.4.2.. Envolvente del mo tor .. . .. i06 6.4.3. BquUibrado del mo tor . . . . i06 6.4.4. Nivel de m ido .. 107 . . 107 6.4.S. Cojinetes (rodamientos) . . . 107 6.4.6. Grado de protección IP. . . 107 6.4.7. C-aja de bornes 6.4.8. Toma de puesta a tierr a .. 107 . . 107 6.4.9. Manipulación del motor. .. 107 6.4.10. TomilJeria. 6.4.11. Pintura ... 108 6.4.12. Placa d e características. 108 6.4.13. Motores especia les . .. . 108 6.5. Condicio ne." ambien tales del 108 lugar de trabajo del motor... . 6.5.L Temperatura ambiente.. 109 6.5.2. Altitud a la que se instala el motor . . 109 6.6. Documentación q ue proporcionará el fabricante. . 110 6.7. formas de funcionamiento de un motor .. . 110 6.8. Formas de arranque d e los motores . . . . . 111 6.8.L lnt:ensida des absorbidas por un motor trifásico en función del tipo de arranque.. . . .. 112 6.9. Representación simbolizada de motore.'l trifásicos . . 113
7.10. Arranque directo de un m otor trifásico cm-i t:otor en cortocircuito .. . 129 7.10.1. Fórmulas e léctricas par a e l a rranque directo . . .. . 1.io 7.10.2. Conexión d el m otor . . .. . 131 7.10.3. Ventajas de la aplicación de motores trifásicos con rotor en cortocircuito . . . 132 7.10.4. Caracteria.ticas del periodo de arranque d irecto de un motor tri fáaico con rotor en cortocircuito. . . . . 132 7.10.S. Caractetf,i;.ticas de l funcionamien to a régimen nmninal de un motor trifásico con rotor en cortocircu ito. ... . . . 1.14 7.t t. Representación unifi.lar de diferentes formas de d isponer los e lementos d e protección v accionamiento en e l circuito del motor . . 135 7.12. Isquemas pam e l arranque d irecto de motores trifásicos . . .. . 137 . .. . 137 7.12.1. Bsquemas de ansnque . . 7.12.2. Esquem as de maniobra para el circuito d e potencia 7,5. . . . . 137 7.1..1. Inversión de giro para un motor trifásico . 138 . . . 138 7.13.t. Procedimiento de inversión. . 7.13.2. l nversor trifásico realizado con cont:actol'es. . .. . 139 7.13.3 Aplicación de.} inversor . . . . 141 7.14. Arranque de un motor trifásico en conexión estrella-triá.ngu.lo . . . . 141 7.14.L Caja d e conexiones de l m otor ... . 143 7.15. & quema de arranqu e d e u n motor en conexión Y-a . . . . .. . 143 7.15.1. 1-·unc.ionnm.iento . . .. . 144 7.16 Variante de la conexión estrella-triángulo . 14.6 7.16.1. Conexió n eetrella--resistend a-
7. Conexi6n a la red de motores tri.fbicos ........ US
7.16.2. 1.?sque.mas de. potencia y maniobra . . 14.6 7.17. Arr anque de un m otor trifásico con resistencias estatóricas . . .. . 148 7.17.1. Datos característicos d e este arranque . .. . . .. . 149 7.17.2. t\.fotores que p ueden aJTanca.rse con r esistencias estatóricas . . . .. . 14-9 7.18. Hsquema de un arranque por resistencias estatóricas.. . . .. . 150 7.1S.1. Esquema de potencia {esquema 7.17) .. . . .. . 150 7JS.2. &quema de maniobra . .. . 151 (esquema 7.18).. . 7.18.3. Características d e este a rranque e n carga . . . . . .. 151 7.18.4. Va lor de la resistencia e.'ltatórica . . .. 151 . . .. 152 7.lS.5. Par d e arranque (Mar).. . 7.18.6. lntemtidad de arranque. . . . .. 152 7.19. Arranque d e un motor trifásico con autotransformadOl' . . . . . .. 152 7.19.1. Caracteristiras d el autotransformador.. . . .. 153 7.20. Esquema de un ananque por autotransformador . . . . . •. 154 .. .. 154 7.20.L Esquema de potencia .. . 7.20.2. Esquema d e m a niobra . . ..• . 154 7.20.3. P'órmulas correspondientes . ..• . 154 a este ar ranque . . .. . 7.21. Arranque d e u n motor trifásico con rotor bobinado . . . . .. .. 156 7.21.l. Motores qu e pueden arrancarse con resistencias retóricas . . .. . . 157 7.22. Esquema de un an:anque por .re.'listendas mtóricaa .. .. ... .. IM
5.7.3. Compen,ación del factor
triángulo (Y·R·A)
de potencia para motores trifásicos . 95 5.8. Rendim iento d e un mo tor a p lena carga .. .. 96 5.8.1. FórmuJa de rendimiento .... 96 5.8.2. Potencia útil cedida por e l motor . .. .. 96 5.8.3. Rendimiento a partir de la fórmula anterior .. . .. .. 96 5.8.4_ Tablas aplicadas al rendimiento d e motores e léctriC06 96 . 98 S.9. Potencia perdlda por e l motor .. 5.9.l. Potencia perdida 98 5.9.2. Potencia absorbida por e l motor.. . . 98 5.9.3. Potencia útil ced.ida por el motor . 98 5.9.4. 'Fórmulas de potencia per d ida . 98 5.10. Arr.anque y frenado de m otores . .. . 99 5.10.l. Tiempo de a rr.anque (fJ . ... 99 5.10.2. Frecuencia de arranque .. . . . . 100 6. Cu.i.a. pauta selección de motores . 6.L PJeoción del motor ..
. . . 101
. . . 102 6.2. lbipeci.ficaciones técnicas generale11 par a la selección de motores . . . 103 6.3. Características e léctricas del m otor . . . .. 103 . . . 103 6.3.1. Normas aplicadas 6.3.2. T ipo de motor.. . . . .. 103 6.3.3. 're.nai.6n d e la red (U) a la que .se conecta e l motor . . . . .. 103 6.3.4. Te.nR'ión (U) d el bobinado del motor . 104 6.3.5. Potencia nomin a l (P) d el motor . . . .. 104 6.3.6. Intensidad nomina] (JJ d el motor . . . 104 1.04 6.3.7. Arranque previsto . . 6.3.8. Clase d e servicio . . . 104 6.3.9. Aislamiento . . . 1.04 6.3.10. Velocidad (n) y d eslizam iento (s) . .. 104
1.1. Las tres fases de}bobinado de un motor trifásico con rotor en cortocircuito. . . . . 117 7.Ll. Representación del bobinado de un motor trifásico. . . . . 117 7.1.2. Presentación de la caja de conexio ne." respecto a l bobinado. . . . . 117 7.1.3. Caja de cone.xione.'l. . . 117 7.2. Formas de conexión de un motor trifásico con Yotor en cortocircuito . .. 118 ?.a. Conexión de los motores triiáaioos en fun ción d e su tensión . . . 119 7.4. Ejemplos d e conexión de motOTes. . . 119 7.5. Formas de arranque de m otores trifásicos.. 120 7..S.L lnversi6n de giro d e rotación .. 121 d el eje d el motor.. 7.6. Protección e léctrica de los motore.'l. .. 122 7.6.1 Contra intensida des de cortocircuito . . . . 122 7.6.2 Contra sobre.intensid ade.'l .. . . . 122 7.6.3. Contra .sobretemperatu-ras . . . . 124 7.6.4. Contra la p uesta a masa d e conductores activos . . . 125 .. 125 7.6.S. Contra anomalias d iversas 7.7. Aparatos para la a limentación de motores . 126 7.8. Conexión a tierra de la carcasa del motor .. 126 7.9. Poaíbes formas de. combinar aparatos en el circuito d e arranque para motores trifáaioos . . . .. 127 7.9.1. Dispositivos d e arranque y protección de motorea . .. .. 127 7.9.2. Equipo con interruptor a utomático, contador y r e lé térmico .. 128
... . 146
7.22.1. Esquema de potencia . . . 158 7.22.2. Esquema d e maniobra . .. 159 7.22.3. Características d e este ananque en carga . . . . .. 159 7.22.4. Fórmulas corresp ondientes al circuito rot6rico . . . . .. 159 7.23. Arrancadores e lectrónicos estáticos para motores tri.fásiCOA . . .. 161 7.23.l. Ventajas d el arranque con a nancador estático.. . . .. 162 7.23.2. Inconvenientes en e l u so de a.rrancadores estllticos. . .. 162 7.23.3. Esquema." de arranque de motores trifásicos con arrancadores estáticos. 162
8. 'Frenado de motores trifásicos . .
. .. . 165
S.t. f 1·enado de motores y máquinas . . .. . 166 8.1.1. Repl'esentadón de las formas de fl'enado. . . .. . 166 8.1.2 Ejemplos de trenos eléctricos .. . 1.67 S.2. Fórmulas de aplicación pa.rs e l &e.nado . .. . 168 8.2.l. nempo et\ efectuar la parada (t) . .. . 168 8.2.2. T iempo de frenado (t,) . . .. .. .. . ... . 168 8.2.3. N'úmero de vueltas antes de la parada del motor {n J . . . . . 169 8.2.4. Par transmitido pm:' el eje del motor (M.) . . . . . . . . . 169 8 3 Cnracterishcas prina pales que definen a un motor-freno . . . . . . 169 8.3.1. Prestaciones que debe. dar un electrofre.no .. . 169 8.3.2. Caracterfsticaa get,erales del mo tor-freno . . . . .. J69 8.4. Frenado por e le ctroimán a limen tado
con corriente alterna . .
. .. 170
8.5. Frenado por e lectroimán alimentado por corriente continu a. . . . . . 111 8.6. Frenado d e un mo tor por equipo de fren ado externo.. . .. . . . 171 8.7. 'Prenado d e un mo tor por contracorriente .. 172 8.8. Pre.na.do de un motor por contracorriente cm-i rnsiate.ncia..'l limitadoraa . . . .. 173 8.9. Frenado por suministro de corriente continua 174 8.10. "Prenado por e lectroimán trifásico e n un esquema para inversor de giro. . 175 8.11. Otras formas de frenado para máquinas . . 175
9. Variación de velocidad para motore.s trifásicos . 177 9.L Regulación de velocidad. . 178 9.1.l. Variación mecánic.-. de la velocid ad . . 178 9.2. E:I mo torreductor, elemento básico d e variación de velocid ad . . . . . . 179 9.2.1. Reductores mecánicos de velocida d . 179 9.2.2. Análisis del acoplamiento motor179 l'eductor-aplicación . 9.2.3. Comportam iento d e la potencia absorbida de la l'ed a través de la caden a de movimiento. 180 9.2.4. 1v1otorreductol'es . . . 11n 9.2.5. 'Fórmu la.e; de. cáku lo 182 9.2.6. Potencia e léctrica d el motor 182 9..3. Multiplicadores de velocid ad. . 184 9.3.1. Procedimientos mecánicos para incrementar la velocidad proporcionada por el motor. . 1S4 9.3.2. Procedimiento e lectrónico de aumento d e frecuencia . . . 1S4
Motores trifásicos
Contenidos
9.4. Varia ción de velocidad en m otores trifás icos . . . . .. 185 9.5. !\fotore..'t trifásicos de varias velocidades .. . 18S 9.S.l. Motores con dos bobinad08 separad os .. . 186 9.5.2. Motores de dos velocidades con bobinado ún ico
(estrella-doble estrella). . .
. .. 187
9.5.3. Motores de dos velocida des con bobinado único en conexión Dahla n der. . . .. i88 9.5.4. Motores d e t:res velocid ades con un bobinado en conexión Dahhmder y oll"o bobinado independiente .. .. . 189 9.5.S. Mo tores d e cu atro velocidades con d os bobinados en con exión Dahla.nde r . . 190 9.5.6. .Particularidades de estos motores .. . 190 9.6. Variación e lectrónka de velocidad. . . . . 191 9.6.1. Variadores de frecu el"lcia .. . 19'.J 9.6.2. Regulac,ión de velocidad para motor de corriente aJtenia (CA) . . .. ..... 192 9.6.3. Aplicación de motores con va.t:i.ación de velocid ad ... ..... 193 9.6.4. Control y regulación de la velocidad. 194 9.6.5. Caracteñsticas principales de loa va.rfadores de velocidad . . . .. . . . .. 194 9.7. Bquipo para e l arranque y control de velocid ad d e un motor tri ffurioo con rotor en cor tocircuito . .. . . . .. 195 9.i".L Circuito de potencia . .. 195 .... 196 9.7.2. Circuito de maniobra 9.i".3. Equipo com--ertidor o va.riador de frecu encia . . . . . .. 196 9.i".4. Caracteristicas principales del equipo.. . . . .. 196
10. ·Mantenimiento de motores eléctricos
l1.1ra.nsmisi6n de movimiento • .. . •..•... . .... . 2Z1 U.1. Procedimientos para transmitir mo\":im iento .. .. .. 222 U.2. Prin cipales fórmulas relativas a transmisiones mecánicas . .. . . . 222 U3. Relación de l:J'ansmitrión . . 22a lL-l. Acopla.miento directo motor aplicación . .. 22a 11.4.l. Transmisión por acoplamiento directo motor-aparato . . . . 224 ll.5. Transmis ión motor máquina pas.1ndo por un e lemento intermedio .. 224 11.5.1. Tnnsmisión a través de reductor o multiplicador de velocidad. . . 224 11.5.2 . Transmisión por engranajes (piñones) . . . 22.5 11.5.3. Transmisión por rueda y husillo s infin paliere..'t . . .. 22.5 11.S.4. 'Transmisión por piñón y cremallera . . . 226 11.S.5. Transmisión por hutrillo--tuerca . . 2'r! 11.5.6. 1'ransmisión por palieres . . . . 227 11.S.7. 'rransmisión por poleas planas . .. 227 11.5.8. 'fran smisión por poleas acanaladas trapezoidales .. . . 229 11.5.9. Transmisión por poleas y correas dentadas.. . .. 232 11.5.lO. Tra nsmisión por p iñones y cadena dentada .. . .. 232 11.6. Tr ansmis ió n a tnwés de reductor o
multiplicador. • . . . • .. • , .. . . . . ... . .. .. . .. 233
9.7.5. Preaenlaci6n del equipo ondulador de frecuencia
10.9. Mantenimiento de motores.. . . . . 2l5 J0.9.1 . Reparación.. . . . . 2l5 JO.JO. Verificaciones de l estado de los motores .. 2l7 10.ll. Intervención en motores y transmisiones . Z18
.... 197
.... 199
10.1. Con carác ter general . . . . .. 200 10.1.1. l os receptores en el RlmT . . . .. 200 10.l.2. Condicion es genera les de las instalacione.'t . . .. 200 10.l.3. Condiciones d e utilización .... 201 10.l.4. Cone:dón de los receptores . .. 201 10.2. intensida d absorbida por motores en diferentes tipos de arranque . . . .. . 204 10.3. Sección de loa conductores que alimentan los motores.. . . .. . 204 10.3.1. Colores d istintivos del aislamiento delos conductores. . . .. . 205 10.3.2. Cák u lode la sección de los conductores q ue alimentan u n motor trifásico . . ... . 205 10.4. Sección d e conductore..'t y tubos de protección . . . . .. 206 10.5. Sustitución de motores en u na aplicación. 207 10.5.1. Sustitución del motor para aumel"ltar la potencia motriz . . . . .. . 207 10.6. Desnmntado mecánico de un tnotor . ... .. 208 10.6.1. Medidas o acotaciones principales de un motor trifásico . . 210 1.0.7. Anomalías que se da n en los motores trifásiCOEI . 210 10.7.1. Anomalfas eléctricas . . . . . . .. 210 10.7.2. Anomalfas m ecán icas .. . . .. .. 211 10.S. Resum en de las principales averías e n loa motores trifásicos con rotor en cortocircuito y su circuito eléctrico . ~ .. .. 211
11.6.l. Car acteristicas principales de los l'eductore.'t . 11.6.2. Ca.racteñsticas de l l'eductor en función del trabajo a realiza r 11.7 Acoplamientos . . 11.7.l. Blección de los acopla mientos . . 11.8. Otros mecanismos . . 11.8.l. Embragu es . ll.8.2 l imitadores de par. 1L9. Dispositivos de acoplamiento entre motor-reductormáquina . tLlO. Resumen de formas de transmisión de motor a la aplicación .
12, Potencia necesaria en el accionamiento de máquinas . .
. . 233 . . 234 . . 235 . . 235 .. 236 . . 236 .. 237 . . 238
. . 239
.. 241
12.1. Potencia motriz necesaria para accionar una máquina.. . . . 243 12.lJ Par útil en e l eje de l motor (~J. . .. 243 12.L2 Potencia molTiz (P) necesaria. para accionar una máquina. . . . . . . 243 12.1.S. Potencia absorbida (P..J por .. 244 e l motoreléctrico. . 12.l.4. Potencia desarrollada por e l motor. e léctrico. .. 244 12.2. Potencia de rotación. .. . . . . 244 . . 244 12.3. Potencia. de traslación .. . 12.4. Potencia de elevación. .. . . . 245 12.4.1. -Potencia molTiz para aparatos ele\•adores y montacargas . . . 246 12.5. Potencia motriz para bandas transportadoras horizontales . . . . . 246 12.5.1. Cálculo de la potencia motriz (P) . .. 246
12.5.2. Desa.rTolJo de la circun ferencia
del tambor Q) .. . . . 247 12.5.3. Velocida d d e gi.ro del tambor motti.z. (nJ. . . 247 12.5.4. Velocidad lineal de la banda (v} . . . 247 12.5.5. Par resistente de la band a (M.J .• . .. 247 12.S.6. Potencia motriz (P..) . . . . . .. . . . .. 241 1.2.5.7. Potencia útil de l m otor eléctrico (P). 247 12.6. Po tencia motriz para bandas transportadoras indina.das . . . ... 2-4.8 12.6.1. Cálcu lo de la potencia motriz (P) ... 24.8 12.6.2. Car¡;a admisible en la banda (Q) . •. 248 12.6.3. Par necesario para accionar
la banda ~"1). . .
. . .. 248
12.6.4. Potencia m otriz (P..) . . . . . •. 249 126.5. Potencia útiJ del motor eléc.tri-co (P) 249 12.7. "Pórmula genera l par.a calcular la potencia de bombas. . . . .. 249 12.8. Potencia pata bombas de e le,
'"'2 12.11.l. Caudal (Q) . . .. .. 2S2 12.11.2. Potencia de-1motor que acciona la bomba hidráulica . . 2S2 un ventilador . . 12.12.1. Jiórmula general. . . 12.12.2. Potencia motriz par.a \•enti la dores helicoidales . . 12.12.3. Potencia para 1,--entiJadores centrífugos . . . 253 12.1.3. Potencias para polipastos deele\'acióndecargas. . . 253 12.13.1. Potencia calculada en kgm . 253 . 254 12.t.~.2. Potencia calculada en CV 12.13.3. Potencia calculada en vatios (W) . . 254 12.t.~.4. Potenc ia calculada en CV. . 254 12.1...1.S. Potencia calculada en kW . 254 12.14. Potencias motrices en un puente grúa . . 254 12.15. Potencias motrices para grúa gir atoria y móviJ . .. . 12.16. Potencia d el motor conocido el pa.r- reeistel"ltede la máquina a accionar . . 2.'55 12.16.2. Potencia ú til del motor (P..J 12.16.S. Potencia absorbida por el motor (P) . . . 12.17. Estimación de potencias para accionar diversas máquinas . . 12.l7.l . Otras fórmulas aplicadas. 12.18. Clasificación de las máqui nas 1 3. Otros motores .. .
261 261 261 261
262
263 263 264
26.5 26.5 2(,6
267 267 268 268 268
269 269 269 'J:70 270 271
14, Tablas y varios para consulta .. •. . . . .. •... , . . 273
12.12. Potencia para el motor que acciona
12.16.1. Par máquina (/1,1..,) . . . . . . • .
13.L3. Motores de vapor . . 13.L4. Motores de gaa, gasolina y diésel .. . 13.2. 'l'ipos de motores . . . . 13.3. lvfotores de gasolina. . 13.3.1. Potencia fiscal de motores de exp losión . . . 13.3.2. Pórmula general para calcular la potencia fisca I de u.n motor de gasolina.... 13.3.3. Aprovechamiento d e la e nergfa consum ida por e l mot.or de explosión . . 1a.-t. ·Motores de gasoil (d iésel}... 13.4.1. Potencia.calorifica de un combustible conocida su composición química 13.5. ·Motores de gas 13.6. ?\fotores de vapor .. . . 13 .7. ?vtotores térmicos o stirling. 13.8. l\fotol'es de h id rógeno . . 13.8.L E.J h idrógeno .. . 13.8.2. Instalación básica para la a plicación del hidrógeno como energía .. . 13.8.3. Pilas de combustible. 1.~.9. 'lhrbi.nas hidráulicas . .. .. 13.9.1. Potencia d e u na centra l hidráulica (Pu) . .. .. 13.9.2. 'fu.rbinas . . .. ta.JO. Motores de con ·iente continua .. 13.10.1. Cuatro tipos de motores de corriente continua .. 13.10.2. Fórmulas aplicadas a los motores d e ce .. . ..
. .. 255 .. 256 . .. 2.56 . .. 2.56 ... 2.57 . .. 2.58 . .. 259
llL Ureve rese1ia histórica . .. 260 13.1.l. Énergia hidráulica a partir de una tud>ina o rueda de aspas movida por agua ... 260 l3.1 .2. Eólicas . . . .. 260
14.1. 'ren.'oion es e léctricas non n ali.zadas. .
. . 274. 14.1.1. Baja tensión (81) . . . . 274 l4.L2. Frecu encia de las redes. . . 274. 14.1.3. Tensiones especia les . . . . 274 l4.L4~ ínstalacion es a mu y baja tensión . .. 274. 14.2. 'Frecuencias y tensiones en d iferentes países. . ~ . . . 275 14.3.. Los motores en e l REBt . . .. 277 14.3.1. lnstaladón d e los motores . .. 277 14.3.2. Sección d e los conductores .. 277 14.3.3. Protecciones de los motores y sus circuitos . .. 278 14.4. Dimen.-..ionnd o de los fus ibles de protección para motores trifásicos . . . . 280 l4.4.l. Fu sibles para motores trifásicos en ananque directo y a rranque . . 280 estrella- triángulo . .. . 14.5. Relés térmicos parn protección de motores trifásicos . .. . . 281 14.6. Protección exterior de los motores e léctrico.'> .. 282 14.6.1. Gra dos de protección para las e nvolven tes ... .. 282 14.6.2 Grad os de protección IJ(. . .. 284 14.6.3. Ejemplos de envolventes .. 284 14.7. Motore..'t trifásicos conectados a redes monofásicas . .. . . . 285 14.7.L Motor b·ifásico cone ctad o a red trifá.aica. . . . . . . . . . . ... 2SS 14.7.2. Procedim iento de inversión de giro . 286 .. W 14..8.Secciónde los conductores. . 14.8.l. Sección para conductores activos (T.J-r:.2-U} . . '$7
Motores trifásicos 14.8.2. Color del aislamien.to de los conductores . .. 14.8.3. Sección de l conductor neutro (N) e n lineas trifásicas con neutro 14.8.4. Sección del conductor de
proteod6n (PE). .
. 288 . 288
. 289
14.9. Datos generales aplicados a motores trifásicos. .. . . . 14.9.1. Condensadores para m otores trifásicos ..
. .. 290 . .. 290
PREFACIO Se trata de un libro de aplicación práctica, dedicado preferentemente a profesionales de la mecánica y electricidad que trabajan en la industria y en otras actividades técnicas, asi como a los jóvenes que estudian ramas técnicas y profesionales. El conjunto de esta obra abarca un amplio abanico de fórmu las de aplicación práctica que le ayudarán a resolver muchos de los problemas que se plantean en el cálculo y aplicación de la mecánica del movimiento. Como el lector podrá observar, no se trata de una simple recopilación de fórmulas; es u na l1errarnienta que se pone en sus manos para ayudarle a resolver problemas que se originan con frecuencia en la marcha corriente. En el accionamiento de las máquinas, los motores que producen el movimiento necesario son básicos. En el caso concreto de los motores triiásicos, ellos solos casi abarcan el 80% de las aplicaciones industriales. A los motores trifásicos con rotor en cortocircuito y su coneJdón se dedica esta obra, ya que su buen conocimiento nos permitirá una correcta aplicación y utili2ación en la generación de movimiento y accionamiento de muchas máquinas y aparatos. La electricidad es una energía fundamental en la generación de movimiento y en su control fijo o variable. Las fórmulas aplicadas que se recogen a lo largo de esta obra se han agrupado de una fom1a práctica, para ayudar a su localización y empleo. La variación de velocidad es una demanda de muchas aplicaciones, lo que se consigue con dispositivos acoplados a los motores o en su transmisión, como es el caso de los reductores y multiplicadores de velocidad. Dentro de la amplia gama de los motores triiásicos, también se encuentran los motores con varias velocidades, además de la posibilidad de los propios motores triiásicos con rotor en cortocircuito de proporcionar una amplia gama de velocidades empleando variadores electrónicos de velocidad. El amplio capítulo que trata sobre las formas de arranque de los motores trifásicos complementa el conocimiento de este tipo de motores. El mantenimiento y conservación de los motores se trata en el Capítulo 10, qu e resulta interesante para profundizar en los motores triiásicos que tienen una tecnología y construcción muy simple, con casi nulo mru1tenirniento si trabajan en condiciones normales.
@
Ediciones Paraninfo • XI
Motores trifásicos
La transmisión de movimiento y los diferentes elementos que la integran, son una parte importante en la aplicación de los motores a las máquinas y aparatos, en general. Se hace un repaso a otros motores utilizados en la generación de movimiento, que conviene conocer para ampliar conocimientos. Espero que esta obra sea de su interés y le ayude a resolver algunos de los problemas que se le puedan plantear en esta importante materia técnica, como es el caso de la mecánica del movimiento, así como para los estudiosos de la electricidad industrial.
CAPÍTULO
MATEMÁTICAS APLICADAS. MAGNITUDES Y UNIDADES
1.1. Múltiplos y submúltiplos de unidades 1.2. Sistema métrico de unidades 1.3. Otras magnitudes y unidades (sistema inglés) 1.4. Otras medidas que interesan en esta materia 1.5. Magnitudes y unidades de electricidad 1.6. Aparatos de medida mecánica 1.7. Aparatos de medida eléctrica
XII •
© Ediciones Paraninfo
Maremóticas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Morores trifásicos
m
(Viene de la p,igina ttnh~io-r)
MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE UNIDADES
Magnitud fundamental
Los prefijos, símbolos y valores utilizados para expresar diferentes valores numéricos se muestran en la Tabla 1.1.
Temperatura (termodinámica)
Tabla 1.1. Prefijos, símbolos y valores numéricos
Cantidad de materia
Símbolo
1012
1.000.000.000.000
Giga
G
10'
1.000.000.000
C Me¡¡a _J
M
10'
1.000.000
Kilo
k
10'
1.000
Hecto
ha
102
100
Oeca
da
10
10
10·1 10~
0,1
Centi
e e
Mili
m
10~
0,001
Submúltiplos:
Micro
fl
Nano
candela
cd
mol
mol
1.2.2. Principales unidades de medida del SI
En la Tabla 1.3 se recogen las equivalencias de las principales magnitudes de longitud, superficie, volwnen peso y otras. Tabla 1.3. Principales unidades del SI
Unídad Oeci
K
Valor
T
Múltiplos:
Intensidad de luz
kelvin
1
2. Unldadu da superficie
1. Unldadu da longitud
0,01
4
1 kilómetro cuadrado (km') ...........1.000.000 m'
0,000001
n
10 10..
0,000 000 001
1 kilómetro (km).... ........1.000 m
Pico
p
10-12
0,000 000 000 001
1 hectómetro (hm)...........100 m
Fento
f
10·1•
0,000 000 000 000 001
Alto
a
10·1•
0,000 000 000 000 000 001
1 hectómetro cuadrado (hm') ..........,.10.000 m' 1 decámetro cuadrado (Dm') ..................100 m'
1 decámetro (Dm) .. ...........10 m
1 metro cuadrado (m') ........... ................... .1 m'
1 décímetló cuádrado (dm') .....................O.1 ñi2
1 metro (m)....... ...... ........ .... 1 m
m
1 decímetro (dm) .............O, 1 m
1 cénlímetro (cm)..........0,01 m
SISTEMA MlTRICO DE UNIDADES
1 milímetro (mm) .........0 .001 m
A lo largo de esta obra se utilizan preferentemente magnitudes y wlidades del sistema métrico, cuyas principales magnitudes y unidades se recogen en este apartado.
1 centímetro cuadrado (cm')·····-·········0,001 m• 1 milímetro cuadrado (mm') ........... 0,000001 m' 1 hectárea (Ha) ............. ....................10.000 m' 1 área (a) ........................ ... ...................100 m'
1 centiárea (ca) ......................·-········· ····-···1 m"
1
1.2.1. Unidades fundamentales del SI
1
El sistema internacional de medidas (SI) es el utilizado en esta obra, salvo en alguna excepción para adaptarnos a alguna situación que todavía se mru1tiene en las aplicaciones eléctricas. En la Tabla 1.2 se presentan las siete unidades fw1damentales del SI.
3. Unidades da volumen
1 kilómetro cúbico (km') ..............1.000.000.000 m' 1 hectómetro cúbico (hm') .............. ... 1.000.000 m' 1 decámetro cúbico (Dm') ..... ............... ....1.000 m'
Tabla 1.2. Magnitudes y unidades del SI
1 metro cúbico (m') ............... ..................... ....1 m'
Magnitud fundamental
1 decímetro cúbico (dm') .............. .............. ..... 0,001 m'
m
1 centímetro cúbico (cm') ................ ...............0,000 001 m'
kil?9ramo
kg
1 milímetro cúbico (mm'>·························-·······º·ººº 000 001 m'
tiempo
segundo
s
Intensidad de corriente
amperio
A
Longitud Masa
2 • © Ediciones Paraninfo
:'! : - - - '
© Ediciones Paraninfo •
3
Matemóticas aplicadas. Magnitudes y unidades
Motores trifásicos
(Viene de la página anleri(Jt')
(Vime de la págr11a a11ferior) 4. Unldadu da puo
1
1 pulgada (") .................... .........., .... .... .25,4mm 1 kilogramo (kg) ............ 1.000 g
1 heclogramo (hg) .. ......... 100 g 1 decagramo (Dg) .... .... .....109 1 gramo (9) .......................... 1 g
1 cenligramo (cg}..... .... .0,0 1 g
1 miligramo (mg) .......... 0,001 g
453.6 6.350
1 stone
1 milla marina (n mile) ...... .. . ................1.052m 1 pinta................................... . ................0 ,568 1
0,4536
16
1
0,0714
6.350
224
14
1
Tabla 1.5. Unidades de longitud
1 acre .................................................. 0,405 Ha 1 tonelada inglesa .... .... ······- ········1.016,048 kg 1 tonelada americana..... ................907,185kg
Unidad de par resistente (M) ............... . .... Newton · metro (Nm) Unidad de temperatura (t). ......... ............ ...grado Kelvin (KJ Unidad de trabajo ......... ............... ...... ........Julio (J)
mm
m
km
In
ft
1mm
1
104
104
0,0394
0,0033
1m
10'
104
39,37
3,281
1,094
1 km
10'
103
1
39.370
3,281
1,094
1 lnch (pulgada)
25,4
0,0254
0,0833
0,0278
1 loot (pie)
304,8
0,3048
1 yard (yarda)
914.4
0,9144
,:===~: :!:::::=~:
12
yd
0,3333
36
3
1
t milla taffllSlra
1,609
1.609
5,280
1,760
1 milla marina
1,853
1,853
6080
2,027
mlla
n mlla
0,6214
0,5396
!l===f
__,__
0,8684
1, 1516
1
_.
1.3.3. Unidades de medida de superficie
OTRAS MAGNITUDES Y UNIDADES (SISTEMA INGLtS)
Equivalencias entre diferentes unidades de super.ficie (Tabla 1.6).
También conviene tener referencias del sistema inglés de medida, dado que pueden interesar adaptaciones de un sistema a otro.
Tabla 1.6. Unidades de superficie
cm•
1.3.1. Unidades de medida de peso
1 cm•
1
Cuando se trata con productos, materiales y tecnologias de diversas procedencias, es fácil encontrarse con terminologías, magnitudes y unidades diferentes. En las tablas que se presentan a continuación se encuentran las equivalencias entre diferentes magnitudes y unidades.
t m•
10'
Tabla 1.4. Principa les unidades del sistema inglés de medida
1g
~ 104
l
oz
10 ..
0,0353 35,27
1 kg
10'
1
104
1 lm
106
103
1
28,35
0,0284
© Ediciones Paraninfo
atone
Equivalencias entre diferentes uni.d ades de medida de longitud (l'abla 1.5).
Unidad de presión (p).... ........ ...... ...............bar
4•
lb
1 yarda (yard) (3 pies) ..... .............. ... .....0,944 m
Unidad de fuerza (F) .... .............. ... ... ..........Newton (N)
1 onza toz)
oz
l
1,3.2. Unidades de medida de longitud
8. Obas magnltudu y unidades
m
kg
1 milla(1 .760 yardas) .. .... .... .. - ...........1.609,4 m
1 decigramo (dg) ... .... .... ..0,1 g
1
g
5. Unidades complementarlas
1
lb
m•
a
ha
km'
0,01
1a
100
1
0,01
10""
1 ha
10'
100
1
0.01
t km'
10'
10""
100
1 pulgada cuad.
6 ,452
1 ple cuadrado
929
0,0929
8 ,361
0,8361
1 yarda cuadrada
2.205
157,5
1 milla cuadrada
0,0044
0,0044
1 acre
10,76
1,196
1.076
119,6
144
1
0,1111
1,296
9
1
43,560
4,840
1,550
1
stona
0,157
yd'
0,155
1
2,205
In'
'!::::""""e!: 259
4,047
40,47
0,4047
2,59
© Ediciones Paraninfo •
5
Matemáticas aplicadas. Magnitudes y unidades
Motores trifásicos
1.3.4. Unidades de medida de volumen
1.4.1. Escalas de temperatura
Equivalencias entre diferentes unidades de volumen (Tabla 1.7).
Hay varias escalas para medir la temperatura que son: Kelvin, centígrada (Celsius), Fahrenheit y Rankine. La zona anglosajona utiliza con preferencia la escala Falminheit
Tabla 1.7. Unidades de volumen
-
cm•
dm'
m'
-
In'
ti'
1 cmª
1
10•
10'
0,061
.
1 dm'
103
1
10•
61,02
1 .....
1O'
1
61 .023
16,39
0,0164
.
1
1 ti'
= =.
10'
1 yd•
.
746,6
1 In'
1 gal (EE.UU.) 1 gal (R.U.)
3,785 11 3,785 4,546
4,546
.
.
Tabla 1.9. Escalas de temperatura
0,2642
0.22
264,2
220
0.0353
. .
35,31
1,308
.
.
11
=
=-. !!e
0,0283
Diferentes escalas de temperatura y su relación (Tabla 1.9)
gal EE.UU.
!!e
28,32
R.u. l
yd'
7,481 "
gal
.
1.728
1
0,037
0,7646
46.656
27
1
202
168,2
.
231
0,1337
.
1
0,8327
0,1605
.
.
"
277,4
=-
1,201
1
Slmbolo
Para p88arde:
a:
Fórmula
Grado centígrado
'C
Grado kelvin
K=ºC+273
Grado kelvin
K
Grado centígrado
'C =K-213
Grado fahrenheit
ºF
Grado centígrado
6,232
1
= 1
º F - 32 · 100 180
!!e
"' 'C
Grado centígrado
•e=
Grado fahrenheit
ºF =
•e · 180 100
1.3.5. Unidades de medida de presión
Equivalencias entre las tres escalas de temperatura (Tabla 1.10)
Equivalencias entre diferentes unidades de presión (Tabla 1.8).
Tabla 1.10. Equivalencias de las escalas de temperatura
Tabla 1.8. Unidades de presión
-
Kelvin
C.lslua
Fahranhalt
Ranklna
Punto de ebullición del agua
373,15K
•100 •e
+217 ºF
671,67°R
±OºC
Pascal (Pa)
bar
N/mrn'
kp/m'
kp/cm•
atm
Torr
1
100
10'
0,102
0,102x10•
0,987x10'
0,0075
Punto de congelación
273,15K 255.37 K
-17 7/9 'C
t32ºF ± OºF
491,67°R 459,67 ºR
0.1
10.200
1,02
0,987
750
Punto neutro absoluto
OK
-273,15 •e
-459,67 ºF
OºR
1
1,02x10'
10,2
9,87
7.500
1
10•
0,968x10A
0,0736
0,968
736
1 Pa (N/m') 1 bar (daN/cm')
1
+32
100.000
1 N/mrn'
10'
1 kplm' (alm. lém.)
10
9,81x10" 9,81x1o-<
1 kp/crn'
98.100
0,981
0,0981
10.000
1
1 atm (760 Totr)
101.325
1,013
o,1013
10:330
1,033
1
760
1 Torr (mmHg)
133
0,00133
1,33x10•
13,6
0,00132
0,00132
1
m
OTRAS MEDIDAS QUE INTERESAN EN ESTA MATERIA
Para los motores y sus aplicaciones, la temperatura es un parámetro muy importante en su funcionamiento, así como la medida de ángulos, de funciones trigonométrica~, de medidas de tiempo yde cálculo de figuras geométricas.
6 • © Ediciones Paraninfo
1
"C - Cclsius (t<:); K - Kelvin (tK); •F - Pahtcnheit (ti'); •R - Rankinc (tR).
Conversión entre escalas de temperatura (Tabla 1.11) Tabla 1.11. Conversión entre escalas de temperatura
Da:
Conversión
A:
tF
5/9 (tF - 32)
tC
fC
1.8 (tC ~ 32)
tF
fC
tC + 273, 15
tK
IR
9/5tR
tK
tK
519 tK
IR
© Ediciones Paraninfo • 7
Maremóticas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Morores trifásicos
1.4.2. Cantidad de calor
1.4.3. Medida de los ángulos
Es el calor necesario para elevar la temperatura de un cuerpo a un valor determinado, y viene dado por la fórmula siguiente:
Los ángulos se pueden mecür en grados sexagesimales o en radianes.
Q=m ·c(t-t) Q=m·c·llt llt = (t - t,)
Los ángulos se miden por grados sexagesimales. Equivalencias: 1° (grado)= 60' (minutos) 1' (minuto)= 60" (segundos) 1° = 60' = 3.600"
Q - Cantidad de calor, en calorías (cal). m - Masa, en gramos (g). e - Calor específico del cuerpo, valor en tabla. t - Temperatura inicial, en ºC. t" - Temperatura final, en "C.
También se pueden dar los grados con números enteros y decimales para luego transformarlos en minutos y segundos, por ejemplo, 21,84°: 21,84° equivalen a: 21ºy 0,84° Respecto a 0,84°, si 1° equivale a 60'; 0,84º equivale a (0,84º · 60 = 50,4'). Respecto a los 0,4', si 1' equivale a 60"; 0,4' equivale a (0,4' · 60 = 24"). Resultado: 21,84• = 21 • 50' 24"
Calores específicos medios entre Oy 100 ºC (Tabla 1.12) Tabla 1.12. Calor específico de algunas sustancias Calor espacffico Cal/o· "C
1 Sustancia
Grados sexagesimales
Calor espaclllco Cal/o· "C
Su91ancla
Otra unidad de medida del ángulo en la circunferencia es el radián. 1 radian (rad) equivale a: 57,2968° En la Tabla 1.13 se presentan las equivalencias entre los ángulos más representativos dados en grados y su equivalencia en radianes.
1,0000 0-,2170
Mercurio
O1705
Plata
0,0925
Plomo
O0555 0,0314
Cobre
0,0952
Latón
0,0951
Estaño
0,0552 0,565
Hielo
0,4759
Gradoa
00
Glicerina
Níquel
0.106
Radlanea
o
Acetona
0,528
Latón
Agua
Aluminio Calcio
Cinc
==
0,1115 0,0333
Radianes (rad)
Hierro
-
0,093
Equivalencia mecánica del calor
La energía de un julio O) genera 0,24 calorfos (cal). 1 J = 0,24cal 1 kcal = 1.000 cal= 4.180 J 1 cal =4,18J 1 k\Nh = 1.000 Vv 3.600 s = 3.600.000 J 1 kv\lh = 0,24 3.600.000 = 864.000 cal= 864 kcal Ejemplo de aplicación 1.1. Detenninar el calút necesario en kWh para calentar 1001itros de agua de un calentador (tem,o) para pasar de 20 a 60" C. Masa (m): 111 = 100 l = 100 kg = 100.000 g; 111' = 100 kg Diferencia de temperatura (t -1;): (t - t) = 60 - 20 = 40" Q = m ·· e [t - t,) = 100.000 · 1 (60 - 20) = 4.000.000 cal Q=tit' ·c(t-t) =100 · 1(60-40)=4, 000kcal 8 • © Ediciones Paraninfo
Tabla 1.13. Equivalenda de los ángulos más utilizados en grados y radianes
-n/6
45°
600
180°
2700
3600
:r/4
,r/3
"
3"'2
2ff
Pasar de grados a radianes y de radianes a grados Tabla 1.14. Conversión de grados en radianes y viceversa Gtadas a tadlanea rrui= -
Jt.
180
Radianes a
radas
180
·G'
G<' = -·rad 31
Ejemplo de aplicación 1.2. " Jt, 30 equivalen a: rad = - · G' 180
=
Jt,
180
Jt,
30 = - rad 6
. aJen a:u·· ro = -·rad 180 Jtrad equw = -180 ·;e • lSOº
,r
,r
1.4.4. Medida del tiempo
El tiempo se mide con vruias magnitudes a las que corresponden diversas unidades, como son algunas de las que se recogen a continuación. © Ediciones Paraninfo •
9
Motores trifásicos
Matemóttcas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Tabla 1.15. Equivalencias de tiempo
Unidad de tlamoo
d) Cálculo del radio (r) y d el diámetro (d) en función de la sección.
!!!gloa Décadas All<>11 Mes• 11 Semanas 11
1 milenio
10
100·
1.000
1
10
100
1.200
1
10
120
520
5
60
260
1 skllo 1 década 1 lustro
Días
rs
II Ho,u II Minutos II Sa11und<>9 1
r='{;
d=
rs
~o,785
1.4.6. Trigonometría
4
1 affo 1 mes
Las razones trigonométricas son necesarias para ciertos cálculos y en lo referente a la electricidad, las funciones senoidales y el coseno, siempre están presentes en los cálculos eléctricos.
365ó3621i 28 a 31
1 semana
Razones trigonométricas
168
...... 7
1hora
60
1 minuto
Seno (sen); sen u= ylr
3.600
Coseno (cos); cos a. = xIr
60
Tangente (tan); tan a.= y lx = &&n / oos Cotangente (cotan}: cotan = xly = cos/ sen
Tabla 1.16. Unidades menores de un segundo
Secante (sec): sec u= r / x = 1 / cos
!Fracción de segundo
Equivalencia
Cosecante (oosec): oos a= rly= 1 /soo o.
1 decisegundo (ds)
1 ds = O, 1 s = 1·10·' s
1 centisegundo (es)
1 cs=0,01 s=1·10.. s
1 milisegundo (ms)
1 ms=0,001 s= 1·1Cr's
1 microsegundo (µs)
1 µs = 0,000001 s = 1·10"s
1 nanosegundo (ns)
1 ns= 0.000000001 s = 1·1~ s
1 picosegundo (ps)
1 ~s - O 00000000001 ,s 1 •10·» s
1 femtosegundo (fs)
1 fs = 0,000000000000001 s = 1·1015 s
1 attosegundo (as)
1 as= 0,000000000000000001 s = 1 ·10-18 s
Figura 1.1. Circunferencia
Valor que toman las razones trigonométricas en la circunferencia
+
+
+
+
+
+
1.4.5. La circunferencia
En la circunferencia hay que distinguir:
seno
a) Radio (r).
coseno
tangente
Figura 1.2. Valores (signos) del seno, coseno y tangente en los cuatro cuadrantes de la circunferencia
b) Diámetro (d). c) Longitud de la circunferencia (L). d) Superficie, área o sección (S).
Representación de las razones trigonométricas en la circunferencia
a) Diámetro (d): d= 2r
sen A
b) Longitud de la árcunferencia (L):
y
L=2nr
X
y' X
y
tg A
COSA
L= nd e) Superficie, área o sección (S):
s = r,;y2
10 • © Ediciones Paraninfo
s=
r,; (
.
1r
Jt
2'
= 0,785
s = 0,785
·d 2
seno. =y/r,coso. =xlr, tan a= y t x
© Ediciones Paraninfo • 11
Maremóticas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Morores trifásicos
(Viene de la p,igina ttnh~io-r) :(
Triángulo
coigA
(1
A= -
cotan u= cos u /seno; seca= 1 / cos: cosec a = 1 /sena
•b
a - altura.
2
b - base.
Rombo
Figura 1.3. Representación de las razones trigonométricas en la circunferencia
1.4.7. Empleo de la calculadora para efectuar cálculos
d •D
d - diagonal menor.
1\= - -
D ~ diagonal mayor.
2
La calculadora es una herramienta fundamental en los cálculos matemáticos de la mecánica y la física en general. Paralelogramo
Ejemplo de aplicación 1.3. a) E le~ar una cifra a 1ln exponente determinado. 25',.; = log 25 ·1,25 = antilog del producto obtenido (1,74.74259) = 55,90169 b) Extraer la raiz de una cifra. '·'ifífi = log 25:1,25 = antilog del producto obtenido (1,118352) = 13,132639
,__/___,Z]· 1
b
1
Trapecio •
1
,..._________.S]'
1.4.8. Cálculo de figuras geométricas La Tabla 1.17. recoge las principales figuras geométricas y las fónnulas para el cálculo de su superficie y el volumen, en las figuras con volumen.
a - ancho. b - largo.
b
a+b 2
a yb - lados. h - altura.
p · (l 2
p - pei1metro
1\= - - h
1
Polígono regular
Tabla 1.17. Figuras geométricas Figura geoméfrica
Área (superficie)
Datos de cálculo
A= - -
Volumen
u - apotema
Cuadrado
0 ]' 1
Círculo A=l·l
/ - lado. A= 0,185 • d'
1
Rectángulo
DJ· '
b
r - radio. d- diámetro.
Sector circular A=a · b
a - ancho.
b - largo.
1t'.. r 1 A= - - .,,.,
3M
r - radio.
n" - número de grados.
1
12 • ©Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 13
Matemóttcas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Motores trifásicos
(Viene de la página antt.~ior)
(Viene de la página at1terior)
Segmento circular
Cono n:•r3 •u"
A= - - -
l>•a
'.l<íO
2
r - radio.
n: ·/·h V= - -
g - generatriz..
,f- número de grados.
h - altura.
3
Corona circular Cilindro hueco
A= rr.(R' - r' )
Elipse
O - diámetro exterior. d - diámetro interior.
r - radio menor. k - radio mayor.
R- radio exterior r - radio interior L - longitúd.
l'=:n:· L (R' -r' )
A=n · a : b
D~ d
~d
P="· - 2A= " 4 •D ·d
m
p - perfmetro.
D - diagonal mayor. if- diagonaJ menor.
MAGNITUDES Y UNIDADES DE ELECTRICIDAD
Las magnitudes y urudades eléctricas son muchas, pero a lo largo de obra se emplea-
Cubo
rán casi siempre las mismas, dado que nos limitamos a aplicaciones prácticas de los motores y no a su tecnología de principios generales de funcionamiento. A= 6 11
/ - lado.
V=l · l·l=I'
1.5.1. Tabla con las principales magnitudes y unidades e léctricas Tabla 1.18. Magnitudes y unidades eléctricas Cilindro
{L 3 ,
Magnitud r - radio. ¡\
2" • r(r+ L)
íf- diámelro. t,- longitud.
V=tr. · r 'l· L
Esfera A= 4..11: · r 'l A=,r;· ,/2
' e
r - radio.
d - diámolro.
Toro esférico
'
.
R - radio mayor, r - radio menor.
') d
14 • © Ediciones Paraninfo
V=2,c·R·r z
Equivalencia o factor da
Unidad
Intensidad de com ente Potencial magnético
conversión
Amperio
A
1 A= 1 WN = 1 V/Q
Potencial eléctrico
u
Voltio
V
1 V= 1 W/A
Resistencia eléctrica
R
Ohmio
n
1 n = 1 V/A= 1/S
Conductancia
G
Siemens
s
1 S = 1/Q
Capacidad eléctrica
c
Faradio
F
1 F= 1CN =1A · sN
Cantidad de electricidad Carga
Q
Culombio
c
1 C= 1A · s
lnductividad
L
Henrio
H
1 H = 1 Vs/A
Inducción magnética
B
Tesla
T
1T= 1 Wb/m'
Intensidad de campo magnético
H
Amperio/metro
A/m
Flujo magnético
ip_
Weber
Wb
Frecuencia
f
Hercio
Hz
Potencia eléctrica
p
Vatio
w
1 Wb = 1 V· s = 10' (M)
1 W=1V· 1A
© Ed iciones Paraninfo • 15
Matemóttcas ap/Jcodas. Magnitudes y unidades
Motores trifásicos
(Viene de la página mzh.>rio-r) Magnitud
Símbolo
Unidad
Símbolo
Energía eléctrica (teórica)
E
Julio
J
Energía eléctrica (práctica)
E
Kilovatio-hora
kWh
Equivalencia o factor de conversión
1J=W·s 1 kWh = 1kW · 1 hora
b) Pequeñas medidas de espesores, diámetros agujeros, distancias, etc.: calibres o «pie de rey», micrómetros, comparadores, etc. c) Otras comprobaciones: niveles, plantilla~, reglas. Las mediciones a realizar en las tareas mecánica~ son de longitud, de espesores, de agujeros, de ángulos, de nivel, de alineación, etc. Para efectuar estas medidas se utilizan diversos instrumentos (Figura 1.4), tales como cintas métricas, flexómetros, calibres, micrómetros o escuadras.
1.5.2. Unidades de medida de potencia Aunque debemos adaptarnos al si~tema SI, como ya se ha indicado, quedan unidades de potencia como CV y HP que aparecen en cálculos y placas de características de motores. La Tabla 1.19. muestra la equivalencia entre la~ principales unidades de potencia Tabla 1.19. Unidades de potencia
w
kW
CV
HP
1,36
1,34
10..
1W 1 kW
10
1 CV
736
0.736
1
0,9865
1 HP
746
0,746
1,013
1
3
1.5.3. Factores de conversión Equivalencias entre unidades de peso, potencia, carga específica y fuerza:
a) Peso
Figura 1.4. Aparatos mecánicos de medida
1 kg p = 9,81 N "' 1 daN 1 N= 0,lkp
1.6.1. Calibre de medida El calibre de medida, calibrador o pie de rey es un aparato muy versátil como instrumento de medida de precisión, impresciJ1dible para mecánicos y electricistas. 1.-0s hay con nonio, con el que se podrán hacer mediciones con relativa preci~ión, como son:
b) Potencia
1 HP = 0,746 kW 1 k\.'V = 1,34 HP 1 CV = 0,736 k\,V 1 k\,V = 1,36 CV
e) Carga especificada
1 kp/mm =107N/m 1 N/m2 =107kp/mm2
d) Fuerza
1N=l kgm/s2
2
2
m
APARATOS DE MEDIDA MECÁNICA
El electromecánico utiliza diversos aparatos de medida de tipo mecánico, y entre los más utilizados están: a) Medida de la longitud. Se utilizan reglas, metros, flexómetros, cintas, etc. 16 • © Ediciones Paraninfo
a) Precisión con nonio de 9 mm dividido en 10 partes: precisión de 0,1 mm (1/10), 1 décima de mm. b) Precisión con nonio de 19 mm dividido en 20 partes: precisión de 0,05 mm (1/20), 5 centésimas (1/2 décima de mm). e) Precisión con nonio de 49 mm dividido en 50 partes: precisión de 0,02 mm (1/50), 2 centésima~ de mm. d) Calibrador con pantalla digital: en este tipo de instrumento se sustituye el nonio por un dispositivo electrónico, en el que aparece di.r ectamente en un displn.y el valor de la medida con varios decimales, es decir, con mucha precisión. El calibre permite realizar medidas interiores (agujeros) y exteriores (redondos y entrecaras) (Figuras 1.5 y 1.6). © Ediciones Paraninfo•
17
Matem6tic.os ap/icodas. Magnitudes y unidades
Motores trifásicos
Reglas, escuadras, transportadores, niveles, etc.
Para el montaje de motores se utilizan diversos útiles mecánicos de medida y comprobación, tales como reglas, escuadras, transportadores, rúveles, cintas de medida de longitud, teodolitos, galgas de espesores, llaves de apriete con indicación de par, e1c. Hay que posicionar y acoplar los motores y acoplamientos teniendo en cuenta su correcta nivelación y alineación, para lo que se requerirán algunas de las herramientas que se han citado arriba.
Figura 1.5. Calibrador o «pie de rey»
Ejemplo de medida del diámetro de un conductor para
"º
determinar diámetro. 81 calibre es de precisión y tiene pantalla digital. Cuanto más precisa sea la medida, más preciso será el resultado que se obténga en el cálculo.
Figura 1.6. Calibrador con la medida del diámetro de un conductor
Micrómetro o pálmer El rrúcrómetro es un aparato de precisión, que permite medir espesores y diámetros (Figura 1.7), Supongamos que en un rrúcrómetro, por cada vuelta, la pieza móvil avanza 4 mm, estando dividido el limbo (tambor) en 50 partes. En estas condiciones, cada división en avance o retroceso del tambor significa una apreciación de 1/50 = 0,2 mm (2 centésimas).
m
APARATOS DE MEDIDA ELlCTRICA
las instalaciones eléctricas que alimentan a los motores, necesitan algunas mediciones para conocer, por ejemplo: • Si la red eléctrica tiene tensión o cuáles son sus valores . • Si las tres fases del motor están equilibradas o consumen de forma irregular. • Si un conductor activo tiene contacto con la masa del motor o del armario eléctrico. Aqui se representan las tres mediciones fundamentales, pero hay otras muchas que pueden interesar en algunas circunstancias, tales como: • Existencia de continuidad en una fase o una bobina . • Conocer la resistencia óhmica de las bobinas. • Conocer el aislamiento de las bobinas respecto a tiena. • Conocer la temperatura del motor en un momento dado de sufuncionanúento. • Conocer la temperatura ambiente. Para cada caso, hay aparatos de medida apropiados que deberemos elegir en función del valor de las magrutudes a medir. A continuación se representan algunos de estos aparatos de medida (Figura 1.8):
Figura 1.7. Micrómetro
Es un aparato utilizado preferentemente para la medida del diámetro de conductores y del diámetro de eje de motores. La introducción de la electrónica en los apararos de medida ha facilitado la precisión directa de la medida, sin necesidad de realizar cálculos y estar sujetos a errores e imprecisiones. 18 • © Ediciones Paraninfo
Figura 1.8. Aparatos eléctricos de medida
Medida de la tensión
La tensión se mide con un voltímetro y se conecta de la forma que se indica en la Figura 1 .9 (b). © Ediciones Paraninfo •
19
Motores trifásicos
Medida de la intensidad I.a intensidad se mide con un amperímetro (Figura 1.9 (a)). Se pueden utilizar dos tipos de amperímetros: a) Amperímetro intercalado en la línea con la corriente a medir. b) Amperímetro de inducción de tipo pinza amperímétrica con el que se mide el valor de la corriente sin necesidad de intercalar el aparato de medida en el circuito. Solo es necesario abrazar con la pinza el conductor que hay que medir. Amperímetro
L1
CAPÍTULO
L2
L3
FÍSICA GENERAL APLICADA Electro pinza a) Medida da la Intensidad
b) Medida da la tensión
Figura 1.9. Medida de la intensidad y tensión en una línea eléctrica
Comprobar si la masa del motor está en contacto con un conductor activo En este caso, decimos que la masa del motor o la máquina accionada nos «da corriente». I.as masas metálicas de los motores se pondrán a tierra para evitar que w1a corriente de fuga pueda accidentar a las personas que entren en contacto con la masa o masas metálicas afectadas. En la Figura 1.10 se representa la forma de comprobar que la ma~a metálica del motor está bajo tensión.
2.1. Magnitudes y unidades del SI 2.2. Principales magnitudes y unidades utilizadas 2.3. Definiciones de las principales magnitudes y unidades 2.4. Fórmulas de cálculo aplicables a transmisiones mecánicas 2.5. Curva característica de par de giro y revoluciones 2.6. Fórmulas de fuerza
/
2.7. Fórmulas de potencia 2.8. Fórmulas eléctricas aplicadas
Figura 1.10. Comprobación de la puesta a masa de un conductor activo
20 •
© Ediciones Paraninfo
Físico general aplicado
Motores trifásicos
m
( Vierte de la página at1tcrior)
MAGNITUDES Y UNIDADES DEL SI
En este capítulo se hace un repaso de las magnitudes y unidades del sistema SI (Tabla 2.1), la mayoría de las cuales se utilizan a lo largo de esta obra. También conviene disponer de ellas cuando se realizan determinados cálculos que pueden ser complementarios a los de la aplicación directa de motores trifásicos. Tabla 2.1. Magnitudes y unidades del SI
Slmbolodela unidad
Magnitud
Equivalencia o factor de conversión
SI
Antiguo
SI
Longitud
I
L, s
m
1 km=1.000m
Superficie
A
F
m'
1 m'= 100dm'
Volumen
V
m'
1 m' = 1.000 dm'
Antiguo
1 dm"=1 I Ángulo
a, ji '{
1•
r,, ji '(
rad
grado(º)
o
2n rad = 3600
Magnitud
SI
Energía
E
Cantidad de calor
Q
a
Momento de una fuerza
M
MI
SI
A
Par de giro
Md
Momento de flexión
Mb
Potencia
Símbolo de la unidad
11 Antiguo
w w
Trabajo
p
11 Antiguo
J
Equivalencia o factor de conversión
kpm
9.81
kcal
4187 1J=1 Nm=1Ws
kpm
Nm
9,81 1 Nm = 1J
w
N
PS/CV
735,5
1 W = 1 J/s = 1 Nm/s Momento de inercia másica Viscosidad DIN
J
Kgm'
Kgms'
'l
Pa ·s
p
1 Pa = 1 Ns/m'
2
6
9,81 PD'=4J
'l
1 rad= 57,3°
Viscosidad cinemática
'(
V
m /s
St
1 St = 1 cm'is
1° = 0,01745 rad
Temperatura
T
t
K
•e
00 K = 273.15 ºC
•e
(iJ
1° =Jt/180 rad
~)
Slmbolo de la magnitud
·1· = 1°/60 1· = 1'/60 Tiempo
t
,:; z
s
s
1 min=60s
Lapso de tiempo
1 h= 60 min
Duración
1 d= 24 h 1 a= 365d
Frecuencia
(
Número de revoluáones
n
n
Hz
1/s
1 Hz= 1/s
1/rpm
r/m
Revoluciones por minuto Admisible: 1/s
Velocidad
V
u,w
mis
mis
Aceleración
8
g
mis'
mis'
Aceleración de gravedad
g
Velocidad angular
(J)
Q
rad/s
1/s
01 .::
Aceleración angular
(l
Ú)
rad/s'
1/s'
u= (i>/t
Masa
m
m
kg
kg
Densidad
p
d
kg/m'
kg/dm'
Fuerza
F
P. K
N
kp
Peso
G
22 • © Ediciones Paraninfo
m
PRINCIPALES MAGNITUDES Y UNIDADES UTILIZADAS
Magnitudes y unidades mecánicas y sus equivalencias, que resul tan necesarias en los cálculos de aplicación de los motores eléctricos. Tabla 2.2. Magnitudes y unidades utilizadas en el libro
Magnitud FUERZA
1 km/h= 1/3,6 mis
PAR 2.i,: rad • n
10' 1 N=1 kg mls'
VELOCIDAD ANGULAR
Unidad
Equivalencias
Newton
N
Oecanewton
daN
Kilopondio (kilo-fuerza)
kp
1 kp = 9,81 N
Newton metro
Nm
1 Nm = 0,102kpm
Decanewton metro
daNm
1 daN = 1,02 kpm
Kilopondio centímetro
kpcm
1 kpcm = 0,9806 daNcm
Kilopondio metro
kpm
1 kpm = 0,9806 daNm
Vueltas por minuto
min 81
1 min*1 =1 rpm
1 N = 0,102kp
1 daNm = 1,020 kp
1 kp = 0 .981 daN • 1 daN
© Edid on~s Paraninfo •
23
Flslco general aplicada
Motores trifásicos
(Vi,"1e de In ·página anterior) Magnitud POTENCIA
PRESIÓN
ENERGIA
m
2.4.1. Principales fórmulas aplicadas a la transmisión mecánica
Unidad Vatio
1 CV = 0 ,9806 daNm
Como se viene incticando, los cálculos conviene hacerlos aplicando el sistema SI, sin embargo, todavía podemos encontrar muchos cálculos que utilizan magnitudes y unidades del Sistema Técnico, por lo que en la Tabla 2.3 se recogen los dos sistemas. Tabla 2.4. Fórmulas aplicadas a fa transmisión mecánica
Equivalencias
w
1 kpm/s = 9,81 W
Pascal
Pa
1 Pa= 1 Nlm'
Bar
bar
1 bar= 1 k¡)lcm'
Julio
J
Kilovatio-hora
kW
Sistema SI
11 Comunes a ambos sistamas 11
Sistema Tácnlco
1J = 1W•1s
1. Tiempo de arrancada o de frenada, en función de una aceleración o deceleración, de un momento
1 kWh = 3.600.000 J
de arrancada o de-frenada. h o (s) M
/: -
DEFINICIONES DE LAS PRINCIPALES MAGNITUDES Y UNIDADES
V
1 = - (s)
a
Od1 ·n
/ - - - (<)
-
375·M
.
2. Velocidad en el movimiento rotatorio. n ·tl·n
Para la realización de los cálculos correspondientes a la aplicación d e motores se emplean diversas unidades que d ebemos conocer. La Tabla 2.2 recoge la definición de las principales magnitudes. Tabla 2.3. Definiciones de magnitudes y unidades utilizadas en el libro
Unidad
Definición
Newton
Fuerza que, al aplica~a a una masa de 1 kg, le imprime
v : - - (m/s)
60
v = CiJ • r ( mis)
v: _d·11 ( mis}
19,1 3. Velocidad angular.
60·v
v: - - ( rpm)
1 N = 1 kg · mis'
V
w" -,.
una aceleración en su misma dirección y sentido; igual a 1 m/s2 •
n·d
(rad/s) 19, J-,, •= - (rpm)
d
Vatio
Julio
Pascal
Potencia desarrollada por la energía de 1 julio en 1 segundo.
1W= 1J/s
Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando el punto de aplicación se desplaza una distancia de 1 m, en la dirección y sentido de la fuerza.
1 J=W · s
Presión o esfuerzo de 1 N de intensídad superficial aplicada a una superficie de 1 m,2.
1 Pa=1 Nl1 m'
1 W = 1 voltio x 1 amperio
V
a: - (mis') 1
5. Acelerac/6n o decel&r&cián angularen función de un tiempo de alrancacla o de frenada, de un momento de arrancada o frenada.
,,
a= !!!. (rndls')
Fuerza
Masa (m) por aceleración (a), en N.
F= kg · mis' (NJ
Par
Relación entre potencia y velocidad.
m =F· r (Nm
m
4. Aceleración o decelerac/6n en función de un tiemP.,O de alrancacla o de frenada.
,
a:
a: 9 ,55·1 a : ,'
M (rndl<') .1
(m
(radls')
Qd!
6. Espacio de ª"ancada o de frenada, en función de una aceleración o deceleración de una
FÓRMULAS DE CÁLCULO APLICABLES A TRANSMISIONES MECÁNICAS
velocidad final o inicial. (T't"
Las transmi
24 • © Ediciones Paraninfo
e: -
(m)
2 V•/
<= -
(m)
2
© Edldone,s Paraninfo •
25
Motores trifásicos
Flslco general aplicado
(Vi,>ne de la página ar1teri,,r)
(Viene de la página at1terior) Sistema SI
Comun• a ambos alatamaa
Sistema Técnico
Í,3. Trabajo: energía en el momento de translación y rotación.
1. Angulo de parada o frenada, en función de una aceleración o deceleración angular, de una velocidad an ular, final o inicial.
\? :
« . ,?
(J. • , ,
'I' = - - (rad)
- - (rad)
2
2
n .I
(1) • /
2
(rad)
IV= m ·v' (J) 2
IV= G·v' (kgftn)
, _ m·w ! 11 - (J)
W= GJ'l, ,i" (k fm) 7 .1 60 g
19.6
2
14. Potencia en el movimiento de translación y rotación. p = F •v (CV)
P=F ·,• (W)
B. Masa m
G
= wlidad de ,nasa (kg)
,s
P =M·
ni = -
P= M .,, (CV) 71 6
g
9. Peso (peso fuerza . G = unidad de peso (kgt)
G=m · g (N)
10. Fueru en el movimiento de translación vertical (elevación) horizontal e Inclinado. µ - Coeficiente de rozamiento;
-
2.4.2 Cálculo de la potencia absorbida y útil para motores eléctricos La Tabla 2.4 recoge las fórmulas para calcular la potencia absorbida y útil de motores trifásicos, motores de corriente continua y moto res monofásicos.
F=m ·g (N)
F = G (kgt)
F= ~· · G (kgl)
Tabla 2.5. Potencía absorbida y útil para motores eléclrícos
1. Potencia de un mo_tortrifásico de corriente alterna
F=G(µ · co.s q, +sen cp) (kgl)
P. =
,/3-u · l ·cos cp (V>')
11. Momento de inercia J, momento dinámico GrP debido a un movimiento de translación. (numéricamente .f=
m. v.-
J: - -
Gd'
a)
4 )
I' _
Potencia absorbida pot el motor
•1
,/3 •U · I · ooscp /):.V.') 1..000
P _ ./3·U · l·coscp (CV) ..i 736
Gtf = .c. 36'-'5_· G.c.·_.,,_• 11'
w'
p = ./3 ·U · I · co,cp·'fl (V,')
12. Momento torsor en función de una fuerza, de un momento dinámico o de inércia, de una potencia.
b} M= F ·r (Nm)
Potencia útil en el eje de un motor
F'·d
}A: - - (kgfm)
P,
2
= ,/3 . U, 1 • OOSif "11 (CV) 736
M= h u
.,
(Nm)
M= !_ (Nm)
26 •
© Ediciones Paraninfo
Gd:. ,, Mo - - (kgfm) 375·1 M= 1 1<>·P (kgfm)
"
/' ., = ...1 e}
Rendimiento de un motor
P.
P. - Potencia útil. P. - Potencia absoroida.
© Ediciones Paraninfo •
27
Físico general aplicado
Motores trifásicos
( Viene de la página mzh.>rio-r)
M
2.. Potencia para un motor de corriente continua P:1.,'· I (\V)
a)
Potencia absorbida P:
~ 1.0()()
(kW)
MA
P:U • [ • 1¡ (W)
b)
Potencia útil en el eje del motor
U · / · 11
P= -
-
(kW)
1.000
P=U • l •cos ~?
Potencia absorbida P=
(W )
U· /· cos (k\V) 1.000
P=l! · l · cos i¡, · 11 (W)
Potencia útil en el eje del motor
b)
MN
t
nN IJl, n
MB
3. Potencia para un motor monofásico
a)
ir
P= ú' • / •co~· 11 (kW)
1.000
m
CURVA CARACTERÍSTICA DE PAR DE GIRO Y REVOLUCIONES
El concepto de par es muy importante para la aplicación de los motores tanto en la parte inicial de su transmisión como en la parte final de la aplicación. En este apartado se presentan los diferentes momentos de par que encontramos en las aplicaciones de los motores y sus curvas representativas.
l
Figura 2.1. Curva de par
El par de arranque (M) corresponde al par de giro a motor parado, alimentado con tensión y frecuencia nominal El par mínimo (M.) corresponde al par de giro mínimo que transmite el motor alimentado con tensión y frecuencia nominal, entre el estado de reposo y las revoluciones máximas. El par máximo (MK) corresponde al par de giro máximo que transmite el motor alimentado con tensión y frecuencia nominal, entre las revoluciones máximas y las nominales. El par de frenado (M.) corresponde al momento máximo que puede oponerse a un par de giro exterior que actúe sobre el extremo libre del eje, frenado firmemente a través del disco o anillo de freno. Puede ser: par de frenado estático o par de frenado dinámico. El momento o par nominal (M,) corresponde al suministrado por el motor trabajando a sus valores nominales.
2.5.1. Conceptos de par eléctricos
•'1.v= 9.550 · P, (Nm) IIN
Par es la capacidad que tiene el motor para producir un trabajo. El par motor es la fuerza capaz de desarrollar un motor en cada vuelta o revolución. El par resistente corresponde a la resistencia que debe vencer el motor. El par nominal corresponde al par cedido por el motor en condiciones nominales de funcionamiento. La potencia es la cantidad de ·trabajo desarrollado por el motor por unidad de tiempo. Resulta muy importante conocer las curvas de par (Figura 2.1) demandadas por una máquina o que puede suministrar un motor para realizar correctamente su elección. 28 •
© Ediciones Paraninfo
P,, - potencia , en kW. 11,,-Revoluciones nominales, en rpm.
Fórmulas para calcular el momento o par torsor (M) M, = 7 J6.2 P. (kgm)
" M,
= 97~,· P,
(kgm)
© Edid on~s Paraninfo •
29
Motores trifásicos
Físico general aplicado
Fd-
Fuerza, en newton (N). Diámetro de giro, en metros (m). Gtfl - Momento torsor, en kgf/m'. n - Velocidad de rotación, en revoluciones por minuto (rpm). tTiempo, en segundos (s). P - Potencia, en kilovatios (CV).
M, = 702,59 · P, (daNm) •
11
955 = . P, 2
M
(daNm)
ll,
M= 7.162·P,(Nm) J
,,
= 9.550 · P.
M J
(Nm)
m
FÓRMULAS DE FUERZA
11
En movimiento de tra~lación vertical (elevación), horizontal o en plano inclinado.
P1 - Potencia, en CV. P2 - Potencia, en kW. n - Revoluciones nominales, en rpm.
Sin frotamiento
F=m ·g (N) Con frotamiento
2.5.2. Otras fórmu la de par
F= wm·g (N)
Sistema métrico M= F ·r (Nm) J ·w
M= -
1
Con frotamiento e inclinación F= m·g(µ·cos <¡> +sen <,0) (N)
(Nm) F-
p M= - (Nm)
m~, -
ro
F - Fuerza, en newton (N). r - Radio de giro en metros (m). J- Momento torsor, kgm'. ro - Velocidad angular en radianes por segundo (rad/ s). t - Tiempo, en segundos (s). P - Potencia, en kilovatios (kW).
Sistema técn:ico F·d 2
M = - - (kgfm)
M= 716 P (k fm)
30 • © Ediciones Paraninfo
m
FÓRMULAS DE POTENCIA
A continuación se presentan las fórmulas de potencia en los sistemas métrico SI y técnico. Sistema métrico
P=F ·v (W)
M = Gd~ · 11 (kgfm) 37:, · ,
11
q, -
Fuerza, en newton (N). Masa, en kg. Coeficiente de rozamiento. Ángulo de inclinación.
g
P=M ·co (W)
P- Potencia, en vatios (W). F · Fuerza, en N. v · Velocidad, en m/s. M · Momento de torsión, en Nm. co · Velocidad angular, en rad/ s. © Edid on~s Paraninfo •
31
Físico general aplicado
Motores trifásicos
En un circuito inductivo
Sistema técnico P=
F·v
75
(CV)
•
Potencia activa P=U· l·
P=
•
M·n
716
COS >
(VA)
Potencia reactiva P,=U·l·sen
(CV)
•
Potencia aparente
Otras fómmlas de potencia
P,= U· I
(VA)
M·n
p = 9.550 (kW)
Po/,encia activa en circuito resistivo (no inductivo)
M - Par, en Nm. n - Velocidad, en rpm.
m
Cálculo de 1a potencia en un circuito trifásico de corriente alterna (CA)
P=.J3·U·l (W)
FÓRMULAS EL~CTRICAS APLICADAS
p = .J3·U·f (kW) 1
Normalmente, se aplican fórmulas de potencia activa, sin embargo, hay otras dos potencias (reactiva y aparente) que tienen aplicación en diversos cálculos. También
1.000
Po/,encia activa en circuito inductivo (P)
P = .f5 · U· I · cos q> (W)
se presentan las fórmulas correspondientes al cálculo de la energía consumida por los motores.
2.8.1 Cálculo de la potencia
p = .J3·U·l·COS1f> (kW) 1
Las fórmulas para el cálculo de la potencia dependerán del tipo de circuito de que se trate (CC, monofásico o trifásico), asimismo, de si se trata de potencia activa, reactiva o aparente.
1.000
Potencia reactiva (P,.)
Cálculo de la potencia en un circuito de corriente continua (CC)
P, = Í3 · U · 1 · sen<,I)
(VAr)
P=U·l (W)
U·l
P=-1.000
Cálculo de la potencia en un circuito monofásico de corriente alterna (CA)
En un circuito resistivo (no inductivo) P=U·I (W)
U·/ P= - - (kW) 1.000
32 •
© Ediciones Paraninfo
p = .J3 ·U · l ·senq> (kVAr) ,, ., .000
(kW)
Po/,encia aparente (P) P, = .J3· U· l (VA)
.J3·U · l
P,, = l .OOO
(kVAr)
© Ediciones Paraninfo•
33
Motores trifásicos
Físico general aplicado
2.8.2 Cálculo de la energía U·I J .000
= - - · h (kVAh)
Los motores consumen energía eléctrica. Los motores trif.ásicos consumen tres clases de energía (activa, reactiva y aparente). La energía consumida depende de la potencia y del tiempo que el motor est;í conectado. Las energía~ que se pagan a la empreS<> suministradora de energía eléctrica son la energía activa y la energía reactiva. Los motores con poca carga consumen más potencia reactiva.
2.8.3 Cálculo de la energía consumida en un circuito trifásico de corriente alterna
Cálculo de la energía en un circuito de corriente continua (CC)
Se presentan las tres formas de energía, atendiendo a si el circuito es resistivo (sólo energía activa) o inductivo (energía activa, reactiva y aparente).
(Potencia (P) · tiempo (h)
E= P · t
E = (U· /)h E = 1
U .l h 1.000
E
Energía activa en circuito resistivo (no inductivo)
(Wh)
E=(fj·U·/)h
(kWh)
(kWb)
Energía en un circuito inductivo
En un circuito resistivo (no inductivo) (Potencia (P) · tiempo (h) E=(U·T)h
Energía activa (E) E=( Í3 ·U ·!· cos c¡,) h (Wh)
(Wh)
E = U . I h (kWh) 1 1.000
b) En un circuito inductivo •
(Wh)
f3 ·V ·I ---h E= 1 1.000
Cálculo de la energía en un circuito monofásico de corriente alterna (CA)
E= P · t
•
E1
fj ' U
__
' f • COSC/J h
(kWh)
1 .000
Energía reactiva (E)
Energía activa (E)
E,= ( E = (U· l · cos
(VArh)
l3 ·V ·I ·sen
(kVArh)
(Wh) E,, =
U ·/ ·cos cp E, =
.fi · U · l · sen <¡,) h
h
(kWh)
Energía aparente (E) •
Energía reactiva (E.J. E =(
E, = (U· I ·sen <¡>) h
E,,
•
= U ·1 ·sencp l.OOO
h
fj · U · /) h (VAh)
(VArh)
'
(kVArh)
l3 ·U·I E. = - - - · h (kVAh) " 1.000
Energía aparente (E,). E, = (U· 1) h
34 • © Ediciones Paraninfo
(\/Ah) © Edidon~s Paraninfo •
35
Motores trifásicos
Flslco general aplicado
Ejemplo de cálculo 2.1
Sin éonocer la tensión, intensidad y otros datos, podemos calcular la potencia y energía .reactiva a partir de la potencia absorbida por el motor (40 kW).
Determinar la energía diaria consumida por un motor trifásico que absorbe 4.0 kW de la red eléctrica, si trabaja durante 16 horas diarias, y su fac tor de potencia es de cos
40kW - ./3 · U ·f· cos 4J J.000
0,8M. El motor con.~ume dos tipos de potencia y por tanto de energía, que son:
•
Potencia activa (P) y energía activa (E).
•
Potencia reactiva (P,) y energía reactiva (E,).
•
Energía activa (E).
h·CJ · T 40 Considerdlldo: -'---- =x ·1 40 kW =x · CM• /1 (k\'Ah) r ' 1.000
E,=x · sen (f) ·lr= 46, 189376 · Q,5· 16=369,515 kVArh
E = 40 · 16 = 640 kVih (1)
Nota. Cuanto mayor sea el factor de potencia (cos q,) o menor el ángulo de desfase
(1) Suponiendo que la potencia solicitada por la máquina sea el 100%. Las fórmulas de cálculo, son: a)
No hay que tener los motores trabajando en vado, porque se reduce el factor de potencia y se hace mayor el consumo de energía reactiva.
Para potencia y energía activa. P=
(
..f3 .¡¡ f·cos
Se puede reducir el ángulo de desfase, colocando al equipo de arranque del motor condensadores o al conjunto de la instalación.
1.000
2.8.4 Cálculo de la cantidad de calor generado por energla eléctrica ,J?,·U · f·cos f{J E= - - - -~ · h (kWh) 1.000
b)
Cantidad de calor (Q)
Para potencia y energía reaL'tiva.
Q=m ·0 ·a
- ./3 . u . f . """
Cantidad de calor eléctrico
Q = 0,24 · P · t (cal) E = ,J?,·U · !· '!l
•
,lngufo de desfase (
Equivalencias 1 kvVh = 1.000 w ·3.600 s (1 h) = 3.600.000 J 1 k\"lh = 0,24. ·3.600.000 = 860.000 cal = 860 Kcal
sen 30" = 0,5
•
Energía reactiva (f.).
36 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
37
CAPÍTULO
INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DEL MOVIMIENTO
3.1. Breve reseña histórica 3.2. Introducción a los motores eléctricos 3.3. Principales tipos de motores eléctricos 3.4. Principio de funcionamiento de los motores eléctricos 3.5. Energías y sus formas 3.6. Importancia del movimiento 3.7. Dispositivos y máquinas que generan movimiento 3.8. Dispositivos complementarios utilizados en el movimiento
Motores trifásicos
m
BREVE RESEf;íA HISTÓRICA
El contenido de esta obra gira en torno a los motores trifásicos y sus aplicaciones; sin embargo, es interesante conocer el desarrollo y la evolución que ha tenido la motorización a lo largo de los últimos dos siglos, y especialmente desde el momento en que se ha podido contar con la energía eléctrica, sobre todo, con la corriente alterna (CA). La Figura 3.1 muestra uno de los primeros motores que aplicaron la energía eléctrica.
Introducción a la mecánica del movimiento
m
INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES EL~CTRICOS
Los motores eléctricos suponen una de las principales aplicaciones de la energía eléctrica. Los motores son el corazón de las máquinas y aparatos en general; lo mueven todo, empeza ndo en nuestra propia casa; nos suben a nuestro pL~o (ascensores), elevan el agua a nuestras viviendas (bombas de agua), sacan el humo de nuestro garaje, mueven el tambor de la lavadora, del frigorífico, el DVD, el plato del microondas, etc. A nivel de la industria y los servicios, los motores en sus diferentes formas, modelos y tamaños están en todas las máquinas, aparatos e instalaciones. Los motores trifásicos con rotor en cortocircuito supusieron, desde su invención, un procedimiento muy versátil y sencillo de aplicar y alimentar eléctricamente. Además, su mantenimiento era m uy reducido y en la actualidad casi nulo. La obra estudia un solo tipo de motor eléctrico, el más utilizado, que es el motor trifásico de i nducción con rotor en cortocircuito y que también tiene una versión con rotor bobinado.
m
PRINCIPALES TIPOS DE MOTORES EL~CTRICOS
Figura 3.1 Motor eléctrico en una publicación francesa, que recogía los avances tecnológicos pre.sentados en la Exposición Universal de París de 1867
En 1832, Michael Faraday (1791-1867) - Figura 3.2- presentó u n prototipo de motor constituido por un disco de cobre que giraba bajo la influencia de los polos de u n imán en forma de herradura. Muchos fueron los científicos que investigaron sobre los motores eléctricos, como Herman de Jacobi, que construyó en 1834 un prototipo de motor de corriente continua. Otros nombres que van unidos a los primeros motores de corriente continua son: Henry, Robert Davison, Froment y otros. Por ejemplo, en 1837, Davenport (EEUU) inventó el motor de corriente continua; en 1887, Tesla (Serbia/EEUU), el motor de inducción y en 1890, Tesla desarrolló el motor de corriente alterna. Nota: la aplicación del motor eléch·ico a finales del siglo XIX fue u na verdadera re-
volución tecnológica aplicada a la mecánica del movimiento.
Los primeros motores fueron de corriente continua A finales del siglo xrx se inventaron los motores de inducción y con ellos llegaron los motores trifásicos, que sigiú.ficaron una verdadera revolución tecnológica e industrial. En este apartado se hace un repaso al inicio de la tecnología de los motores eléctricos y a los tipos de motores que se encuentran en el mercado.
m
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES EL~CTRICOS
Fue Michael Faraday, como se ha dicho, el primer investigador que dio con la posibilidad de generar movimiento a partir de una corriente eléctrica, por efecto de la reacción magnética entre dos campos opuestos. En 1831, Joseph Henry explicó el fenómeno de la inducción, construyendo un tipo de generador eléctrico que era movido por u n motor, también eléctrico. Tanto sus descubrimientos como sus ensayos pasaron inadvertidos. Poco después, Michael Faraday, en 1832, presentó ru,te el Royal lnstítute un prototipo de motor constituido por un disco de cobre que giraba entre los polos de un imán (en forma de herradu ra). El disco estaba alimentado por una corriente que se alimentaba a través de una escobiUa. Éste fue el inicio real de los motores eléctricos y de la transformación de la energía eléctrica en energía mecánica El primer motor fue de corriente continua (CC).
Figura 3.2 Michael Faraday, científico e inventor 40 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 41
Motores trifásicos
Introducción a la mecánica del movimiento
Tipos de motores eléctricos
Muchos son los tipos de motores utilizados en sus diversas aplicaciones, tanto alimentados por corriente alterna (CA) o por corriente continua (CC). Cada tipo de motor tiene unas determinadas prestaciones que lo hacen más adecuado a la forma de servicio para el que se le solicita De ahi, su diversidad tecnológica y variantes constructivas. Atendiendo a la corriente, los motores pueden ser: • Motores de corriente alterna. • Motores de corriente continua: 0 Monofásicos o Trifásicos. • Motores especiales. La Tabla 3.1 recoge los principales tipos de motores.
Figura 3.4 Motores trifásicos de corriente alterna
Tabla 3.1 Tipos de motores
oto Motor de excitación independiente Corriente continua (CC)
ce
Motor de excitación serie Motor de excitación derivación (shunt) Motor de excitación compuesta (compound)
Corriente alterna (CA)
Corriente alterna (CA) CA/CC
Monofásica
Trifásica
ce
De espira en cortocircuito De fase partida
Motor universal • Con bobinado auxiliar de arranque Motor asíncrono con rotor en cortocircuito Motor asíncrono con rotor bobinado Motor paso a paso Motor broshless (sin escobillas)
Presentación de motores eléctricos
Los motores eléctricos se ajustan a normas constructivas, pero pueden presentar diferentes fomuis exteriores. Cada aplicación elegirá el motor que mejor se ajuste a los elementos mecánicos y al espacio físico dL~ponible, y también, a sus prestaciones (Figuras 3.3 a 3.5).
Figura 3.5 Motores monofásicos de corriente alterna
m
ENERGÍAS VSUS FORMAS
La energía es la capacidad que tiene un cuerpo para producir o desarrollar UJ1 trabajo. La energía tiene varias manifestaciones, que se muestran en dos fonnas: • Energía potencial. • Energía cinética (dinámica).
3.S.1. Energía potencial No tiene manifestación de movimiento, pero tiene la capacidad de desarrollarlo. Ejemplos de energía potencial son: una persona parada, un pantano que contiene una masa de agua, un muelle comprimido, etc.
3.S.2. Energía cinética
Figura 3.3 Motores de corriente continua 42 • © Ediciones Paraninfo
Corresponde a la energía desarrollada por un cuerpo en movimiento, y se mide por el trabajo desarrollado, que corresponde a la masa del cuerpo en movimiento por su velocidad (Figura 3.6). © Ediciones Paraninfo• 43
Motores trifásicos
Ejemplos de energía cinética son: un motor de combus tión en funcionamiento, un motor eléctrico accionado por corriente eléctrica, una turbina accionada por el emp u je del agua, o del vapor, etc. 3.5.3. Energfa contenida en la materia I.a materia contiene energía, que puede tener diferentes formas de recuperación, como es el caso del carbón, el petróleo, el gas natural, la madera, el uranio, etc. 3.5.4. Principio de conservación de la energía I.a energía 1ú se crea ni se destruye, solamente se transforma
Introducción a la mecánica del movimiento
Existen otros tipos de motores aplicados fundamentalmente en el transporte, la aviación, la navegación, etc.
m
DISPOSITIVOS Y MÁQUINAS QUE GENERAN MOVIMIENTO
Los motores son sistemas con los que se proporciona movimiento. El movimiento actualmente está proporcionado por: • Motores eléctricos. • Motores de ga~olina y diésel. • Motores de calor. • Cilindros newnáticos. • Cilindros hidráulicos. • Turbina~ de gas. • Turbinas de vapor. • lnstalaciones hidráulicas (saltos de agua). Las Figuras 3.7 a 3.9 muestran diversos sistemas de producir movimiento, bien sea lineal o rotativo. En el caso del tractor para obras públicas, está equipado con un motor de gasoil y bomba hidráulica con la que alimenta a los cilindros hidráulicos que producen movinúento lineal.
Figura 3.6 Eje accionado por agua (rueda con álabes) en una forja romana en Asturias
m
IMPORTANCIA DEL MOVIMIENTO Figura 3.7 Cilindros neumáticos. Movimiento lineal
El movimiento es necesario para la realización de muchas maniobras mecánicas aplicadas a muchas máqu inas, aparatos y procesos de fabricación, así como en pequeños aparatos y electrodomésticos. Los movimientos son rotativos o lineales. Los motores realizan movimientos de rotación que pueden transfonnarse en otras formas de movimiento. El movinúento se aplica en un ascensor, una lavadora, una bomba de elevación de agua, una banda transportadora, una amasadora, un ventilador, un taladro, una máquina herramienta, un giractiscos, un vídeo, una fotocopiadora, una locomotora, un coche, u n escáner, etc. I.a aplicación de movimiento es imprescindible tanto en la industria, como en los servicios, el hogar, la agricultura, etc.
Figura 3.8 Motores de gasolina y gasoil. Movimiento de rotación
El principal elemento generador de movinúento en la industria, los servicios, el sector terciario y el hogar, es el motor eléctrico. 44 • © Ediciones Paraninfo
© Edicione!> Paraninfo • 4 5
Motores trifásicos
Figura 3.9 Motores eléctricos en tranvías y trolebuses
m
Introducción a la mecánica del movimiento
Figura 3.11 Motor de salida con regulador y transmisión por correa
DISPOSITIVOS COMPLEMENTARIOS UTILIZADOS EN El MOVIMIENTO
Para transmitir el movimiento que proporciona el motor eléctrico a las máquinas y aparatos, en general, son necesarios dispositivos mecánicos como son los que se citan a continuación:
• • • • • • • •
Reductores de velocidad (Figura 3.10). Multiplicadores de velocidad. Variadores de velocidad . Reguladores (Figura 3.11). Acoplamientos . Poleas. Engranajes Limitadores de par (Figura 3.12), embragues, etc.
Figura 3.12 Acoplamiento y regulador de par
En el CapítuJo 11 se desarrollan los procedimientos de transmisión de movimiento.
Nota: los motores eléctricos, salvo que estén pilotados por un vaciador de frecuencia, proporcionan una velocidad fija, que no siempre se corresponde con la necesidad de la aplicación, por lo que habrá que adaptarla utilizando alguno de los dispositivos que se relacionan arriba.
Figura 3.10 Motorreductores con salida a eje y eje hueco
46 • © Ediciones Parani nfo
© Ediciones Paraninfo• 47
CAPÍTULO
MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
4.1. Motores trifásicos con rotor en cortocircuito 4.2. Placa de características 4.3. Presentación comercial de motores trifásicos 4.4. Normas sobre motores 4.5. Características mecánicas del motor
Motores trifásicos
m
MOTORES TRIFÁSICOS CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO
Esta obra estudia los motores trifásicos con rotor en cortocircuito que fueron ideados por Nikola Tesla a finales del siglo XIX y que después de más de un siglo siguen siendo el motor real de la industria y de muchas aplicaciones.
Motores el~ctricos trifásicos
h) Ventilación. El motor puede incorporar un aspa para forzar su autorrefrigeración. i) Freno. El motor, curu1do la aplicación así lo requiera, podrá incorporar freno.
4.1.1. Principio de funcionamiento. Creación de un campo de giro Se trata de motores muy simples, tanto en su parte electromagnética como en su construcción mecánica. Tienen casi nulo mantenimiento y su arranque es sencillo, razón por la cual, más del 80% de los motores empleados en la industria, servicios y sector terciario, son de este tipo, que también admiten la variación de velocidad. Los motores asíncronos trifásicos constan básicamente de (Figura 4.1): a) Carcasa o caja envolvente, que cumple varias fw1ciones, como son: • Recoger en su interior el circuito magnético estático con su bobinado, el rotor con su eje y los rodamientos. • Realizar funciones de enfriado dispersando a través de la superficie de sus nervios el calor irradiado por el motor. • Asegurar la estanqueidad al recipiente interior para así proteger el bobinado. b) Circuito magnético, constituido por una agrupación de chapas magnéticas
que están sujetas a la carcasa del motor. El circuito magnético (tubo), en su diámetro menor, tiene ranuras abiertas que alojan las bobinas. e) Bobi11ado estatórico o fijo, que se aloja en las ranuras del circuito magnético. El bobinado constituye la parte inductora del motor. d) Rotor o parte giratoria del motor, que consta de un circuito magnético a base de chapas magnéticas (cilindro), en cuyo centro se aloja el eje. Dentro del circuito magnético se alojan unos conductores (barras) conectados a los ext remos por unas tapas de w1a aleación especial de aluminio. Al conjunto se denomina ja1lla de wdílla y las barras están en cortocircuito. Las secciones de las barras que conforman la «jaula» de los rotores son muy diferentes unas de otras, dependiendo del tamaño del motor, clase y tipo de fabricación. e) Tapas (2) de cierre de la carcasa Ambas tapas tienen alojamiento para rodamientos en los que se apoya el eje del rotor. f) Caja. de conexiones, donde llegan los principios y finales de los bobinados que se alojan en la caja de conexiones. También en esta caja se realizan la~ conexiones de la red de alimentación externa al motor. g) Forma. de fijación o ru1claje del motor. Son dos las formas principales: • Abrida. • A patas.
SO • © Ediciones Paraninfo
Figura 4.1 Elementos mecánicos de un motor al que falta el bobinado
4.1.2. Elementos principales de un motor trifásico con rotor en cortocircuito En las Figw·as 4.2 y 4.3 se muestra una representación de los esquemas de un motor con los elementos principales que lo constituyen:
8
5
Figura 4.3 Motor trifásico con e!ectrofreno
Figura 4.2 Motor trifásico
Leyenda 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Eje del motor Circuito magnético estatórico Circuito magnético retórico Carcasa o envoivente del motor Bobinado estatórico Ventilador Rodamiento Caja con bornero de conexión
Leyenda 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Bobina del freno Armadura que es empujada por el electroimán Ferodo de frenado Disco accionado por el eje del motor Resorte Caja de conexiones
© Ediciones Paraninfo• 51
Motores trifásicos
4.1.3. Observaciones El circuito magnético dinámico (rotor) está constituido por chapas magnéticas de sección circular con agujeros periféricos que se rellenan con aluminio inyectado o centrifugado, y que están unidos en ambos extremos por tapas del m.ismo material, constituyendo lo que se denomina como rotor en «jaula de ardilla» o simplemente «jaula», o también, rotor en cortocircuito, al ser la resistencia muy pequeña El conjunto jaula es el circuito eléctrico del rotor (bobinado secundario). No tiene conexión con la red exterior. El rotor, con su eje solidario, es el elemento que sum.inistra al exterior del motor la energía eléctrica absorbida y transformada en energía mecánica. Hay motores en los que la jaula se sustituye por un bobinado. A estos motores se les designa como motores de rotor bobinado. El circuito eléctrico estatórico primario del motor está constituido por grupos de bobinas con las que se forman las tres fases del motor y los polos, que dan lugar a una mayor o menor velocidad del rotor. El funcionam.iento del motor asíncrono de inducción, como es el caso del motor trifásico, se fundamenta en la acción ejercida por un flu jo giratorio que se genera en el bobinado rotórico, como consecuencia del campo magnético creado por el bobinado estatórico primario. El bobinado trifásico (circu ito eléctrico estatórico o primario) tiene diferentes posibilidades de construcción (concéntrico, imbricado, imbricado fraccionario, realizados por polos o por polos consecuentes, etc.), con lo que se consiguen diferentes polaridades. Del número de polos del motor dependerá la velocidad de giro del rotor.
Motores eléctricos trlfáslros
• • • •
• •
• • • •
• •
Motor alimentado por corriente alterna. Conectado a red trifásica Se trata de motores asíncronos. Proporcionan velocidad inferior a la que corresponde a la velocidad de sincronismo, debido al deslizamiento qu.e tienen estos motores. Estos motores proporcionan los valores recogidos en la placa de características cuando funcionan con sus valores nominales de tensión, intensidad, frecuencia y velocidad. Tienen un bobinado estatórico constituido por tres grupos de bobinas. Mediante la forma constructiva del bobinado se consigue constituir w1 detem1inado número de polos en el motor. La velocidad proporcionada por el motor depende de su número de polos. A más polos, menos velocidad. Su rotor es del tipo denominado ,~aula de ardilla» o de rotor en cortocircuito. Existen varios tipos o clases de rotores, como son la jaula de ardilla, la doble jaula de ardilla, de rmmras profundas y otros. lll rotor tiene conductores (barras) que están cortocircuitados por dos discos situados a ambos lados del rotor. Los conductores tienen un determinado ángulo respecto al eje del rotor, con lo que se favorece el arranque. Hay motores trifásicos asíncronos con rotor bobinado, que terminan su bobinado en un colector con anillos rozantes, al que se conectan las resistencias exteriores durante el periodo de arranque.
4.1.5 Representación del bobinado estatórico de un motor trifásico Ejemplo de aplicación 4.1
4.1.4. Características eléctricas principales de los motores trifásicos
Bobinado concéntrico para un motor de 36 ranuras (Figura 4.5).
x----~><><:>-::::
Las características de los motores trifásicos con rotor en cortocircuito (Figura 4.4), y que son objeto de esta obra, son las siguientes: 1 1 11 l
z.
J
r,
11 6
r a
11 11
LL----
1
1 1
u
bz
1
1
6 V
X
w
y
F'igura 4.5 Esquema del bobinado de un motor trifásico Figura 4.4 Corte de un motor trifásico asíncrono donde se aprecian sus elementos principales
52 •
© Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
53
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfáslros
Datos ident.ificalivos del b
K = 36
Nº de polos
2p =2
Nº de pares de polos
4.1.7. Conexión de los motores trifásicos en función de su tensión
,.
G =6 K =6
p=l
Nº de grupos del bobinado Nº de ranuras por polo y fase Nº de bobinas por grupo
N" de fases
q =3
Pa.~o de principios
Y120 =12
Velocidad sincrónica Bobinado imbricado ,..,atizado «por polos»
n, = 3.000 rpm
,.
U=3
La Tabla 4.1 muestra los tipos de ranuras que se pueden tomar como principios de fase. Tabla 4.1 Ranuras que se pueden tomar como princ ipios de fase
u
V
w
1
13 y 31
25
X 19
Se toman como principios de fase: U (>!' l
La conexión de u n motor depende de sus características, que como se indica en el apartado al)terior, y vienen reflejadas en la placa de características. A partir de los valores de tensión o tensiones (U) señalados en su placa y de la tensión que dispongamos en la red, se determinará la forma de conexión. Es muy importante que el electricista sepa hacer la lectura de la placa y así elegir la forma de conexión que corresponda para cada caso. A continuación, se muestran unos ejemplos de tensiones leídas en la placa de características y conexión a realizar: a) Motor bitensión 230/400 V, con red de 400 V La primera de las dos tensiones (siempre menor que la segunda}, corresponde a la tensión de trabajo del bobinado del motor. Así tendremos lo siguiente: El bobinado del motor trabaja a 230 V. Para que con red de 400 V el bobinado del motor pueda alimentarse a 230 V, los bornes del bobinado del motor habrá que conectarlos en estrella (Y).
z 7
l1
V 0 13
W ® 25
Es un motor muy simple, que no necesita mantenimiento y además, tiene la posibilidad de proporcionar velocidad variable si se controla con un variador de frecuencia electrónico. Sus características principales se muestran en la Tabla 4.2. Tabla 4.2 Características principales a tener en cuenta en un motor trifásico Ejemplo de valores
a) Principales características del motor (1
&P-licados a un motor
p
u I f
b) Características secundarias • Grado de protección • Aislamiento • Año de fabricación
U, : 400V
u,[
10kW 230/400 V (bitensión) (1) 57,37/33A 50 Hz 0,866 0,875
U= 13=:=230V
'
z
u
4.1.6. Características principales
Potencia Tensión o tensiones Intensidad o intensidades Frecuencia Factor de potencia Rendimiento
l3
V
Nota: la formación de los polos es cambiante en las ranuras del motor, y depende del sentido de la corriente trifásica (cambiante de forma senoidal) de cada una de las tres fases que alimentan el bobinado del motor trifásico.
• • • • • •
L2 ~
U,: 230 V UL - Tensión de la línea; U, - Tensión de fase.
w
Figura 4.6 Conexión estrella
Nota: este motor no se podrá arrancar en conexión estrella-triángulo. b} Motor bitensión 400/690 V, con tensión de red de 400 V El bobinado del motor trabaja a 400 V. Para que con red de 400 V el bobinado del motor pueda alimentarse a 400 V. Habrá que conectar los bornes del motor en triángulo (ó}. L1
L2
l3
U: 400V U,= U=400V
Ejem11Jo de valores a11licados a un motor IP
U,: 400V
55 F 2007
UZ
Y•N
Figura 4.7 Conexión tr iángulo
{l) Los datos proporcionados por la placa de caracteñsticas correspondenaJ motor cu ando trabaja a plena carga. 54 • © Ediciones Paraninfo
Nota: este motor podrá an-ancarse en conexión estrella-triángulo. © Ediciones Paraninfo • 55
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trlfáslros
En la conexión Y-t,., la primera tensión que se suministra al bobinado del motor será de 2.30 V (conexión-Y), para, a continuación, pasar a 400 V (conexión-!,.). La formación de la conexión estrella y triángulo en las fases del bobinado de un motor mediru1te contactores se muestra en la Figura 4.8.
4.1.8. Tipos de motores
La designación de la forma constructiva de los motores según la norma DJN atiende al tipo de servicio, si tiene freno, si es de polos conmutables, etc. La Tabla 4.3 recoge la designación de este tipo de motores. Tab la 4.3 Tipos de motores
KM2
JH=m -' _ \ KMI \ •
.l
KM2
r! -u,,v "wl >-·
1
! !
i
~
1
L.
z1 ~
m
] ] J
_\ KM1 - - ~ KM31 _\ _\
u:>vi ,w¡
)
X y
)
Motores construidos según la norma DIN 426730-VDE 0530 Todos los motores construidos según normas pueden ser sustituidos por otros de diferente marca, incluso de diferente nacionalidad
Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo
Motores de servicio intermitente Motores de polos conmutables Motores de varias tensiones Motores preparados para atmósferas especiales Motores freno
DNI DNP DNT eDN DNB
4.1.9. Aplicación de los motores
::,
1
1
¡ ' X' y
j-'J j
Tipo DN
Los motores, como venimos insistiendo, lo mueven todo, tanto en la ü1dustria como en los servicios y las aplicaciones terciarias. Encontramos motores en todo aquello en que hay movimiento rotativo, y que en muchos casos, se transforma en movimiento linea l.
i i.
zJ
A continuación, se muestran varios ejemplos de tipos de movüniento de motores. a) Ejemplos de m ovimiento rotativo: elevación de un montacargas, un ascen-
sor, w1a lavadora, una hormigonera, rodillos mezcladores, giradiscos, etc. (conexión Y)
(conexión 6).
U,= 230 V
U,= 400V
Entran los contactores KM 1 + KM2.
Entran los contactores KM2 + KM3.
Figura 4.8 Representación de las dos posibles formas de conexión del bobinado del motor
r
0)
0
®'
@
0
0
Nota: para la conexión estrella-
triángulo el bornero estará libre de las tres pletinas con las que se realiza la conexión estrella (Y) o triángulo (ó.).
a) Ventilador
~ ((íí \.J' J J ) J b) Agitador
c) Bomba hidráulica
©*O d) Compresor neumático
Figur a 4.9 Caja de conexiones con bornes de conexión libres de chapas
c) Moto r bi·t ensió n de 690/1.000 V, con tensión de red de 400 V Este motor no podrá conectarse a u na red de 400 V, dado que no será posible obtener la tensión de 690 V que precisa el bobinado del motor. d) Motor bitensión 127/230 V, con ten sión de red de 400 V
Todavía nos podemos encontrar con estos viejos motores, que evidentemente, no pueden conectarse a una red de 400 V en ninguna forma de conexión, ni reúnen las condiciones de estanqueidad exigida. 56 •
© Ediciones Paraninfo
e) Accionamiento de un polipasto Fig ura 4.10 Máquinas accionadas por motores trifásicos © Ediciones Paraninfo •
57
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trifásicos
b) Ejemplos de movimiento rotativo transformado en lineal: bandas transportadoras, movimiento de una bancada, una mesa de una máquina herramienta, el avance de un escáner, una fotocopiadora, etc.
';
Movimiento
Movimiento
rotativo
line~ BANDA TRANSPORTADORA
MOTOR
(Viene de la página m,terior) 15 16
17 18 19 20 21 22 23
Frecuencia nominal Excitación de las máquinas de continua: Lfr : rotor en las máquinas asíncronas Tipo de conexión del bobinado del rotor
Tensión nominal de excitación o tensión a rotor bloqueado Intensidad nominal de excitación, intensidad del rotor Clase de aislamiento, como Y. A, E, B. etc Tipo de protección, por ejemplo IP33
Peso de la máquina en t para máquinas de más de 1 t Notas adicionales, por ejemplo, norma VDE aplicada, tipo refrigerante, etc
La Figura 4.12 muestra la disposición de las indicaciones y valores en la placa de características de un motor trifásico. Figura 4.12. Movimiento rotativo transformado en lineal
m
PLACA DE CARACTERÍSTICAS @
Tipo.
@
En la placa de características del motor que está colocada en la carcasa, el fabricante recoge los datos fundamentales del motor, y entre ellos están: la potencia (P), la tensión (U), la intensidad (I), el factor de potencia (cos lf' ), la frecuencia (Hz) y otros datos, que pueden ser muy interesantes para efectuar cálculos y comprobaciones de cara a su conexión y aplicación a un aparato o nuíquina.
® ®
Q)
®
Tabla 4.4 Placa de características según DIN 42961 (extracto) para una máquina rotativa
s
®>
® @
Cosq;
@
@
@
®
IP
Los valores nominales indicados en la placa de características corresponden a la situación o el momento en el que el motor está suministrando la potencia señalada en la placa de características y el rotor del motor gira a las revoluciones señaladas en dicha placa, y que corresponden a los valores nominales. La Tabla 4.4 muestra la placa de características según la norma DIN 42961 para una nuíquina rotativa:
s
W Fabr,;
4
Hz
® Figura 4.12 Placa de características para un motor trifásico con rotor en cortocírcuito
A continuación se hace el análisis de los datos principales y representativos, leídos en la placa de características del motor (Tabla 4.5). Tabla 4.5 Ejemplo de los datos principales que se recogen en la placa de características
Contenido
1 2 3
Fabricante, emblema de la empresa Tipo, denominación del modelo o número de la lista Tipo de corriente: G = continua; E= monofásica; O= trifásica
4
Tipo de funcionamiento: Ge
= generador, Mot = motor
Nº de fabricación de la serie.
5 6 7 8
Tipo de conexión del devanado del estator: á
9y 10
= triángulo; Y = estrella
Fabricante Nº de serie de fabricación Potencia Tensiones Intensidades
e!!:==
Tensión nominal Intensidad nominal
Velocídad
Potencia nominal: potencia útfl en kW o W para motores; potencia aparente en kVA o VA en generadores síncronos
Frecuencia Aislamlento Grado de protección
11
Tipo de régimen nominal
12 13
Factor de potencia nomínal: cos rp Sentido de giro, por ejemplo, giro a la derecha visto desde él lado de impulsíón
14
Frecuencia de giro nominal
58 •
de un motor trifásico asíncrono
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Factor de potencia
Peso Año de fabricación Otros datos
000 001 P:22kW U: 230/400V
/: 7 1/41 A n: 1.450 rpm
cos rp : 0,84 f= 50 Hz
F IP45 40kg 2008
© Ediciones Paraninfo •
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Motores trifásicos
Motores eléctricos trtfáslc.cs
Potencia útil o la que p rop orciona el eje del motor:
4.2.1. Potencia La potencia señalada en la placa corresponde a la potencia útil proporcionada por el motor en su eje y no a la potencia absorbida de la red por el motor. El motor suministra la potencia indicada en la placa de características cuando el eje del motor gira a la velocidad indicada La potencia del motor se indica en kilovatios (k\\7). Antiguamente se hacia en caballos de vapor (CV).
= .J3 .u . f • COS<{J
Nota: la potencia indicada en La placa de caracterl~ticas corresponde a la potencia útil.
La curva de la Figura 4.13 corresponde a motores trabajando a plena carga. %
Nota: no equiparar un CVa un HP, porque no son iguales.
" 10
-
1 CV=736W
Equivalencias:
~
1 HP = 746 vV (1) Fórmula de cálculo de la potencia útil del motor:
J3 ·U• f. COS~Q · 1)
p=
(kW)
1.000
Curva del rendimiento de un motor en función de la potencia del motor
1 kW=l.OOOW lkW=1,36CV 1CV=736\A/
Equivalencias:
pu
90
/
80
(k\"J)
70
J.000
so
,/
-
'
U - Tensión de la red eléctrica, en voltios (V). l - Intensidad absorbida por el motor, en amperios (A). cos
50 0,1
10
100 ! OOOkW
-
17 - Rendimiento del motor. Figur a 4 .13 Curva de rendimiento (,¡) para motores trabajando a plena carga
4.2. 2 Rendimiento del motor El rendimiento de un motor trifásico corresponde a la relación entre la potencia útil (P,,) suministrada por el motor y la potencia absorbida de la red (~) por el propio motor. p P,, 1)= -2!. • 100 (%) r¡ - p Potencia absorbida por el motor de la línea eléctrica
= .J3 ·U · f '
• cos
(k\"J)
L.000
Nota: en el caso de un motor, si tomamos los valores de su placa de características, obtendremos el valor de la potencia absorbida 1
Tabla 4.6 Rendimiento aproximado para motores trifásicos trabajando en régimen nominal
•
p"
p
La Tabla 4.6 nos recuerda que el rendimiento de motores trifásicos trabajando a plena carga es mejor en los motores con mayor potencia. En la Tabla 4.7 puede verse la variación de rendimiento de un motor según trabaje a media carga (1/2), 3/4, plena carga (4/4) y con sobrecarga (5/4).
Rendimiento
P< 0,37 kW
(60a70%
P> 0,75 kW
0,75 (75 %)
P<4kW
0,80 (80%)
P< 15 kW
0,85 (85 %)
P< 18,5 kW
0,90 (90%)
P> 18,5 kW
0,90 a 0,95 (90 a 95 %)
El HP es una magnitud del sistema anglosajón de medida.
60 •
© Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 61
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trifásicos
Tabla 4.7 Variación del rendimiento de un motor, con la variación de carga del motor
_ _ _ _ _,.._,.de .,,_,,l.._ca _,!ll,. a_..10..,t,a.,l, __....,,,,,..,,,..ee!,-----"' da,,_,.la._,c,.a.._..,"1"0"'ta"I--....,,.,..""" ' 93,5 95 95 9.4~5 70 73 73 71 92,5 94 94 93, 5 68 12 10 91,5 .93 93 9~ 67 71 71 69 91 92 92 91 ,5 66 70 70 68 90 91 91 9Q 65 69 69 67 89 90 90 89 64 67,5 68 66 88 89 89 88 62 66,5 67 65 88 88 87 61 65 66 64 87 86 87 87 .86 60 64 65 63 85 86 86 85 59 63 64 62 84 85 as 83,5 57 si 63 s1 83 84 84 82,5 56 60,5 62 60,5 82 83 83 81,5 55 59,5 61 S9,5 81 82 82 80,5 54 58,5 60 58,5 80 81 81 79,5 53 58 59 57 79 80 80 7ª,5 52 57 58 56 77 79,5 79 11;5 51 55 57 55 75,5 78,5 78 76,5 49 54 56 54 74 77,5 77 75 47 52 55 5ª 73 76 76 74 46 51 54 52 75 75 73 45 50 53 51 72 71 74 74 72
n
4.2.3. Tensiones Los motores trifásicos se conectan a la tensión de la linea, que por lo general es de 400 V. Puede haber otras tensiones pero corresponden a redes particulares. Dependiendo de la tensión de la red y de la tensión o tensiones del motor, el bobinado del motor podrá tener diferentes formas de conexión, como las que se indican a continuación. La primera de las dos tensiones de La placa de características (la más baja), corresponde a la tensión a la que debe alimentarse y trabajar el bobinado del motor. Conexión de un motor de tensión 230/400 V Con red de 400 V el motor, que es bitensión (230/400 V), se conectará en estrella ().) para que el bobinado del motor trabaje a 230 V.
Conexión de un motor de tensión 400/690 V Con red de 400 V el motor, que es bitensión (400/690 V), se conectará en triángulo (a) parn que el bobinado del motor trabaje a 400V. ll1 = U,, =400 V
Nota.: e$te motor también podrá arrancarse en conexión é$trella-triángulo. 62 • © Ediciones Paraninfo
4.2.4. Intensidad o intensidades En régimen nominal, el motor absorberá la intensidad señalada en la placa de caracteristicas, de acuerdo con la siguiente aclaración: en la placa de caracteristicas del motor considerado, la intensidad es de: 71/41 A. El valor de la intensidad absorbida por el motor se puede calcular por la siguiente fórmula:
IL
=
P.
-J3 =3~.-u-,.~.~co-s·-cp- ·-,¡
(A)
Nota: a partir de la intensidad absorbid a por el motor se calcula la sección de los conduc-
tores a través de los cuales se conecta el motor a la línea eléctrica.
4.2.5. Frecuencia Las redes eléctricas en Europa tienen una frecuencia de 50 Hz. De la frecuencia depende la velocidad del motor, tal como veremos a continuación. A más frecuencia, más velocidad. Aviso: atención a los motores de importación que pueden venir para frecuencia de 60 Hz. En la actualidad se sumini'stran motores bffrecuelicia.
La Tabla 4.8 muestra algunos valores modificados para motores de f= 50 Hz que se conectan a f = 60 Hz. Tabla 4.8 Valores modificados para motores de f = 50 Hz que se conectan a f = 60 Hz
Bobinado
Tensión
SOHz 230 400 500 230 400 500
M 266 463 600 230 400 500
+20 +20 +20 +20 +20 +20
Potencia %) +15 +15 +15
Par nominal
Par de arranque
%) -4 -4 -4 -17 -17 -17
-3 -3 -3 - 17 - 17 -17
%
Variadores de frecuencia Mediante estos dispositivos electrónicos se puede suministrar al motor trifásico de corriente alterna una determinada frecuencia y junto con otros parámetros, que permiten funcionar al motor a otras velocidades (velocidad variable) que la que le corresponde por la frecuencia de la red.
4.2.6. Velocidad de giro del eje del motor Los motores trifásicos de rotor en cortocircuito y que están alimentados con una corrierrte alterna, proporcionan velocidad asíncrona (que es diferente a la síncrona). Podemos distinguir tres clases de velocidades: © Ediciones Paraninfo •
63
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfdslcos
•
Velocidad síncrona (nJ
Velocidad de los motores en vacío (11)
•
Velocidad en vacío (n.)
•
Velocidad nominal (n)
Cuando los motores no están sometidos a w1 par resistente, no tienen carga, fw1cionan en vacío, su velocidad se aproxima a la velocidad síncrona. Se frenan o reducen velocidad cuando se los somete a w1a carga exterior. Funcionando en vacío, la potencia útil del motor es nula (cero).
Velocidad s íncrona (n).
La Tabla 4.9 muestra la relación de la velocidad smcrona del motor con la polaridad y la frecuencia y la Tabla 4.10, la variación de las velocidades sú1crona y asíncrona segú n el número de polos y la frecuencia.
f .0.)
11
•
= -p- (rpm)
Tabla 4.9 Velocidad slncrona de un motor en función de la polaridad y frecuencia (ns)
f- Frecuencia, en Hz. p - Pares de polos del bobinado del motor.
_,_ _ ___,50 H,_,,z,,__ _,.,._
Cada par de polos está constituido por un polo norte (N) y un polo sur (S).
3.000rpm 1.500 rpm 1,000 rpm 750rpm 600rpm 500rpm 376rpm 300rpm 250rpm
2p "' número total de polos del motor. p " número total de pares de polos del motor. Deslizamiento (s) Se entiende por deslizamiento a la diferencia de velocidad entre la que corresponde a la velocidad síncrona (ii) y la velocidad real que proporciona el motor (n).
" - ,, · !00 s = _,_
coneclados
s - Deslizamiento para pequei'íos motores es del 2%, llegando al 6% para grandes motores.
Velocidad nominal del motor (11) La velocidad de cada motor es la indicada por la placa de cru:acterfsticas. El eje del motor proporcionará la velocidad indicada en su placa de características cuando fw1ciona a sus va lores nomina les de tensión e intensidad y frecuencia. La fórmula para el cálcuJo de la velocidad asú1crona (n) es la sig uiente
11 - 11, -
100
(·60
=7
. 1oo' S'/1
(rpm)
n - Velocidad asfncrona, en rpm. n, - Velocidad síncrona, en rpm. s - Deslizamiento. f - Frecuencia, en Hz. p - Pares de polos del motor (1 par= polo norte+ polo sur).
64 • ©Ediciones Paraninfo
GOO rpm 450 rpm
380 rpm 300 rpm
Tabla 4.10 Relación entre el nómero de polos, velocidad síncrona y velocidad asíncrona para motores
(%)
"·
S'fl,
IIOlú 3.600 rpm 1.800 rpm 1.200 rpm 909 rpm 720 rpm
N.••
a redes de SO o 60 Hz v.locldad 1fncn,na (n)
Vetoctdad 11lncrona nominal (n)
polo, del motor
Frecuencia• 90 H&
Frecu•ncl• • 80 H& rpm
Frecuenc:11 • 90 Hz
Fl'ec:uencll • 80 Hz
rpm
rpm
rpm
2 4 6 8 10
3.000 1.500 1.000 750 600
3.600 1.800 1.200 900 720
2.800 a 2.950
3.360 a 3.540 1.680 a 1.765 1.080 a 1.180 830 a 880 680 a 700
1.400 a 1470 900 a 985 690 a 735 5508 585
4.2.7. Factor de potencia (cos cp) El valor del factor de potencia (cos ({}) depende del ánguJo de desfase entre la tensión y la intensidad, en 011 momento dado del funcionamiento del motor. Cuando el motor trabaja en vado o con poca carga, el ángulo de desfase (
Hay que evitar que los motores trabajen en vacío o con poca carga, y especial mente que estén sobredimensionados. La Tabla 4.11 muestra los factores de potencia para diferentes potencias del motor.
© Ediciones Paraninfo•
65
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfáslros
(Viene de la p,lgína anterior)
Tabla 4.11 Factores de potencia (cos <{J) para diferentes potencias del motor Potencia kW
Randimianto
Factor de potáncla coa q>
Potencia kW
Rendimiento
'1 (%}
0,12 0,18 0,25 0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 2,5 3 4 5 7,5
61 61 62 69 74 77 78 81 81 81 82 83 85
0,70 0,70 0,70 0,75 0,80 0,83 0,83 0,83 0,83 0,84 0,84 0,84 0,86
11 12,5 15 20 25 30 40 45 51 55 75 90 100
87 87 87 88 89 90 90 91 91 91 91 92 92
Cálculo del factor de potencia de un motor Pm ·l .000 ../3·U·f·17
Pm - Potencia del motor, en kW, que es la que indica la placa de características del motor. U - Tensión de la red, en voltios (V).
I - Intensidad absorbida por el motor, en amperios (A). 17 - Rendimiento del motor. El que le corresponda.
Las Tabla 4.12 y 4.13 muestran la variación del factor de potencia en función de la carga parcia l. Tab la 4.11 Factor de potencia (cos <{J) en función de la carga parcial que soporta el motor
66 •
1/2
314
414
514
0,83 0,80 0,78 0,76 0,75 0,73 0,71 0,69
0,88 0,86 0,85 0,94 0,83 0,81 0,80 0,79
0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83
0,90 0,89 0,88 087 0,86 0,86 0,85 0,84
© Ediciones Paraninfo
o.so 0.78 0,76 0,75 0,73 0,71 0,69 0,67 0,66 0,65 0,63 0,61 0,59 0,58 0,56 0,55 0,54 0,52 0,50
0,86 0,86 0,86 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88
Los datos de esta tabla son orientativos. Pueden suirir pequeñas variaciones en función del fabricante. En esta tabla, para 30 kv\l de potencia, le corresponde un factor de potencia de cos <{J = 0,87.
cos
0,83
Factor potencia coa qi
'1 (%)
0,90 0.89 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,80 0,79 0,78 0,77 0,76 0,75 0,74 0,73 0,72 0,71
OJ88 0.86 0,85 0,94 0,83 Q,81 0,80 0,79 0,77 0,76 0,75 0,74 0,72 0,71 0,70 0,69 0,68 0,67 0,63 0,62
Q,90 0.89 Q,88 Q,87 Q,86 0, 86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 Q,80 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,76 0,76 0,76
Tabla 4 .12 Factor de potencia (cos
Rendimiento
Factor polancla
Polancla
Randimlanto
Factor páncia
'1 (%)
C08(/)
kW
'1 (%)
COB(l)
0,12 0,18 0,25 0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 2,5 3 4 5 7,5
61 61 62 69 74 77 78 81 81 81 82
0.70 0,70 0,70 0,75 0,80 0,83 0,83 0,83 0,83 0.84 0,84 0,84 0,86
11 12,5 15 20 25 30
87 87 87 88 89 90 90 91 91 91 91 92 92
0,86 0,86 0,86 0,86 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 0,88
85
55 75 90 100
O,Slf
Los datos de esta tabla son orientativos. Pueden sufrir pequeñas variaciones en función del fabricante. Compensación del factor de potencia de motores
Se mejora el factor de potencia conectando condensadores en circuito del motor. La potencia reactiva de los condensadores se muestra en la Tabla 4.13. © Ediciones Paraninfo •
67
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfdslcos
Tabla 4.13 Potencia reactiva de los condensadores (kVAr)
4.2.9. Protección Ex 4,0a4,9 5,0a 5,9 6,0a 7,9 8,0 a 10.9 11,0 a 13.9 14,0 a 17,9 18,0 a 21,9 22,0a 29,9
2 2,5 3 4 5
6 8 10
Otra de las protecciones importantes de los motores, cuando deban trabajar en atmósferas con riesgo de u1cendio o explosión, es la que corresponde al grado de protección Ex. Según la norma VDE 0170/0171 los motores quedan identificados respecto a su protección contra explosión por las letras que se i.ndican a continuación en la Tabla 4.14: Tabla 4.14 Identificación de los motores según el lector EX
35% (aprox.) de la potencia nominal del motor,
A partir de 30,0
Curva de evoludón del factor d e potencia en función de La potencia del motor
e d p o
La curva cor.responde a motores trabajando a plena carga (Fig ura 4.14).
•
%
4.2.10. Clases de servicio
'
El motor se elegirá en fw,d ón a la clase de servido a rea lizar por el motor en La máquina por él accionada. Se dis tinguen ocho clases diferentes de servicio, que se relacionan a continuación en la Tabla 4.15:
1.0 t,.
8• 0.9
o.e
r
1
...--
V
Tabla 4.15 Clases de servicio de los motores et... de H1Vlcto
0,7 0,6
0.5
0,1
«Seguridad aumentada• (Ex) e «Blindaje resistente a la presión o anUdeflagrante» (Ex) d «Ptesurada» (Ex) p «Blindaje en aceite» (Ex) o «Seguridad propia• (Ex) 1 «Protección especial• (Ex) s
10
S1
Servicio permanente
La duración del servicio es lo suficientemente larga como pare permitir al motor alcanz:er la temperatura de equilibrio a potencia nominal.
52
Servicio de corta duración
La duración del selVlclo es tan corta e potencia nominal que no le permite elcenz:er le temperawre de equilibrio. La pausa fuera de servicio es la suficientemente larga como pare permitir a la máquina adquirir la temperatura del medio de refrigeración.
53
Servicio Intermitente, sin Influencia del arranque sobre la temperatura
Servicio compuesto de una sucesión de ciclos Iguales, en los que hay un tiempo con una carga consiente seguido de un tiempo de pausa. Esta forma de se111iclo no incide de forma apreciable en el calentamiento de la máquina.
54
Servicio intermitente. con Influencie del amingue sobre la temperatura
Servicio compuesto de una sucesión de ciclos iguales, en los qoe hay un tiempo de pausa. En este caso, la forma de servicio si incide en la temperatura, paro sin alcanzar el estado de equilibrio térmico.
55
Servicio Intermitente con lnfluencia del arranque y del frenado sobre la temperatura
El se,vicio oonsta de una sucesión permanente dé igual tipo, a la que corresponde un tiempo de arranque, una marcha a potencia nominal y un tiempo de parada con freno eléctrico. Este servicio no es suficiente para que la máquina alcance el equilibrio térmloo.
Servicio continuo con
En esta clase de servicio la máquina permanece en marcha un tiempo determinado, en el que se suceden períodos con carga
carga intermitente
constante y otros con marcha en vacío. No se produce pausa
100 1000 kW
Figura 4.14 Curva de factor de potencia (cos
4.2.8. Protección (IP} La carcasa de los motores tiene tma estanqueidad cuyo valor de cierre contra La penetración de polvo y agua se indica por el grado de protección IPXX, cuyo valor se
puede obtener en la Tabla 14.7 del Capítulo 14. Los motores se pedirán al proveedor teniendo en cuenta su (ndice de protección según UNE 20324, DIN 40 050 e IBC 144. Por ejemplo un motor con protección 1P45, signilica que su carcasa tiene la siguiente protección: IP4_: motor protegido contra cuerpos sólidos superiores a 1 mm. IP5_: motor protegido contra el lanzamiento de agua en todas las direcciones. Nota: para más detaUes, ver el Capítulo 14.
Carecteri•llcae del ••rvlclo
58
alguna.
68 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo•
69
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trlfáslros
(Viene de la página anterior)
Tabla 4.17 Correspondencia entre códigos de formas constructivas de motores
S7
Servicio ininterrumpido con arranque y frenado
Este es un servicio compuesto por una sucesión de ciclos Iguales, cada uno de los cuales está constituido por un tiempo de arranque1 un tiempo de carga constante y un tiempo de frenado eléctrico. No se produce pau-sa alguna.
SS
Servicio ininterrumpido con conmutación de polos
Este tipo de servicio comprende un tiempo con carga constante a su velocidad correspondiente y a continuación otra carga constante y otra velocidad en función de su polaridad.
Relación de i ntermitencia (factor de marcha o servicio) Para un núsmo número de man iobras por hora, las condiciones de empleo del motor son diferentes, según sea el tiempo de duración de las maniobras (marcha-paradaconexión-desconexión). Cada clase de uso se subdivide en cuatro regímenes de marcha, definidos por un factor ED e:>.-presado en %, según se indica a continuación: Factor de marcha ED =
l: tiempo de marcha · 100 (%) l: tiempo de marcha + l: tiempo de parada
%ED = -
t1
-
,, + /.,,
Tabla 4.16 Valores mínimos para el par máximo de motores de CA en función de la clase de servicio
Par má"timo
Par nominal
S2
1,6
1,6
1,6
2
1,6
S8
S7
1,6
1,6
4.2.11. Forma constructiva Los motores se construyen bajo normas internacionales (Tabla 4.17), lo que permite su intercambiabilidad con otras marcas en caso de avería o sustitución. Sin embargo, su aspee-to exterior puede ser diferente, según que interese que su sujeción se haga por patas o por embridado, o que su anclado se haga en horizontal, en vertical o sujeto al techo. También influye que la caja de bornes esté en una determinada posición. Estas circunstancias hay que indicarlas al proveedor en el momento de la compra deun motor. 70 • © Ediciones Paraninfo
IMB3 IMB6 IMB7 IMB8 IMV5 IMV6 IMB5 IMV1 IMV3 IMB14 1MV18 IMV19 IMB35 IMB34 IMB9 IMV8 IMV9 IMB10 IMV10 IMV14
IM 1001 IM 1051 IM 1061 IM1071 IM101J IM 1031 IM3001 IM 30 11 IM 3131 IM3601 IM 3611 IM3631 IM2001 l'i,l2101 IM 9101 IM9111 IM9131 IM4001 IM 40,11 IM4031
DIN B3 B6 B7 B8
vs
V6 B5 V1 V3 B14 V18 V19 B3/B5 B3(B14 B9 V8 V9 B10 V10 V14
En la Figura 4.15 se representan las principales formas constructoras de los motores.
Los valores mínimos para el par máximo de motores de CA en función de la clase de servicio se muestran en la Tabla 4.16.
S1
Código 11
• 100
t1 - Tiempo de fw1donamiento del motor con carga cons tante. t, - tiempo del motor en reposo.
Clase de servicio
IEC
IEC Código 1
IMB3
13 IMB6
~ IMB5
CD
MOTORES A PATAS IMV5
l1l oBJ w IMB7
MOTORES A BRIDAS IMV1
IMV6
~ IMB8
w IMV3
Q © Ediciones Paraninfo • 71
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trifásicos
IM 814
IMB18
IMB19
~
~
MOTORES A BRIDAS.•PATAS 1MB 35
B
IMB34
IM 2111
lJ
w
Nota: cuando la temperatura de refrigeración no sobrepasa los 4.() ºC, la potencia nominal del motor en funcionamiento continuo puede ser incrementada hasta un máximo de 15%.
En la Figura 4.16 se muestra el gráfico que define las diferentes clases de aislamiento.
IMV36
IMV15
~
ro rn !Y
En el caso de de la placa estudiada, el aislamiento es de clase F y admite una temperatura máxima de 155 ºC.
IM 2131
Figura 4.15 Representación de formas constructivas de motores
'C
15
160 153
130 125
40
o
15 ;
5
...-::.....
/ ';
10
5
;
;;/
125 100
60
75
80
40
40
40
40
40
A
E
6
F
H
l J
s,
T""'
4.2.12. Aislamiento térmico del bobinado de un motor Tn:,.,, - Temperatura máxima permanente admlslble.
Los bobinados de los motores se calientm, durante su funcionamiento, por lo que su aislamiento estará preparado para soportar una determinada temperatura, en función al régimen de trabajo que tengan. I.a temperatura admisible en el bobinado de un motor y por el mismo motor viene definida por las temperaturas tolerables por los diferentes órga11os de la máquina. Compara11do de forma separada los órganos de la máquina, se tiene por ejemplo, que el rotor puede alcm,zar 200 ºC sin causar problemas especiales. El incremento de temperatura meclia en w, motor se mide entre su estado frío y el estado de equilibrio aka11zado después de 2 a 5 horas de funcionam.iento a plena carga Letra p or la que se identifica la clase de aislamiento del bobinado El grado de aislmniento de una máquina eléctrica se indica en la placa de características por medio de una letra. A continuación, se señala el alcm,ce de temperatura máximo perm.itido para el aislamiento de un devanado, atendiendo a su clase (letra indicativa), como se aprecia en la Tabla 4.18.
T..., - Temperatura del medio refrigerante. S11 -Sobretemperatura lfmhe (calentamiento, en ºC).
Figura 4.16 Gráfico con clases de aislamiento
En la Tabla 4.19 se muestran las temperaturas ümite para cada parte del motor. Tabla 4.19 Sobretemperatura límile para el motor Elementos del motor
ª'y A
E B F
90
f05 120 f30
155
H
180
e
~ - - - - - -~m ~ás de180.,___ ~ - - - ~
72 • © Ediciones Paraninfo
B 80 80
50 60
H
100
125
80
8Ó
50 60
60
Só
Elevación de la temp eratura del bobinado de un motor El incremento de temperatura experimentado por el bobinado de un motor viene dado por la siguiente fórmula:
Tabla 4.18 Clase de aislamiento y temperatura máxima admisible
neratura méxlma adm!ilblll ~
A 60 60 50 60
Devanado aislado Colectores, anillos rozantes Cojinetes de rodamiento y deslizamiento Cojinetes de rodamiento con grasas especiales
/J.= 1
R -R e
R
J
·(235+8) f
f
/J.1 - Temperatura en grados Kelvin.
R, - Resistencia en caliente, en Q. R¡- Resistencia en frío, en Q. a1 - Temperatura del bobinado en frío, dado en ºC. © Ediciones Paraninfo •
73
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trifásicos
La temperatura de los motores se vigilará periódicamente y se controlarán las temperaturas elevadas para evitar degradaciones en los aislamientos de los bobinados, así como en el resto del motor. Se podrán instalar termistores en el motor o en su bobinado para controlar la temperatura por medio de señales de aviso u órdenes para efectuar el paro del motor, cuando se superan las temperaturas de reglaje.
Consecuencias de temperaturas altas en los motores
En la caja de conexiones se alojan los bornes con los principios y finales de las tres fases del bobinado del motor y en muchos casos, el borne de puesta a tierra de masa metálica del motor, y también los bornes del electrofreno, cuando el motor está equipado con freno. Las conexiones posibles para el motor se estudian más adelante. 4.2.14. Otros valores y datos a considerar
Cuando se superan las temperaturas admitidas por un motor, se originan problemas en el mismo y en su circuito, tales como: •
Aumenta la resistencia de los conductores (bobinas)
• • • • •
Aumenta la caída de tensión. Se reduce la potencia útil suministrada.
•
Se puede quemar el bobinado.
•
Baja sensiblemente el rendimiento del motor.
Además de los datos caracteristicos de los motores que se han citado, hay otros conceptos que no debemos olvidar corno los que tienen relación con la refrigeración, los niveles de ruido, la~ vibraciones, las tolerancias, las protecciones , etc.
Refrigeración de los motores
Aumenta las pérdidas en el motor. Se pueden deteriorar las partes mecánicas del motor. Se puede degradar el aislamiento de los conductores (bobinas) .
La temperatura elevada en los motores es perjudicial para su bobinado, así como para su rendimiento y para la mecánica del motor, razón por la cual hay que evitar por todos los medios que la temperatura supere los valores de régimen previstos para un determinado motor. Varios son los procedimientos para enfriar un motor, como:
•
•
Nota: ventilar adecuadamente los motores para controlar en todo momento la temperatura de los mismos. Vigilar el ventilador.
•
Ven tilación natural. Eliminación del calor por radiación a través de las aletas de la carcasa del motor. Autoventilación. Por medio de aire movido por el ventilador que il1corpora el propio motor acoplado al eje del rotor.
Ventilación forzada. Por aire suministrado desde el exterior y conducido sobre el motor.
Potencia cedida por el motor en función de la temperatura del medio ambiente
• •
La Tabla 4.20 nos muestra la influencia de la temperatura en la potencia que puede suministrar el motor; a~í, por ejemplo, si la temperatura ambiente es de 30 ºC, el motor puede ceder a la aplicación hasta un 107% de su potencia nominal; sin embargo, si la temperatura ambiente es de 60 ºC, el motor solamente podrá dar el 82% de su potencia nominal
Refrigeración interna. Extracción del aire caliente y entrada de aire frío. Otras formas de refrigeración. Según sea el tipo de motor y su lugar de trabajo, se podrán elegir otras formas de refrigeración, mediante circuito cerrado, haciendo circular Jíquidos por su carcasa, etc. En el caso de utilizar agua como refrigerante, se debe prestar una atención particular para que las condensaciones y posibles fuga~ no repercutan en el motor.
Tabla 4.20 Potencia cedida por el motor en función de la temperatura del medio ambiente
Temperatura del madlo refrigerante {°C)
30 35 40
45 50 55 60
% admisible sobra la potencia mln del motor 107
Tolerancias admisibles en motores e léctricos a la tensión nominal, según la norma V DE 0530
104
La Tabla 4.21 recoge las tolerancias admisibles por los motores eléctricos según la
100 96"'-=
norma VDE que afectan a las principales magnitudes del motor.
92
Tabla 4.21 Tolerancias admisibles en motores eléctricos a la tensión nominal, según la norma
87
VOE0530
82
Concepto
Valoras
4.2.13 . Caja de conexiones a) Con potencia nominal PNs 50 kW.
La caja de conexiones estará colocada en el motor en el lugar que convenga a su mejor instalación, tal corno se ha indicado en el Apartado 4.2.11 (Forma constructiva). 74 • ©Ediciones Paraninfo
1.
Rendimiento ('1)
0,15 · (1- 11) b) Con potencia nominal
P.-... 50 kW.
0,10 · (1- 11)
© Ediciones Paraninfo •
75
Motores trifásicos
Motores el~ctricos trifásicos
(Viene de la página mzh.>rio-r)
cos
l - cos (f)
2.
Factor de potencia (cos rp)
3.
Deslizamiento
± 20% (1)
4.
Corriente de arranque
± 20% (1)
5.
Par de arranque
6.
Par de vuelco máximo
± 10% (1)
7.
Momento de inercia del rotor
± 10% (1)
6
De -15% hasta +25% Figura 4.17 Presentación comercial de motores trifásicos
(1) Respecto a lo indicado en la placa de características del motor.
Nivel de ruido Atención a este concepto. Hay que instalar motores que sean lo más silenciosos que sea posible y siempre dentro de los niveles tolerados. Vibraciones Las vibraciones que se puedan dar o transmitir a los motores y su cadena de transmisión, repercuten en los rodamientos, elementos móviles y fijos, acoplamientos, anclajes y soportes. 1.as vibraciones dan lugar a desgastes, desa lineadones, rot uras, etc., tanto en el motor como el resto de la transmisión. Protecciones de los elementos con movimiento Se protegerán los elementos móviles con rotación para que no sean causa de accidentes para las personas que puedan estar en su entorno. Cuando se retiren las protecciones para realizar una determinada intervención, se repondrán antes de poner en servicio la instalación.
m
PRESENTACIÓN COMERCIAL DE MOTORES TRIFÁSICOS
Muchas son las formas constructivas de los motores, al igual que su presentación comercial (Figura 4.17). Cada fabricante hace una presentación de su producto, aunque las medidas generales están sujetas a unas normas que son respetadas por todos (Figura 4.18).
76 • © Ediciones Paraninfo
Figura 4.18 Dimensiones (medidas) de motores de un determinado fabricante
m
NORMAS SOBRE MOTORES
Los motores se construyen aplicando normas internacionales, lo que permite su intercambiabilidad. A continuación se presentan las principales normas aplicadas a motores. Norma 73/23/CEE sobre material eléctrico de baja tensión Esta normativa no incluye maquinaria eléctrica protegida contra explosiones, máquinas especificas para ascensores y montacargas, ni maquinaria eléctrica para utilización en barcos, aviones o trenes. N orma 89/336/CEE sobre compatibilidad electromagnética No existe una normativa específica sobre compatibilidad electromagnética de máquinas eléctricas. Actualmente rigen los valores limite de los grados de supresión de interferencias G, según VDE 0875, parte 3. (Bajo demanda se extiende la correspondiente «Declaración del Fabricante»). © Ediciones Paraninfo •
77
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfdslcos
(Vi,'tw de la página anterior)
Documento CENELEC 11, 1974
Son normas europeas sobre motores (Tablas 4.22 y 4.23). Tabla 4.22 Normas eléctricas y mecánicas aplicadas a máquinas eléctricas
ISO 1680-1
Máquinas eléctricas giratorias
Nonnu ttl6ctrlcu
1. Prescripciones generales sobre máquinas elécbicas
IEC 34-1, EN 60034°1, VDE 0530 parte 1, NFC 51 120 y NFC 51 200
IEC 72-1
Máquinas eléctricas giratorias
Marcado de los bornes en máquinas rotativas
IEC 34-8, DIN VDE 0530 parte 8 y NFC 51118 IEC 34-12, DIN VDE 0530 parte 12 y NFEN 60034-12
IEC 34-8
Máquinas eléctricas giratorias
IEC79-0
Material eléctrico para atmósferes explosivas
Comportamiento en el arranque Tensiones normalizadas
IEC 38 y DIN IEC 38
Material aislante
IEC 85 (34-18), DIN IEC 85, VDE 0301 parte 1 y NFC 26206
2. Dimensiones y potencias asignadas
Nonnu mednlcu IEC 12, NFC 51104 y NFC 51105
Proteoclón
IEC 34-5, EN 60034·5, VDE 0530 parté 5 y NFEN 60034-5
Formes constructivas
IEC 34-7, EN 60034·7, VOE 0530 parte 6 y NFEN 60034-7
Valores 1/mlta de ruido
IEC 34-9, EN 60034-9, VOE 0530 parte 9 y NFEN 60034-9
Vibraciones
IEC 34-14, DIN 60034-14
Bridas de suJeolón.
DIN 42948
voe 0530
parte 14 y NFEN
Nivel de ruido transmítído a través del aire. Método de medición en un campo libte sobre un plano reflector/Método de ensayo. Motores de Inducción de Jaula de ardilla, trifásicos y cerrados Correspondencia entre potencia nominal y dimensiones • Normalización. Identificación de los terminales y del sentido de rotación • Normallz.aclón. Reglas generales.
Comités de normalización
Las normas C El o l EC están desarrolladas por el Comjté Internaciona l Electrotécnico (lnternatfrmal Electrotecfmicnl Commission). Se estableció en 1906. Forman parte de este comité más de cincuenta países. Las normas CEN están redactadas por el Comité Europeo de Normalización (Marca EN para normas europeas). Fue cteado en 1961. 'Está. formado por países miembros de la Unión Euxopea. Las normas CENEL'EC están elaboradas por el co.mlté Europeo de Nonnalización
Electrotécnica, creado en 1959. AENOR es el encargado de adaptar como normas UNE (Norma s Espaflolas) las normas eu ropeas que elaboran el CEN y e.l CENELEC.
Tabla 4.23 Normas IEC aplicadas a máquinas eléctricas
AIUnto
Tltulo IEC 34.7
Máquinas eléctricas giratorias
Claslflcación de las formas constructivas y montajes.
IEC 34-6
Máquinas eléctricas giratorias
Claslflcaclón de los métodos de enfriamiento.
IEC79-10
Carcasas/gabineles a prueba de explosión Claslficaclón. para equipos eléctricos
IEC 34-2
Máquinas eléctricas giratorias
Detérminaclón de las características. Método de ensayo.
IEC 72-1
Máquina eléctrica giratoria
Dimensiones y potencias - Normalización.
IEC 34.5
Carcasas/armarios equipos eléctricos de protección
Grado de protección mecánica proporcionada por las carcasas/gabinetes.
Materiales aislantes eléctricos, según clasificación térmica
Clasificación.
IEC34-1
Máquinas eléctricas giratorias
Motores de inducción. Especificación.
IEC 34.9
Máquinas eléctricas giratorias
Límites de ruido • Especificación
IEC85
78 • © Ediciones Paraninfo
m
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL MOTOR
Además de las ca racterísticas eléctricas del motor, debernos tener e n cuenta sus particularidades mecánicas. El diseñador que estudia o calcula la aplicación de un motor debe conocer todos sus caracteristicas y medidas externas, que el fabricante del motor las presenta en el folleto o (catálogo) correspondiente (Figw:a 4.19). Dentro de las cm:acterísticas que interesan a l diseñador, podemos resumir las siguientes:
Figura 4.19 Rodamientos para el eje del motor (rotor) © Ediciones Paraninfo• 79
Motores trifásicos
Motores eléctricos trlfáslros
Dimensiones del motor
Carcasa
Como ya se ha dicho, los motores se construyen con normas internacionales, lo que permite su intercambiabilidad. Los parámetros principales son:
Muy importante es el cerramiento del motor en lo que afecta a la penetración de materias externas (especialmente polvo) y la fijación del motor.
•
Altura del eje.
•
Diámetro de eje.
Ventilación
•
Dimensiones del chavetero.
•
Puntos de fijación (a patas o a bridas).
•
Dimensiones y características de los tomillos de fijación.
Existen diferentes procedimientos de ventilación. Lo más normal es il1corporar a la prolongación del eje una hélice o aspa para mover el aire que circulará por los nervios de la carcasa del motor.
La Figura 4.20 muestra un ejemplo de acoplamiento de un motor a un reductor y a una máquina:
Frenado
El dispositivo de frenado se incorpora al motor por la prolongación de su eje posterior.
der
dm
Acoplamiento motor-aplicación h
El motor se acopla a máquinas de varias formas (Figura 4.21):
1,
a
b
•
e
• • •
Figura 4.20 Motor acoplado a una máquina a través de un reductor
•
En las Tablas 4.24 y 4.25 se presentan diferentes tolerancias respecto a la altura del eje y su paralelismo. a)
Tabla 4.24 Diferencias en la altura del eje
Altura dal eje
{h)
Maquinas Impulsadas, engranajes, accionamientos, da da hélice da barco, todaa lu máoulnas el6ctrlces
•J•
Desde25 a 50
-0,4
Más de 50 a 250
-0,5
Más de 250 a 630 Más de 630 a 1.000 Más de 1.000
Malqulnas Impulsoras excepto accionamientos da eje de h611ce da barco y malqulnas eléctrlcu
=== ===
Acoplamiento directo (motor-aplicación).
1 MAQUINA
BOMBA
+0,4
"
-1,0 -1.5
Directamente a bridas. A través de un acoplamiento. Por medio de poleas. Por medio de engranajes. Por otros procedimientos.
+0,5 +1,0
"
.....i,9 --
+1,5
b)
+2,0
Acoplamiento motor-reductor-máquina.
Tabla 4.25 Diferencia de paralelismo
Altura dal eje
{h)
Diferanclas admlslbl• de paralelismo entra dos punloa de madlda de la dlatancia I en los extremOB de
•l•
2,Sh >
2,Shsls4h
Desde 25 a 50
020
0,30
Más de 50 a 250
0.25
0,40
Más de 250 a 630
0.50
0,75
Más de 630 a 1.000
0.75
1,00
15
Más de 1.000
1,00
1,55
2,0
80 • © Ediciones Paraninfo
=
'"4h 0,4
0,5
Figura 4.21 Formas de acoplamiento motor a reductor o a máquina
1,0
© Ediciones Paraninfo • 81
Motores trifásicos e)
Motores el~ctricos trifásicos
Diferentes opciones de unir el motor o reductor con la máquina.
(Viene de la página anl<'l'ior) 55
75
0,87
94,0
1.475
75
102
0,86
94,7
122 149
0,86 0,86
132
179
0,87
95,5
1.485
6,9
160
217
0,87
95,8
1.485
7,0
© Piñón con transmisión por cadena dentada.
200
272
0,87
250
340
0,87
96,2 96,2
1.488
Rueda para cadena dentada.
0,7 7,0
315
426
0,87
96,4
1.488
7,0
943
355
482
0,87
96,4
1.488
7,0
1.063
400
543
0,87
966
1.488
7,0
500
679
0,88
96,8
1.488
7,0
tlfff-8(1)
~t
(2)
90 110
~:s;
(4)
Q> Polea para transmisión por correa trapezoidal.
© Engranaje que puede engranar con otra rueda o con una cremallera dentada.
Polea plana. Figura 4.21 Formas de acoplamiento motor a reductor o a máquina
L.t Tabla 4.26 muestra las principales características de motores con diferentes potencias, valores que pueden resultar interesantes con vistas a cálculos y comprobaciones que convenga realizar.
-~ --
Tabla 4.26 Características de motores trifásicos con rotor de jaula de ardilla de 4 polos y 50 Hz
ID
n
•
%
"
kW
CV
!'P.!!!
%
0,06
0,008
0,78
56
1.305
0,09
0,12 0,16
0,77
58
~
0,77
56
1.310 1.315
º ~12
0,18
0,24
0,76
59
1.315
0,25
0,34
0,73
61
1.325
0,37
0,50
0,77
66
1.375
0,55
0,75
0,79
71
0.75
1,02
2,79
74
1.395 1.395
1,1
t,49
0,78
74
1.410
1,5
2,04
0,81
7.4
1.410
2,2
299
0,81
78
1.410
3
408
0,80
80
1.430
4
5,43
0,79
83
1.435
5,5
1.450
747
0,81
86
7,5
10,19
0,81
87
1.450
11
·15
0,84
86
1.460
15
20
0,84
90
1.460
18,5
25
0,83
90,5
1.460
22
30
0,84
'91,2
30
41
0,84
37
50 61
0,86
91,8 92,9
45
0,87! 93,4
82 • © Ediciones Paraninfo
t. ••111p1lloa (A),_..,.. . . ,.Ralanee.:
IJI.
•
230V
400V: - V
0,1
0,1
0,51
0,3
0,2
0,4
'0,3. 0,4
0,2
oi70
0,3
0.2
0,1 0,2
0,6
05
0,5
0.3
0,2
0,8
'0._7
0,6
0,5
0,3
1,1
1,0
0,8
0,6
0,4
1,4
13
0,8
0,6
17
1,1 1,5
1, 1
0,7
2,4
2,1
1,5
1,1
3.2
1,01
~
3,0
1;\1
3,7
1,83
7,0
4,7
2,5
5,0
3,2
1,9
5,0
4,6
2,6
g=
~
"To'
""""' ~
1.000V
0,2
3,3 3,0
f3,3
12,3
880V
02
0,34
4,9
6,3
3,6
3,3
2,9
21
1,4
~ ~
8,0
9,1
5,2
4,7
4,2
3,0
6,2
12
6,8
6,2
5,4
3,9
2.1 2,7
7,0
15
8,8
8,0
7,0
5.1
3,5
= ~
6,9
20
f1
10
9,1
8,6
4,9
2,7
T7 ~
~ ~ 3,3
7,7
27
15
14
12
8,9
6,1
7,1
22
20
18
13
8,8
7,7
38 50
29
26
23
17
7,5
82
36
32
28
21
11 14
1.460 ~ ; 7,5 1.465 7,0 1.475 . 7,0
72
41
38
33
24
17
98
56
51
45
33
22
116
67
61
53
F,Tjj 1,o
139
80
73
64
,di.,,.
r'H,¡
1.475
'
189
97
1.480
6,7
231
64 9
1480
8,8
94.8
1.485
6,7
133 ,;::::::~:;: 159 195 !!::::"--:: ""
1.488
-
277
339
""'
88
78 106 127 156
56
=n=
-
92 113
""'
39 53 64
78
133
92
161
111
276
200
138
345
250
172 217
399
229
208
183
482
277
252
222
600
345
315
750
431
392 1
493
434
314,
555
489
354
244
1.195
611 11 687
398
.275
847
625 11 770
550
1.473
678
491
339
542
..
560
761
0,88
96,9
1.492
7,0
1.849
948
862
830
856
0,88
97,1
1.492
7,0
1.851
1.084
967
11
758
550
379
851
617
426
710
965
0,89
97,1
1.492
7,0
2.062
1.186
1.078
949
687
474
800
1.087
0,88
97,1
1.492
7,0
2.350
1.351
1.228
1.081
783
541
900 1,000
1.223
0,88
7,0 7,0
2.639
1.517
1.379
1.214
880
807
2.899
1.667
1.515
1.333
- -96~
667
1.359
97,3 0,89 97,63
1.492 1.492
0,5
Motor de 4 polos, n, = 1.500 rpm, f = 50 Hz, aislamiento Clase F, protección IP55.
500V
0,2
2,8
6,7
39
27
46
32
Va lores orientativos con ligeras variantes en función del constructor.
© Ediciones Paraninfo •
83
CAPÍTULO
FÓRMULAS DE CÁLCULO PARA MOTORES TRIFÁSICOS
5.1. Fórmulas de potencia aplicadas a motores trifásicos 5.2. Cálculo de la potencia (P) necesaria 5.3. Cálculo del par motor (Mm) 5.4. Par de giro y potencia de una máquina o motor S.S. Otras fórmulas aplicadas a motores 5.6. Potencia motor para tres tipos de movimiento 5.7. Compensación del factor de potencia (cos q,) 5.8. Rendimiento de un motor a plena carga 5.9. Potencia perdida por el motor 5.10. Arranque y frenado de motores
Motores trifásicos
m
Fórmulas de cálculos para motores trlfóslcos
FÓRMULAS DE POTENCIA APLICADAS A MOTORES TRIFÁSICOS
La potencia es una de las principales magnitudes que aparece en la placa de características de los motores eléctricos, y de las tres potencias, activa, reactiva y aparente, la potencia activa (W o k\A/) es la que se aplica al cálculo.
Nota: cuanto más elevado sea el factor de potencia (cos q¡), mayor será la potencia 6til. A mayor factor de patencia, menor ángulo de desfase (tp). 5.1.2. Intensidad(/) absorbida por el motor Se calcula a partir de las dos fórmulas del punto anterior:
a) En función de la potencia absorbida por el motor 5.1.1. Potencias
A partir de la potencia útil (P,,) dada en k\,V.
Se consideran dos formas de potencia: a) potencia absorbida por el motor y b) potencia útil, que es la potencia cedida por el motor.
l = P., · l.000
,,/3·U· cos q>
Potencia activa (P) absorbida por el motor de la red eléctrica La potencia activa corresponde a la potencia consumida por el bobinado eléctrico en su parte resistiva (R). Esta potencia activa es la que se utiliza para el cálculo de la potencia absorbida por el motor y que descontada las pérdidas (rendimiento), suministra el eje del motor. Pa =
.J3 · U · l · cos q¡
Potencia reactiva (P) del motor La potencia reactiva corresponde a la potencia consumida por el bobinado eléctrico en su parte inductiva (X,). La potencia reactiva es mayor cuando el motor trabaja en vacío. Hay que evitar que los motores trabajen en vacío o con poca carga y motores que estén sobredimensionados. P,=
.J3 ·U ·/· sen e¡,> ,/3· U· f
b) En función de la potencia útil proporcionada por el motor A partir de la potencia útil (PuJ dada en kW.
[-
P..· 1.000
- Í3 ·U ·cos rp ·1¡
(W)
p = ,/3 •lJ · f · COS(/J (kW) ., J .000
(A)
(A)
5.1.3. Rendimiento (11) del motor El rendimiento o eficiencia de un motor en un momento dado viene dado por el cociente entre la potencia útil suministrada por el motor (P.), y la potencia absorbid¡¡ por el motor desde la red eléctrica.
p 11(%) = 2
P.
· 100 (%)
(\/Ar)
· senq> (kVAi)
J .000
Nota: esta potencia consumida por el motor también se paga, pero no se utiliza en el cálculo de la aplicación del motor.
Nota: los motores de g,-an potencia tienen mejor rendimiento q ue los motores pequeños. Los valores que se indican en la placa de características del motor corresponden al momento en que el motor proporciona la potencia que se indica, si se alimenta a la tensión, intensidad y frecuencia señaladas.
m
CÁLCULO DE LA POTENCIA (P) NECESARIA
Potencia útil (P) suministrada por el motor La potencia que señala la placa de características corresponde a la potencia útil suministrada por el motor en su eje. P. =
.J?, ·U ·!· cos
(W)
Para determinar la potencia de un motor, habrá que conocer en primer lugar la potencia de accionamiento que necesita la máquina o la aplicación de que se trate. La potencia se determinará a partir de la fuerza necesaria (f), del par (M) y la velocidad de rotación (n) y otros datos complementarios.
p = .J3· U· l· cos q>· 1¡ (kW) "' 1.000 86 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
87
Motores trifásicos
Fórmulas de cálculos para motores trlfósicos
5.2.1. Potencia motor necesaria para accionar una máquina Pm =2 · F ·n·d·n
w=2 ·n ·n
Mm = f · d
m
CÁLCULO DEL PAR MOTOR (M.,)
A partir del par cedido por un motor, seremos capaces de determinar el par resistente que se puede vencer en la aplicación. En este apartado se presentan varias fórmula~ para calcular el par motor. 5.3.1. Determinación del par motor
Pm - Potencia motor, en kW. F - Fuerza, en N. d - Diámetro de giro, en metros (m). t1 - Velocidad de rotación, en rpm. w - Velocidad angular, en radianes/segundo (rad/s). Mm- Par motor, en Nm.
P = Mm · n
2· r
P=M· - - ·n m
p M m = -r- (Nm}
El momento de par Mm es independiente del diámetro (d) del eje, polea, piñón, etc. (brazo de palanca). El par motor viene dado por el valor Mm. El par resistente M, señala la potencia mecánica recibida por la máquina. P =M·m
'
'
6()
fl ' -
30
P· 103 r
Mm =
· 9 81 30 '
fl' -
5.2.2. Potencia (P) en kW
P· 1.000 = --1t • 1,027
(mkg)
M ·n
P = - - (kW)
p M = 975 · -
9.550
M ·n
P= - ' -
974
(kW)
M - Par torsor, en Nm. M, - Par torsor, en rnkg. n - Velocidad de rotación, en rpm. 5.2.3. Potencia
M
U'
m
=k --- (Nm} R g·L2 ·w2
(P,) en CV 1
·11
M
·11
716
M - Par torsor, en Nm. 1\lf, - Par torsor, en rnkg. n - Velocidad de rotación, en rpm.
© Ediciones Paraninfo
(CV)
7.160
P1 ='-
88 •
P - Potencia del motor, en kW. n - Velocidad de giro, en rpm.
-1. + g
p = M
(CV)
(mkg)
fl
m
f
R,
M - Par motor, en Nm. "' k-Factor. U - Tensión, en voltios. R - Resistencia de una fase. 1 g- Deslizamiento. L¡- Inductancia de una fase. w = 2rr.· n/ 60
© Ediciones Paraninfo •
89
Motores trifásicos
Fórmulas de cálculos para motores trlfóslcos
También: Mm=
9.550 · P
n
P - Potencia. Pm - Potencia, en kW n - Velocidad de rotación, en rpm.
(Nm)
La Tabla 5.1 muestra el par de arranque necesario para el arranque de máquinas. P - Potencia, en k,"1. n - Velocidad de giro, en rpm.
Tabla 5.1 Par de arranque necesario para el arranque de máquinas
Bombas centrífugas
5.3.2. Par torsor en Nm
M=
9.550 · P
n
(Nm)
7 .l(lO · P,
M=
Bombas de émbolos: a) Arranque en vacío b) Arranque en presión Máquinas herramienta Aparatos de elevación Cintas transportadoras: ~) Arranque en vacío b) Arranque en carga Transmisiones en general laminadores en industria de papel
(Nm)
fl
P - Potencia, en k'\N. P 1 - Potencia, en CV n - Velocidad de rotación, en rpm.
El valor del par inicial de arranque y de la intensidad de arranque, así como los demás valores de momentos en función de la velocidad, hasta el valor nominal, pueden ser influidos decisivamente por la forma de construcción del motor, principalmente en lo que se refiere a sus ranuras.
M, = 974. p (mkg) 11
SegÚJ1 VDE 0530, para máquinas eléctricas las siguientes tolerancias son válidas:
716 · P, = --~
n
(mkg)
P - Potencia, en kW. P 1 - Potencia, en CV. n - Velocidad de rotación, en rpm.
m
Fórmula para detenninar la potencia de accionamiento para una máquina o lapotencia útil que precisamos de un motor.
•
p =-
(U
103 • Pm 2 · r · 11 60
103 ·60·P•• 2 ·r ·n
9.550 · Pm (Nm)
Par inicial de arranque
± 20% de su valor nominal
•
Parmáximo
± 10% de su valor nom.inal.
•
Intensidad de arranque
± 20% de su valor nominal
n.
m
OTRAS FÓRMULAS APLICADAS A MOTORES
Para el cálculo de motores y sus aplicaciones se emplean otras fórmulas complementarias como las que recoge este apartado. 5.5.1. Velocidad del movimiento de rotación
Por ejemplo, para la polea accionada por el motor. M
'}I
p =-"- (kW) m
90 • © Ediciones Paraninfo
•
Nota: para la conexión de motores con valores nominales de tensión y frecuencia, el par mínimo de embalamiento durante el arranque será, como mínimo, igual o superior a 0,3 el par nominal
PAR DE GIRO YPOTENCIA DE UNA MÁQUINA O MOTOR
¡',,[
0,480,8 3a4 0,§ .11-1 2a3
Par inicial de arranque e intensidad de arranque
5.3.3. Par torsor en mkg
M,
0,3a0,5 O 15 0,2a0 5 __t Ol'.2,5
9.550
v=n;·D ·n
D - Diámetro, en metros (m). n - Revoluciones, en rpm.. © Ediciones Paraninfo • 91
Motores trifásicos
Fórmulas de cálculos para motores trlfóslcos ~-
5.5.2. Momento dinámico referido al eje del motor
Intensidad de frenado.
I . - Intensidad nominal.
2
P.' = 364· m ·v d
11:2'
5.5.7. Tiempo de frenado (tF)
P,,2
-
mv-
n-
Momento dinámico, en kgm'. Masa, en kg. Velocidad lineal, en m/s. Revoluciones, en r pm.
t, = 0,5 a 0,75 de t, t, - Tiempo de arranque, en segundos (s). 5.5.8. Potencia térmica equivalente (PrHl
5.5.3. Potencia absorbida por el motor (P.) Pa = M· w R
Prn =
5.5.4. Potencia de arranque (P) l P = 08 · P· 2' ' • l
P1 y P1 son las potencias desarrolladas en cada fase.
,.
PN -
Potencia nominal.
IA -
Intensidad de arranque.
k = 2,8 si n, del motor es de 3.000 rprn. k = 2,5 si n, del motor es de 1.500 rpm. k = 2,2 sin, del motor es de 1.000 rpm.
k = 2,0 si n, del motor es de 750 rpm.
In - Intensidad nominal.
m
5.5.5. Tiempo de arranque (t.) / : (l)N(
.r,,,,,... + .f=gal-
A,fM medir, - MRJHIUlio
a
roN - Velocidad nominal.
Tm,i., T""8"/m,,.,,. -
POTENCIA MOTOR PARA TRES TIPOS DE MOVIMIENTO
Tres son los movimientos más comunes en las aplicaciones de motores, como son las que se refieren a: • Movimiento de rotación (ventiladores, bombas, agitadores, mezcladores, etc.)
Jvlomento motor.
• •
Momento carga/motor. ,W"' ..,.¡;,, - Pa.r motor medio. M. ,. - Par resL-,tente medio.
Movimiento de traslación (mesas de mecanizado, puertas, carros, etc.). Movimiento de elevación (ascensores, montacargas, polipastos, grúas, etc.)
AfflWIQ
Nota: todos los movimientos parten de la rotación del eje del motor.
5.5.6. Potencia de frenada (PF)
5.6.1. Potencia de rotación l P, = 0,75 P., ...l..
P= Mt ·n (kW)
r.
955
P, - Potencia de frenado del motor. PN - Potencia nominal.
Mt - Moment o de torsión, en daNrn. r1 -
92 •
© Ediciones Paraninfo
Revoluciones, en rpm. © Ediciones Paraninfo •
93
Motores trifásicos
Fórmulas de cálculos para motores trlfósiccs
5.7.2. Fórmula de cálculo del factor de potencia (cos <¡>)
5.6.2. Potencia de traslación
P= F · v
(kW)
A partir de la potencia útil de un motor 1:
1.000
P.
COS
F=µ ·m·g
= -J?, =3-.-U~.-,-.-,,
P" - Potencia útil, en kW.
F - Fuerza de traslación, en daN. v - Velocidad lineal, en m/s. ,u - Coeficiente de fricción. m - Masa, en kg. g - Gravedad (9,81).
U- Tensión, en V. I- Intensidad2, en A . 17- Rendimiento. El que dé el fabricante para el motor.
5.7.3. Compensación del factor de potencia para motores trifásicos 5.6.3. Potencia de elevación
P= m · g·v
(kW)
,, · 1.000
mgv11 -
Masa, en kg. Gravedad (9,81) Velocodad lineal, en m/s. Rendimiento.
La compensación del factor de potencia puede hacerse individualmente para cada motor o de forma colectiva para un conjunto de motores. La compensación podrá hacerse también con valores fijos de capacidad o variables, en función de la situa.ción real de la instalación (véase Tabla 5.3). Tabla 5.3 Capacidad reactiva a instalar en función de la potencia y la velocidad del motor (polaridad)
m
Un motor eléctrico tiene el factor de potencia señalado por el fabricante, cuando funciona a sus valores nominales (tensión, intensidad y frecuencia), es decir, a plena carga. Cuando el motor fw1ciona en vacío o con poca carga, el factor de potencia es muy bajo (se aleja de la unidad). En la Tabla 5.2. puede apreciarse cómo mejora el fac-1:or de potencia (cos q>) a medida que aumenta la carga. El factor de potencia se puede compensar (mejorar) conectando condensadores a la red eléctrica.
5.7.1. Valor del factor de potencia en función de la carga del motor
CV
11
1S
2,5
18 30 45 75 110 160 200 250
25 -40 60 100
5 5 10 15 25 35
1
~
11
40
1
40 50 55
1
150 218
I'
274 340
50
2S ·s
75 15 20
Jl
1
2,5
s
7,5 1o15 25 30 40 50 60
l5
,u
15
1 63
1
~º
50
60
70
Para evitar 1a autoéxcitación no deben conectarsé condensadores directamente en los bornes del motor, cuando Ja potencia reactiva supere la señalada en esta tabla. También es aconsejable que los condensadores no sean conectados antes que el motor, cuando el arranque se haga por resistencias, inductancias, conexión estrella ..tr iángulo o por autotransform.ador.
Tabla 5.2 Motor asíncrono ordinario con carga
Cuando el arranque se haga por medio de un arrancador electrónico, los condensadores nunca se conectarán aguas abajo del arrancador.
c::=:11o!ora!i1nciót\ci lii'iliíiirlo con cafi[a
94 • © Ediciones Paraninfo
kW
Aft WVAP
Observación
El factor de potencia de un motor asíncrono depende de sus características constructivas, tamaño, número de polos, velocidad, frecuencia y tensión, y muy especialmente, del régimen de carga; en vacío, el factor de potencia es muy bajo, mejorando a medida que aumenta la carga, tal como puede apreciarse en la Tabla 5.2.
dalmofor
0% 25% 50% 75% 100%
a
Para motores con velocidad alncrona da: ~.OOOrnm 1,500mm 7.50 n,m 1.000 !]>ffl
1
COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA (COS <¡>)
%
,na,m--
Lo mejor, siempre que sea posible, es tener un sistema automático de compensación del factor de potencia.
1
La que se indica en la placa de caractc.rfstkas del motor. © Ediciones Paraninfo •
95
Motores trifásicos
m
Fórmulas de cálculos para motores trlfóslcos
RENDIMIENTO DE UN MOTOR A PLENA CARGA
Tabla 5 .5 Rendimiento de los motores en función de la carga, respecto a la nominal 1 1
El rendimiento de un motor a plena carga será el indicado por el constructor en el cuaderno de características del motor. También se puede calcular a partir de los datos recogidos en la placa de características del motor.
...
Randlmlentii an %, ~ - t o al valor da la ca= nominal
81 80 79 77
S.8.1. Fórmula de rendimiento
75,5 74 73 72 71 70 68 67 66 65 64 62 61 60 59 57 56 55 54 53 52 51 49 57 46 45
Relación entre la potencia útil (P,) y la potencia absorbida (P,).
P;, 17 % = - ·100 (%) P;, P. - Potencia útil cedida por el motor, en kW, la que leemos en la placa de características del motor. P. - Potencia absorbida por el motor de la red eléctrica. S.8.2. Potencia útil cedida por el motor
la potencia útil cedida por el motor se calcula por la siguiente fórmula: p =
•
,/3 ·U · I ·cos q> · ,¡ (kW) 1.000
S.8.3. Rendimiento a partir de la fórmula anterior
Fórmula obtenida a partir de la fórmula con la que se calcula la potencia útil (P J p 17 = r::. • · 100 (%) v 3 ·U · f ·cos
oun
~ n
82 81 80 79,5 78,5 77,5 76 75 73
82 81 80 79 78 77 76 75 74 73
72
72
7Q
71
71 70 69 68 67 66 65
1
89 68 67 6§
64
1
(4
70 69 67.5
66.5 65
·s4·
1
§3
62
1
:so,s 59,§' Sfl,5 58
..
57
·54
.52 51 50
63 62 61 60 59 58 57 56" 55
11
80,5 79,5 78,5 77,5 76.5 75 74
'ª7g
53
1 l
' '
:
71
65 64
·s3 !l2
61
, 59.5 ªº·s 1
sa~
'
57 56 55 54
54
-
~n
"
53 52 51
Tabla 5 .6 Variación del re ndimiento, con la variación de carga del motor
S.8.4. Tablas aplicadas al rendimiento de motores eléctricos
Como se ha indicado, el rendimiento óptimo de un motor se consigue cuando trabaja a plena carga y es mejor en los motores de mayor potencia que en los de menor potencia En las tablas que se insertan a continuación pueden apreciarse estos dos conceptos. Tabla 5.4 Rendimiento aproximado para motores trifásicos trabajando a plena carga
Entre: 0,18 y 0,37 Entre: 0,55 y 075 Entre:1,1 y4 Entre: 5,5, y 15 Mayor de 18,5 96 •
© Ediciones Paraninfo
o;';oé,:=::, OllO
93,5 92,5 91,5 91 90 89 88 87 86 85 84
83 82 81
73 72
71 70 69 68 67
66
65
64
63 62 61 60 © Ediciones Paraninfo •
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Motores trifásicos
Fórmulas de cálculos para motores trlfóslcos (Viene de la página mzh.>rior)
80
59 58 57 56 55
79
n
75,5
74 73
54
72
53
56": 55 54 53
¡;,
71
m
,J3 · U ·f ·cos
5,
1.000
·(1-11)
m:I ARRANQUE Y FRENADO DE MOTORES A continuación, mostramos las principales fórmulas de arranque y frenado de motores.
POTENCIA PERDIDA POR EL MOTOR
Cuanto mejor sea el rendimiento del motor, menor será la potencia perdida. 5.9.1. Potencia perdida
La potencia perdida por el motor es la su ma de las pérdidas en los bobinados eléctricos, las pérdidas en los circuitos magnéticos y las pérdidas mecánicas.
5.10.1. Tiempo de arranque (t)
Para calcular el tiempo de arranque de un motor, es preciso conocer: •
Características del par/velocidad de la máquina a accionar.
•
Características del par velocidad del motor, teniendo en cuenta el tipo de motor y el procedimiento de arranque utilizado.
•
El par de impulsión GD' del conjunto motriz (motor-transmisión máquina).
Pp =P• - Pu P. - Potencia absorbida por el motor. P" - Potencia útil suministrada por el motor.
Fórmula para calcular el tiempo de arranque (t.)
El tiempo de arranque viene dado por la siguiente expresión:
5.9.2. Potencia absorbida por el motor
GD2 • n t= - - • 375 · M.
Potencia absorbida por el motor desde la red eléctrica.
t, ,/3 ' U ' f 'COSlf! (kW) Pa= ----_..c... l.000
5.9.3. Potencia útil cedida por el motor
Tiempo de arranque, en segundos (s).
GD' - Pr de impulsión, en kgm2.
M, -
Par de arranque, en kgrn.
n-
Velocidad de rotación, en rpm.
Potencia cedida por el eje del motor en forma de potencia mecánica y en rotación.
., • JI
t= - - • 375 · M
p = ,/3 ·U · 1 · cos<¡> ·1¡ (kW) "
1.000
Duración máxima del arranque (t.)
La diferencia entre ambas fórmulas es la potencia perdida(~)-
t =4+2#
•
5.9.4. Fórmulas de potencia perdida
t =4+ •
..J3P,
1.a potencia perdida corresponde a la diferencia entre la potencia absorbida de la red y la potencia cedida por el eje del motor.
t, -
tiempo máximo de arranqu e, en s.
Pr =P, - (P. · r¡) Pr = P. (1- r¡)
PP1 -
Potencia, en kVv. Potencia, en CV.
98 • © Ediciones Paraninfo
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Motores trifásicos
5.10.2. Frecuencia de arranque
En el arranque de un motor debe considerarse la influencia del propio arranque. Cuanto más tiempo dure el mismo, tanto más serán las pérdidas y tanto menor el número de arranques posibles. El tiempo de arranque será directamente proporcional al momento de inercia PD', e inversamente proporcional al par de aceleración. Si los motores han de arrancar frecuentemente, es necesario tener en cuenta la fórmula que se presenta a continuación para calcular la frecuencia de conexión.
CAP Í TULO Z - Frecuencia de conexión. Z, - Frecuencia aproximada de conexión.
fo - Factor de carga. GD ' - Momento de inercia del motor.
" GD; - Momento de inercia adicional.
GUÍA PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES
6.1. Elección del motor 6.2. Especificaciones técnicas generales para la selección de motores 6.3. Características eléctricas del motor 6.4. Características mecánicas del motor 6.5. Condiciones ambientales del lugar de trabajo del motor 6.6. Documentación que proporcionará el fabricante 6.7. Formas de funcionamiento de un motor 6.8. Formas de arranque de los motores 6.9. Representación simbolizada de motores trifásicos
100 •
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lntroduc.dón a la mecánica del movimiento
Motores trifásicos
m
ELECCIÓN DEL MOTOR
Para elegir un motor destinado a una determinada aplicación habrá que tener en cuenta una serie de conceptos de tipo eléctrico, mecánico y ambiental. En este apartado se recogen los pri.ncipa.les parámetros que debemos considerar en el momento de elegir un motor, ya que como bien sabemos, en el mercado hay muchos fabricantes para poder suministrar el motor que mejor convenga a la aplicación: a)
Respecto a la parte eléctrica
• • • • • • • • b)
Tensión de la red eléctrica. :Frecuencia de la red eléctrica y del moto.r. Potencia eléctrica necesaria. Velocidad a suministrar. Grado de protección (IPX.X). Tipo de arranque del motor. Si tiene inversión de giro . Si se va a soHcitar al motor variación de velocidad electrónica.
Respecto a la parte mecánica
•
Todas las características de funcionamiento de la máquina a la que se aplica el motor. Tipo de transmisión motor-máquina .
• • Cl.ise de servicio qu.e se va a requerir .il motor• •
• • • • • • •
• e)
Par de acciomunicnto necesario (M). Potencia útil necesaria (PJ Velocidad de entrada. .Factor de marcha ED. Si precisa variador mecánico de velocidad . Posición del motor en la máquina o accionando el reductor. Posición del eje y de la caja de bornes del motor. Diámetro del eje del motor. Forma de andado del motor (patas o bridas) .
Respecto a condiciones ambientales •
• • • • • •
Altitud. Temperatura de ambiente. Atmósfem donde va trabajar el motor. Riesgos de explosión• Ambientes corrosivos . Ambientes húmedos . Pintura interior y color exterior.
Además de los datos listados en esta relación, puede haber otros que interesen por las circunstancias particulares de la aplicación y que se deta.llan más ampliamente en este capítulo. Cuantos más datos suministremos, más fácil será adquirir el motor que satisfaga las necesidades rea.les de la aplicación. 102 • ©Ediciones Paraninfo
m
ESPECIFICACIONESTlCNICAS GENERALES PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES
A partir del listado de características que se relacionan en el ptmto anterior, se hace
un repaso por las principales especificaciones que recogerá el «cuaderno de cargas» referente al motor que se necesita. El cuaderno de cargas o de especificaciones debe ser lo más completo posible para evitar sorpresas en el momento de la puesta en servicio de la máquina accionada por este motor. Se suminish·ará el motor que se necesita, cuando: • Tengamos definida la aplicación . • Se hayan rea liza do los cálculos oportunos. • Se haya definido la forma de marcha. • Se haya confeccionado el «cuaderno de cargas».
m
CARACTERÍSTICAS ELtCTRICAS DEL MOTOR
Un motor queda definido por sus características, cuantas más, mejor; as! será más fácil recopilar los datos para realizar los cá.lculos que procedan para su aplicación lndustrial. l..ls características de los motores son muchas, de acuerdo con las normas y medidas constructivas, figuras y esquemas, valores eléctricos, datos mecánicos, fonnas de conexión, información sobre conservación y manten imjento y otras.
6.3.1. Normas aplicadas El cuaderno de cargas se realizará de acuerdo a w1as n.o rmas, que en nuestro caso serán: • Normas IEC. • Nonnas CEN, EN. • Nonnas UNE. • Normas CENELEC. • Nonnas propias, si las hubiera.
6.3.2. Tipo de motor En este caso, se tratai·á de un motor trifásico, asíncrono, de inducción, con rotor en cortocircuito y ejecución simple en «jaula de ardilla». Si el motor tuviera otras características en la conslTUcción del rotor, habrá que especificarlas para que sean tenidas en cuenta.
6.3.3. Tensión de la red (U) a la que se conecta el motor l..l tensión de la red eléctrica trifásica a la que se conectará el motor será de 400 V a frecuencia de 50 Hz. © Ediciones Paraninfo •
103
Introducción a la mecánica del movimiento
Motores trifásicos
6.3.4. Tensión (U) del bobinado del motor
El bobinado del motor estará dL~puesto para trabajar a las tensiones de 400/690 V, y su conexión en la caja de bornes será en triángulo (ii). Nota: este motor pod.r.á conectarse en conexión es trella-triáng1.1lo, si se considerase necesaria esta forma de conexión.
1ambién se puede determinar el deslizam.iento máximo admitido, por ejemplo, 5%. A partir de este va lor se p uede establecer la gama posible de velocidad asíncrona para el motor. Se indicará si se van a dar sobrevelocidades en un determinado porcentaje (%). 6.3.11. Inversión de giro
L11 potencia nominaJ o útil del motor dependerá, además de la tensión (U) y de la intensidad (T), de los valores del factor de potencia (cos q,) y del rendimiento (17).
Puede indicarse esta maiúobra de acuerdo con la norma lEC 34-7: • Lado D: lado de accionamiento. • Lado N: lado opuesto a Laccionamiento. • Sentido de las agujas del reloj: CW. • Sentido contrario a las agujas del reloj: CCW. (Ambos sentidos vistos desde el lado O).
6.3.6. Intensidad nominal (l.) del motor
6.3.12. Par máximo del motor (Mm)
Dados los valores de la potencia y tensión del m otor, se obtendrán los valores de la intensidad absorbida por el motor, segñn sea su conexión. Se podrá indicar al fabricante del motor la relación entre las intensidades de arranque del motor (l.) y la intensidad nominaJ (IJ en la fase de arranque, por ejemplo:
Se indicará lo que convenga a la aplicación.
6.3.5. Potencia nominal (P) del motor
La potencia se expresará e.n kW. Los valores norm.i,lizados de potencia se enruentran en la norma IEC 72.
• Para los motores de hasta 40 kW, fJT. s: 8 • Para motores de potencia superior a 40 kW, 1.fl. s: 5.
La relación enb:e el par de arranque (M,,) y el par de arranque máximo (M•.) requerido (M,.,/M,), no será inferior, por ejemplo, a 1,6. 6.3.13. Factor de potencia (cos ¡p)
6.3.7. Arranque previsto
BI factor de potencia depende de la potencia del motor, de su construcción y del trabajo qu.e rea lfaa el motor en un momento dado en vac.fo, bajo factor de potencia y en carga mayor.
Se indicará si el motor va a tener arranque directo o indirecto, o si será por arrancador estático o por equipo elecb•ónico de variación de velocidad.
6.3.14. Rendimiento del motor( ,¡)
6.3.8. Clase de servicio
El rendimiento de un motor será el indicado por el fabricante cuando el motor fw1ciona a sus vaJores nom inaJes.
Se distinguen ocho clases de servicio para los motores (Sl a SS). Se indicará con claridad la clase de servicio a la que va a trabajar el motor, para as! poder conb·olar su correcto fw1cionamiento y que la temperatura de sus bobinados no supere los va lores de régimen nonnal.
6.3.15. Motores con rotor bobinado
Es te tipo de motores vendrá equjpado con las resistencias adecuadas al motor. Se tendrá que señalar al fabricante en cuántos puntos se va a reaJizar el arranque, por ejemplo, 3 resistencias en serie por fase.
6.3.9. Aislamiento
Hay que indicar con claridad la clase de aislamiento, por ejemplo, F y elegir una clase de aislam.iento que se corresponda con la necesidad real del lugar de instalación (humedad, intemperie, etc.) 6.3.10. Velocidad (n) y deslizamiento (s) La velocidad se expresará en revoluciones por m inuto (rpm). Se puede deteTminar la velocidad síncrona del motor, por ejemplo: 1.500 rpm.
104 •
© Ediciones Paraninfo
6.3.16. Motores que incorporan freno
Se pedirá que el motor incorpore freno cuando interese a la aplicación. El fab1:icante nos indicará las características eléctricas y mecánicas de este freno 6.3.17. Termistores
Los temústores PTC que se instalan en el interior del motor tienen por finaJidad, controlar la temperatu ra del bobiJ1ado del motor. © Ediciones Paraninfo • 105
Introducción a la mecánica del movimiento
Motores trifásicos
Se deberá indicar el número de tennistores a instalar, generalmente uno o tres y el tipo, que normalmente es PT-100. En los motores de serie no se incluyen termi~tores, por lo que si se quiere su equipamiento, deberá u,dicarse expresamente.
La Tabla 6.1 muestra el grado de calidad según las normas ISO 1940 (normal), IBC 34-14 e TSO 2373. Tabla 6.1 Grado de calidad N según ISO 1940 (normal), IEC 34-14 e ISO 2373
6.3.18. Resistencia Interior de caldeo
Esta resistencia tiene la finalidad de eHminar la hmnedad que se haya podido acumular en el interior del motor por efecto de condensación. No se i:ncluyen en los motores de serie, por lo que si se quiere su equipamiento, deberá mdicarse expresamente. Estas resistencias solo entrarán en servicio cuando el motor esté fuera de servicio.
m
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL MOTOR
Las ca racterfs ticas mecánicas de los motores deberán ser tenidas en cuenta en el momento de estudia r su apljcación, tanto en lo que se refi.e re a l mon taje mec~ nico (fijación y acoplamienl'O) como a la instalación y la conexión eléctrica. 6.4.1. Forma constructiva
Se tiene que indka r con claxidad la forma constructiva que conviene a la utilización. Las designaciones se establecen en el Código Il de la me 34-7 para posiciones de montaje y fonr1as constructivas. Los moto1·es tienen diferentes fo.r mas constructivas, lo que permite adaptru:se a las necesidades de la aplicación. El motor se elegirá siempre de acu.e rdo con su entorno exterior, sujeto a bridas o patas, trabajando en posición hori zontal o vertical, con salida del eje respecto a la caja de conexiones determinada, con una posición concreta de la misma, etc. En el Apartado 4.2.10, se han 1:epresentado las formas constructoras de algunos motores. 6.4.2. Envolvente del motor
Cuando así interese, se i:ndicará el material con el que debe estar construida la carcasa, como fundición de hierro, aleación de aluminio o acero. En otras ocasiones, elegiremos dentro de lo que se encuentre en el mercado.
6.4.4. Nivel de ruido
Hay que prestar atención cuando el lugar de implantación sea silencioso, paxa no penalizarlo con un motor o motores ruidosos. Los m.o tores cumplirán las recomendaciones de la norma me 34-9. 6.4.S. Cojinetes (rodamientos)
Curu,do asf se requiera, se indicará si la caja que los conti(me deberá tener una impermeabilización determinada. 6.4.6. Grado de protección IP
Segú n la norma IEC 34-5, es muy importante elegir correctamente los grados de protección contra la penetración de polvo y humedad en atención ol luga r de implantación del motor. 6.4.7. Caja de bornes
Se hará constar, en el caso de que asl se precise, las caxacterfsticas pmliculares de la caja en lo que se refiere a dbnensionado, prensa-estopas, conductos roscados, etc. 6.4.8. Toma de puesta a tierra
Si la toma de puesta a tierra se pi:efiere en un lugru: determinado del motor, habrá que precisarlo. 6.4.9. M anipulación del motor
Se precisará si el motor debe llevar cáncamos para facilitar su manipulación en las operaciones de montaje y desmontaje en su plataforma o lugar de trabajo o de reparación.
6.4.3. Equilibrado del motor
6.4.10. Tornlllería
El motor estará equilibrado dinámicamente con chaveta ente.ra en el extremo del eje, según grados ISO 1940 o VDI 2060.
Se defuúrá el tipo de tornillería que mteresa cuando las condiciones ambientales en las que debe trabajar el motor lo reqweran.
106 • © Ediciones Paraninfo
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Motores trifásicos
Introducción a la mecánica del movimiento (Viene de la página anl<'l'ior)
6.4.11. Pintura
Se indicará si la pil1tura debe ser resistente a la corrosión, a la intemperie, a los gases u a otros agentes que puedan atacar a la carcasa del motor. Se mdicará el espesor de la capa o capas de pintura interiores (micras) y también, si il1teresa, el color de la capa externa.
.37
8.000 15.000 30.000
356 120 11
-56.5 -56;5
0525 O 194
0,13
74 51
0,020
6.5.1. Temperatura ambiente 6.4.12. Placa de características
Su contenido se corresponderá, como minilno, con lo señalado en la norma IEC. Podrá mdicarse el material de la placa u otras observaciones que por las condiciones ambientales puedan iJ1teresar. 6.4.13. Motores e speciales
La temperatura de aJ11biente normal será igual o m ferior a 40° C. Señalar, si procede, que no se superarán los límites de temperatura aJ11biente superiores a 40° Cestablecidas en las normas IEC 85 e JEC 34-1.
En el caso de que la temperatura ambiente sea superior a 40° C, deberá indicarse expresamente. Tabla 6.3 Reducción de la temperatura máxima de refrigeración para evitar la corrección de la
potencia por efecto de la altitud.
Se trata de un tema muy importante el que se refiere a los motores especiales y que tienen que trabajar en atmósferas peligrosas con riesgo de incendio o explosión. Se trata de motores especiales en lo que atañe a su cierre y estru1queidad, tanto en la parte iJ1tema del motor, como en la caja de conexiones.
Altitud da amplazamianlo
Tamparatura múima
O hasta 1.000 1.000 hasia 2.000 2.000 hasta 3.000 3.000 hasta 4.000
40 35 30 25
Conviene asegurarse de que el suministro se corresponde con la necesidad de prevenir cualquier riesgo de accidente. Estos motores pueden ser:
•
Motores con seguridad aumentada Motores ru1tidefragantes. Motores ru1ti-explosión.
• •
m
Se prestará atención a las limitaciones de par que puedan darse por temperaturas de refrigeración superiores a 40° C (Tabla 6.4). Tabla 6.4 Corrección de la potencia en función de la temperatura ambiente
CONDICIONES AMBIENTALES DEL LUGAR DE TRABAJO DEL MOTOR
Temperatura ambienta
•e
s40 s45 s50 s55 >55
Para la elección y cálculo de los motores se tendrá en cuenta el lugar donde vru1 a trabajar, ya que las condiciones runbientales p ueden influir en el comportamiento del motor y afectar a su dimensionado, tal como se puede apreciar en la Tabla 6.2. Tabla 6.2 Atmósfera normalizada según la norma DIN ISO 2533 Altitud con respecto al nlval del mar
Temperatura
m
•e
mbar
15 11,8 8,5 2 -11
1.013 955 899 795 616
1
o· 500 1.000 2.000 4.000
-
-
108 • © Ediciones Paraninfo
Presión
Presión da saturación
Punto da abulllción dal agua
kalm'
mbar
"C
1,226 1,168 1,112 1,007 0,8 19
17
100 98 97 93 87
Densidad
13,7 11 7 2,4
-
Reducción dlí po
Observaciones:
Tomar la potencia nominal
8
17 25 Consultar con el fabricante
6.5.2. Altitud a la que se instala el motor
La altitud a que se iJ1stala el motor puede influir en el rendilniento del motor, por lo que cuando se superen los 1.000 metros de altitud, se tendrá en curu1ta esta circunstru1cia. Hasta 1.000 metros de altitud, no se considera penalizante este parámetro La corrección de la potencia en función de la altitud es la siguiente:
• •
-
Hasta 1.000 m, sin reducción de potencia Por encima de los 1.000 m, reducir la potencia del motor en 1% por cada 100 m que se eleve la latitud de instalación del motor. © Ediciones Paraninfo •
109
Motores trifásicos
m
Introducción a la mecánica del movimiento
Las sobrecargas pueden ser puntuales, o mantenidas en el tiempo, por ejemplo un 10% por encima de la potencia nominal.
DOCUMENTACIÓN QUE PROPORCIONARÁ EL FABRICANTE
Nota: los motores soportan, de acuerdo con la norma VDE 0530/40, una vez al-
Por lo general, los motores vienen acompañados de u na amplia documentación, que suele ser suficiente para efectuar los cálculos correspondientes a su aplicación, y que incluye los datos para su instalación mecánica
canzada la temperatura límite, una corriente de 1,5 veces la nominal (1,51,), durante dos minutos, sin daño. Los impulsos de sobrecarga están limitados por el par máximo.
A continuación, se reswne la información que acompaña a los motores: • • • • • • •
•
• • •
• • • •
•
m
Razón social del fabricante y distribuidor. Dimensiones generales del motor y su peso. Detalles constructivos y de funcionamiento. Dimensiones de la caja o cajas de bornes. Situación del ternúnal de puesta a tierra. Esquema del bobinado del motor y conexionado (si se pide). Características eléctricas del motor. Si el motor es de rotor bobinado, además de las características del motor, las correspondientes a las resistencias rotóricas. Si el motor es con freno, tainbién se indicará esta circunstancia, además del esquema correspondiente y los datos necesarios para su ajuste. Clase térmica de aislamiento . También, si el motor incorpora otros elementos. Factor de marcha . Características de los cojinetes o rodamientos . Instrucciones de mantenimiento. Listado de repuestos y su identificación. Otros datos .
FORMAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR
Un motor puede tener varias formas de funcionamiento durante su proceso de marcha: a) En vacío. Se dice que un motor está funcionando en vacío cuando no desarrolla trabajo y solo absorbe la corriente necesaria para mover el rotor del motor, el reductor y la máquina sin realizar trabajo. En este caso, el motor tiene un factor de potencia muy bajo (cos rp) y tiene un consumo elevado de potencia reactiva (kVAr). Hay que evitar que los motores funcionen en vacío. b) En carga. Un motor funciona en carga cuando realiza un trabajo y el circuito eléctrico del motor está alimentado a los valores nominales señalados en la placa de características del motor (tensión, intensidad y frecuencia).
d) Con defecto eléctrico:
• • • • •
m
Si el bobinado del motor tiene u na fase que está en contacto con su masa metálica (contacto indirecto), lo que implica w1 peligro para las personas. Si tiene las fases desequilibradas, por ejemplo, si hay contacto entre espiras. Si el bobinado tiene defecto de aislamientos. Si el motor se alimenta a tensión diferente a la nominal. Si no se realiza la forma de conexión que le corresponda al bobinado del motor y si la tensión de la red eléctrica no es la adecuada.
FORMAS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES
los motores pueden conectarse a la red eléctrica de dos formas diferentes: suministrándoles desde el inicio la tensión nominal (arranque directo) o iniciando la conexión con una tensión inferior a la nominal (arranque indirecto). a) Arranque directo. Un motor arranca en directo cuando se le alimenta con el valor nominal de la tensión. b) Arranque indirecto. Un motor arranca de forma indirecta, cuando el motor se alimenta inicialmente con u n valor de tensión inferior al nominal, caso de la conexión estrella-triángulo. Los procedimientos de arranque indirectos más empleados son: • Conexión estrella-triángulo. • Por resistencias estatóricas. • Por resistencias rotóricas. • Por autotransformador. • Por arrancadores estáticos. e) Otras formas de arranque. • •
Por arrancador estático. Por reguJador electrónico de frecuencia.
En la Figura 6.1 se muestran dos ejemplos de arranque realizados por accionainiento manual mediante interruptor y corunutador Y-11.
c) En s obrecarga. Un motor fu nciona en sobrecarga, cuando se le solicita una potencia mayor que la nominal durante un tiempo.
110 • ©Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 11 1
Introducción a la mecánica del movimiento
Motores t rifásicos L1
L2 L3
L1
L2 L3
(Viene de la página anterior)
F
F
o
J..
u!
o - -
L.21
~¡
1
VI
x¡
-L3j ~w. -,o YI
Por medio de arrancador electrónico Arranque progresivo
máx. S In
Por medio de resistencias rotóricas Arranque en dos o más puntos de resistencias
2,Sa3,5 In
a
m
1
REPRESENTACIÓN SIMBOLIZADA DE MOTORES TRIFÁSICOS
~
U V
W
J,,,
--
Arranque indirecto.
-
r t
u
En el momento que se cierran
bornes X-Y-Z, con lo que la tensió "
1
X• y
.__
zj _:J
Símbolo
tor en (Y), se cortocircuitan los
V
!
Denomlnaclón
Símbolo
Cu ando se posiciona e l interrup~
--~)
1
Arranque directo.
En la Tabla 6.6 Se presentan los principales símbolos que se util izan en esta obra. Tabla 6.6 Simbolos de motores trifásicos
~-
M
1
Bobinado
dél moto,
los contactos del in terruptor
a que
U~ - - --<> X
(1) V
están sometid as las
Y
Wo--,--1-<)Z
fases del motor es de 230 V. En
Representación de las tres fases de un motor trifásico
{6) ~
~
Denomlh8Clón Reptesentadón de la caja de bornes o conexión de un motor bifásico
esta conexión, el motor trabaja a menor tensión que para la que está preparado (400 V). Después de un tiempo funcionan-
se suministra al motor la ten-
do en (Y) se pasa a la conexión
sión de la linea, 400 V.
(6), en la que las fases del motor
Motor trifásico
Motor trifásico.
Símbolo general
Conexión tdángulo.
Motor trifásico
Disposición de las placas en las oonexiones triángulo (D) y estrella (Y)
estarán sometidas a la tensión de linea, 400 V (su valor nominal).
(8)
(3) Conexión estrena
Figura 6.1 Esquema que representa un arranque directo y un arranque indirecto
6.8.1. Intensidades absorbidas por un motor trifásico en función del tipo de arranque
La Tabla 6.5 recoge la intensidad absorbida por el bobinado del motor en la fase de conexión del motor a la red eléctrica (arranque) en función al tipo de arranque.
U V W
U V W
Motor trifásico dispuesto para su conexión en estrella-triángulo
(4)
Tabla 6.5 Intensidad absorbida en el arranque según el tipo de éste Z
X
Motor trifásico con rotor bobinado.
{9)
Salidas K-L-M
K L M
Y
Tipo de arranque Directo. A plena carga En conexió·n estrella-triángulo (Y-6) Arranque en dos puntos de tensión Por medio de resistencias estatóricas Arranque en dos o más puntos de resistencia Por medio de autotransformador Arranque en dos o más puntos de tensión 112 • ©Ediciones Paraninfo
1,65 a 5 In
(5) 3a3,5 In
Motor trifásico de J velocidades con bobinados separados conectados en estrella.
Motor trifásico de
(10)
2 velocidades con bobinado único tipo Dahlander (conmutación de polos)
1,S a 3,2 In
© Ediciones Paraninfo •
113
CAPÍTULO
CONEXIÓN A LA RED DE MOTORES TRIFÁSICOS 7.1. las tres fases del bobinado de un motor trifásico con rotor en cortocircuito 7.2. Formas de conexión de un motor tr ifásico con rotor en cortocircuito 7.3. Conexión de los motores t rifásicos en función de su tensión 7.4. Ejemplos de conexión de motores
75. Formas de arranque de motores trifásicos 7.6. Protección eléctrica de los motores 7.7. Aparatos para la alimentación de motores 7.8. Conexión a tierra de la carcasa del motor 7.9. Posibles formas de combinar aparatos en el circuito de arranque para motores trifásicos 7.10. Arranque directo de un motor trifásico con rotor en cortocircuito 7.11. Representación unifilar de diferentes formas de disponer los elementos de protección y accionamiento en el circuito del motor
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motore.s trlfdsicos
7.12. Esquemas para el arranque directo de motores trifásicos
7.13. 1nversión de giro para un motor trifásico
m
LAS TRES FASES DEL BOBINADO DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO
7.14. Arranque de un motor trifásico en conexión estrella-triángulo 7.15. Esquema de arranque de un motor en conexión Y-1,.
En este apartado se estudia el bobinado del motor, que es relativamente simple y que consta de tres grupos de bobinas a las que se denomina fases.
7.16. Variante de la conexión estrella-triángulo 7.17. Arranque de un motor trifásico con resistencias estatóricas
7.1.1. Representación del bobinado de un motor trifásico
7.18. Esquema de un arranque por resistencias estatóricas
El bobinado de un motor trifásico está constituido por tres grupos de bobinas (fases), con sus correspondientes principios y finales (Figura 7.1).
7.19. Arranque de un motor trifásico con autotransformador
-u
7.20. Esquema de un arranque por autotransformador
)(
-
Principios de fase:
V
y
U- V- W
-
~
Finales de fase:
w
7.21. Arranque de un motor trifásico con rotor bobinado 7.22. Esquema de un arranque por resistencias rotóricas
X- Y- Z
7.23. Arrancadores electrónicos estáticos para motores trifásicos Figura 7.1 Representación del bobinado de un motor trifásico
7.1.2. Presentación de la caja de conexiones respecto al bobinado
Cada una de las tres fases del bobinado o devanado del motor (Figura 7.2) están
constituidas por igual número de grupos de bobinas.
u V
w Caja de bome& o conaxiofteG
Bobinado del motor
F'igura 7.2 Caja de conexiones y las tres fases del motor
7.1.3. Caja de conexiones
En la Figura 7.3 se muestra la disposición en la caja de conexión de los bornes principios de fase (U-V-v\T) y finales de fase (X-Y-Z).
X
Y
U
V
'N
X
Y
2
Z
Conexión estrella M .
Conexión triángulo(&).
Figura 7.3 Disposición de los principios y-finales de las tres fases en la caja de conexiones © Ediciones Paraninfo• 117
Motores trifásicos
m
ConeKión a la red de motores trlftlllcos
FORMAS DE CONEXIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO
Tres son las formas de conexión y que se representan a continuación en las Figuras 7.4 y 7.5, donde se muestra la disposición de la las placas en la caja de conexiones para realizar las conexiones estrella (Y) y triángulo (Ll.).
m
CONEXIÓN DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS EN FUNCIÓN DE SU TENSIÓN
La conexión de un motor depende de sus características, que como se indica en el punto anterior, vienen reflejadas en la placa de caracterL,ticas. A partir de su placa y de la tensión que dispongamos en la red, se determinará la forma de conexión. Es muy importante que el electricista sepa hacer la lectura de la placa y así elegir la
a) Conexión estrella (Y) Cortocircuitados los bornes Z-X-Y.
b) Conexión triángulo (il) Unidos los bornes U-Z, V-X y W-Y
Alimentación por U-V-W
Alimentación por U-V-W
/
L1
t2
L3
(¡j
(
,,,
(X)
LI
1.2
L3
'
/
j
J
{v)
'
' Figura 7.5 Conexión triángulo
Figura 7.4 Conexión estrella
A continuación, se muestran las fórmulas que se aplican en la conexión estrella (Y) y triángulo (Ll.):
Fórmulas de la conexión estrella (Y)
Fórmulas de la conexión triángulo (Ll.)
U=U f
~=J/,/3
u1- Tensión de fase; 11-
Intensidad de fase.
U - Tensión de línea; I - Intensidad de linea. En la Figura 7.6 se muestra un esquema de la conexión estrella-triángulo (Y-Ll.). Nota: para realizar la conexión estrella-triángulo, la caja de conexiones deberá quedar despejada de sus placas de conexión. No hay que olvidar quitar las placas. L1
L2 U
V W
/
,!l
.:,i
forma de conexión que corresponda para cada caso.
m
EJEMPLOS DE CONEXIÓN DE MOTORES
Como se ha estudiado en el Apartado 4.1.7 (conexiones de los motores en función de su tensión), los motores trifásicos se pueden conectar (caja de coxiones) de tres formas diferentes, adaptándonos siempre a las características del motor o a u na determinada forma de arranque, teniendo en cuenta que la tensión de la red es normalmente 400V, aunque puede haber otras que son especiales. a) Motores unitensión. Consideraciones generales para motores trifásicos que se conectan a redes de 400 V.
•
Motor de 127 V. No se puede conectar.
•
Motor de 230 V Conexión estrella (Y).
•
Motor de 400 V. Conexión triángulo (Ll.).
•
Motor de 690 V. No se puede conectar a una red de 400 V.
Nota: Los motores unitensión no se pueden arrancar en conexión estrella -triángulo.
b) Motores bitensión.
•
Motor 127/230 V. No se puede conectar.
•
Motor 230/400 V. Conexión estrella (Y).
•
Motor 400/690 V. En arranque directo, conexión triángulo (Ll.). Puede arrancarse en conexión estrella-triángulo.
•
Motor 690/1000 V. No se puede conectar a una red de 400 V (Y-Ll.).
Nota: en conexión estrella-triángulo sólo pueden conectarse m<,tores bitensi6n, cuya primera tensión, la más pequeña, sea igual a la tensión de la red. Ejemplo: 400/690 V; de toda la gama de motores que se han citado solo el motor bitensiún 400/690 V.
~
Comportamiento de un motor conectado a dos tensiones: (v}
(7-
Sea un motor bitensión cuyas caraterística.s son: Z
L1
L2
Ll
X Y
U=230/400 V, I= 71,3/41A, cos
Figura 7.6 Conexión estreua ..triángulo 118 • ©Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 119
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
P. = J3 ·U· l , cosp = ' 1.000
/3 · 230
· 713 · 0,866 = 24,598 kW /" - Corriente de conexión.
1,00()
/n - Intensidad nominal.
Motor conectado a 400 V (T=41 A) P.= '
J3 ·U· l
• COS) = ..J3 · 400 · 41 · 0,866 1.000 1.000
= 24,599 kW
f, - Intensidad de corte.
,.,
1- Tiempo que dura el arranque.
(,!t- Intensidad de arranque directo.
Motor con tensiones especiales En instalaciones en las que se adapta la tensión suministrada por la red eléctrica a la conveniencia del usuario, podemos encontrar tensiones superiores a 400 V (690 V, 1.000 V u otras). Para su conexión, se hará el mismo razonamiento que en los casos ru1teriores
m
/ ,, - Intensidad de arranque indirecto. I,;
,· Los valores /t, /n, /0 Los valores
y t, corresponden al arranque directo de motores trifásicos.
r.l.,, / y t corresponden al arranque de motores trifásicos en los que se utilizan d iversas 0
formas de conexión, para reducir la intensidad absorbida durante el período de arranque (arranque in-
FORMAS DE ARRANQUE DE MOTORES TRIFÁSICOS
directo). Figura 7.7 Curvas de intensidad de arranque directo e indirecto de un motor
El arranque de los motores trifásicos con rotor en cortocircuito puede hacerse con diferentes procedimientos de conexión, como son; a) Arranque directo. Se suministra directrunente la tensión de la red al motor. Con esta forma de arranque y cuando se inicia con carga, el motor puede llegar a absorber de la red hasta 8 veces su intensidad nominal (8 In). Es un sistema utilizado para el arranque de motores de pequeña y media potencia, siempre que la punta de sobreintensidad que se produce durante un corto periodo de tiempo, lo adnúta la red eléctrica sin mayores consecuencias. b) Arranque indirecto. Su finalidad principal es la de reducir la intensidad absorbida por el motor en el período de arranque. El arranque se inicia suministrando al bobinado del motor una tensión inferior a la nominal, para que transcurrido un tiempo, curu1do se esté en tomo al 80% de la velocidad nominal, slll11inistrarle la tensión nominal. Varios son los procedimientos de arranque indirecto: • • • •
7.5.1. Inversión de giro de rotación del eje del motor El eje del motor puede girar a la derecha (igual a las agujas del reloj) o a la izquierda (contrario a las agujas del reloj). La elección del sentido de giro puede elegirse para motores con arrru1que directo y con arranque indirecto.
Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico solamente hay que crunbiar el orden de alimentación en dos de las tres fases, cualesquiera de éllas. No habrá inversión si se cambia el orden de alimentación a las tres fases del motor. 1.2
L'
U
1.3
V
L2
L1
w
u
L3
1/
w
Arranque en conexión estrella-triángulo (Y-~), Arranque con resistencias rotóricas. Arranque con autotransforrnador. Arranque por dispositivos electrónicos (arrancador progresivo).
En las curvas de la Figura 7.7 se aprecian las diferencfas entre un arranque directo y un arranque indirecto:
120 • © Ediciones Paraninfo
Orden de llegada de las fases: l 1-L2-L3
Orden de llegada de las fases: L3-L2-l 1
Figura 7.8 Motor con giro a la izquierda
Figura 7.9 Motor con giro a la derecha. © Ediclon~s Paraninfo •
121
Motores trifásicos
Conexión a la red de motores trijds;ccs
EZI PROTECCIÓN ELlCTRICA DE LOS MOTORES El bobinado del motor (circuito eléctrico) se protege contra sobrecargas, sobretensiones, sobretemperatura, la falta de una fase y la puesta de conductores activos a masa por medio de dispositivos eléctricos. Los principales problemas contra los que se han de proteger los motores se detallan en este apartado:
Nota: el interruptor automático magnetotérmico también cumple esta misi(m de protección contra sobrecargas en su parte térmica.
La Tabla 7.1 muestra la clasificación de los relés térmicos según el tiempo de respuesta (disparo). Tabla 7.1 Clasificación de los relés térmicos por su tiempo de disparo
r-Clase
7.6.1 Contra intensidades de cortocircuito
Los fusibles o cortacircuitos se colocan siempre en el inicio de la instalación (Figuras ZlO y 7.11). También se p ueden incorporar fusibles cuando el esquema tiene otros elementos de protección, como son los interruptores de tipo magnético (Figura 7.12).
---,
ÚtlmPO ili illaparo
10A 10 20 30
1
1,051 >2h >2h >2 h 2: 2 h
1,2 1, <2 h <2 h <2 h <2 h
1,5 1,. < l mirJ
1
1
<4 min <8 min < 12
mí.n
7,2 1, 2s < Td < 10s 4s < Td < 10s 6s |
Ir• Intensidad de corriente regulada. Td. Retardo del disparo (tiempo).
En la Tabla 7.2 se muestran las características de los relés térmicos y fusibles para arranque directo con contactores. F
Figura 7.1 0 ~us101es al mic10 oe la línea.
Tabla 7.2 Relés térmicos y fusibles para e l arranque directo de motores con contactores
Fig ura 7.11 Seccionador con fusibles incorporados
Potancliael m 220/230V kW
Riliftii'mico 19gulacl6
A 1,9 1 2,5 1,3 2,5 1,9
kW
0,37 0,37 0,55 0,55 0,75 0,75 1,10 1,50 1, 50
2
2,20
3
3
4
4
L]~
2,20 3 4 5,5
7.6.2 Cont ra sobreintensidades
5,5
El relé térmico (Figura 7.13) es un dispositivo de protección contra sobreintensidades o también denominadas sobrecargas.
7,5 7,5 11 11 15
'
15
20
18,5
25
18,5
3
-r
22
22 30 30 37
Figura 7.13 Representación de un reté térmico 122 • ©Ediciones Paraninfo
37 45
A
4
1,10
Figura 7.12 Interruptor automático (protección magnética}
Fualtil• CluaaM
2,5 5,5 2,5 7 4 10 14,5 7 17,5 10 25 14,5 30 21 44 25 64 70 39 90 54 110 64 140
i i
1Z,ád
o.
22
i
1
c:a
¡;;;;;;;J
i
3~ 1_u;;;;;;;: o 26 54
32 75
A 4 2 4 4 6 4 10 4 12 6 16 10 16 12 25 16 32 20 40 25 63 32 80 40 100 50 100 63 160 80 160 100 250
ffitensiila nominal A
2 3
2J.5
.
'!::=¡/¡! 1,6 j 3 s=:::::] .?
5 2,6
...
3,5 9 5 12 7
•6
i
9
21
j
j?
i
27.,
j
15 40 22.5 50 30
65 37
15 44
1
H!5 60 ~ 12fi
j
72
1
j
150
© Ediciones Paraninfo • 123
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
(Viene de la página mzh.>rio-r)
45
80 175 175 90 110 250 120 315 175 430 250 430 315 315 430 430 500
55 7.S
L-100
90
125
55 75 90
110 110
150
150
205
185 220 300 375 425
c:205 t::::: 300-=:I t::i@ :::::1
150 185
510 580
125 250 16Q 200 400 250 1 500 1 500 280 250 700 630 400 400 . ;::::::700 800 ~®=l 500 L soo::J 600 t::::::7_, :::J 800 1 Q!l 1.000 800 1.000
Los termistores utilizados en los motores y que son de pequeñas dimensiones tienen coeficiente de temperatura positivo, y se denominan PT C. Normalmente, son tres sondas dispuestas en el bobinado que se conectan en serie y se llevan a una unidad de control, que es la que se encarga de dar la señal de aviso o desconexión al equipo de arranque del motor cuando se supera la temperatura a la que se ha regulado el aparato de desconexión. Al hacer el aprovisionam.iento del motor, en caso de que fuera necesario, habría que pedir al fabricante que incorporase sondas de control de temperatura. La Figura 7.15 muestra un ejemplo de un motor equipado con sonda de temperatura; V
V
't.'
M 3'·-
Interruptores automáticos (de efecto magnetotérnúco) Los interruptores automáticos de efecto magnético y magnetotérmico (Figura 7.14) tienen poder de corte (PdC) y de conexión, lo que les pennite efectuar conexiones y desconexiones de los circuitos estando en situación de carga.
LI
orl-83
l2
l.3
1 1 1
1 1
1
r, µ::...µ=ii=-1 ... _ ,:;... 1>
1>
Figura 7.15 Ejemplo de motor equipado con sonda de temperatura (termostato)
7.6.4. Contra la puesta a masa de conductores activos La protección se realiza por medio de interruptores automáticos d iferenciales. Estos protegen los circuitos contra el contacto accidental de un conductor activo con la masa del motor (partes metálicas que son conductoras de la electricidad}, y también los armarios, pupitres, tuberías y otros elementos que pudieran estar en contacto con las anteriores. El interruptor automático diferencial detecta la corriente de fuga que se produce en la red general curu,do se manifiesta w, contacto indirecto.
7.6.5. Contra anomalías d iversas
Figura 7.14 Relé automático (protección magnetotérmica)
Un solo aparato multifunción es capaz de controlar diversas anomalías que pueden darse en un motor, como: •
7.6.3. Cont ra sobretemperaturas
•
La protección contra sobretemperatura se realiza mediante sondas térm.icas o termistaras colocadas en el bobinado del motor. Muchos motores incorporan en su bobinado una o más sondas con el fin de controlar la temperatura y así evitar que puedan alcanzar valores que superen a los adm.itidos por el motor. El control se realiza con sem.iconductores que tienen una rápida variación de su resistencia cuando se incrementa la temperatura . La evolución de la característica R =f(T) está definida por las normas DIN 44.ú81 e IEC 34-11.
•
124 • © Ediciones Paraninfo
• •
• •
• •
Fusión de un fusible. Desequilibrio de tensión entre fases regulable entre 2,5 y 10%. Caídas de tensión. Corrientes de sobreintensidad. Corrientes de cortocircuito. Puesta a masa de conductores activos. .F recuencia irregular. Temperatura anormal o elevada. O tras anomalías que convenga controlar.
© Ediclon~s Paraninfo •
125
Morores trifásicos
m
Conexión a To red de motores trlftlllcos PE
APARATOS PARA LA ALIMENTACIÓN DE MOTORES
Los motores pueden ser accionados (alimentados) por medio de diferentes dispositivos, como son entre otros, los siguientes: • Interruptores de accionamiento manual. • ínterruptores automáticos de tipo magnético • Interruptores automáticos de tipo magnetotérmico. • Contactores. • Arrancadores estáticos. La Figura 7.16 muestra un ejemplo de algunos de estos aparatos de alimentación eléctrica para motores.
l Simbciodc
pue11a a tierra
Fig u ra 7.17 Representación del conductor de puesta a fierra de un motor
Nota: todas las masas metálicas deberán estar conectadas a tierra a través del conductor de protección, y unidas por conductor equipotencial.
m
POSIBLES FORMAS DE COMBINAR APARATOS EN EL CIRCUITO DE ARRANQUE PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Los equipos de arranque para los motores eléctricos se eligen atendiendo a criterios diversos, como son: coste, lugar de implantación, nivel de automatismo, seguridad, protección, control, materiales a emplear, etc. Existen por tanto, varias formas de conectar un motor a la red, pudiendo hacer combinaciones diversas como las que se presentan en este apartado 7.9.1. Dispositivos de arranque y protección de motores
En este muestrario se presentan una serie de combinaciones posibles respecto a las formas de disponer los elementos de protección y accionamiento para la alimentación eléctrica de un motor. a) Elementos de protección: Figura 7.16 Aparatos de accionamiento y protección de motores
Nota: los aparatos de conexión/desconexión de los motúres tendrán el suficiente poder de cúnexión y de corte (Pdq para soportar las sobrecorrientes que se producen en estas dos fa-
ses del funcionamiento de los tnútores, para que no se deterioren los contactos por chispeo, erosi(m y tempera.rora élevada.
m
• • • •
b) Elementos de maniobra: • •
CONEXIÓN A TIERRA DE LA CARCASA DEL MOTOR
Todos los motores (masa metálica) estarán conectados a tierra a través del conductor de protección. La conexión a tierra evitará que las personas que están o trabajan en torno al motor, se vean sometidas a corrientes indirectas. La Figura 7.17 muestra una representación del punto de conexión del conductor de puesta a tierra (PE). 126 • ©Ediciones Paraninfo
Fusibles o interruptor con fusibles incorporados. Interruptor automático magnético. Interruptor automático magnetotérmico. Relé térmico.
•
Interruptor. Contactor. Interruptor automático de efecto magnetotérmico.
Nota: el interruptor automático también es un elemento de maniobra, al estar sus contactos preparados para soportar las sobrecorrientes de conexión/desconexión. En el Esquema 7.1 se representa una forma de combinar diferentes aparatos de protección y maniobra para el arranque directo de motores trifásicos. Para dL~eñar u n equipo guarda motor (fusibles-contactor-relé térmico) se procederá como sigue: © Ediciones Paraninfo •
127
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos (Viene de la página anl<'l'ior) 45 55
80 97
100 125
1.200 1.300
50 50
95. ,105
133 16g__j11 196 li
160 250 250
1.760
50 50 50
150
JI ,. I!
J§:5 205
li
229 276
320 400
11
345
500
50 50 50
250 309 420
"
380
500 800 1.000 1.250
11
75 90
110 132 160 200 220 250 355 400 450
1.250
c 21og
1
2.500 3.200 3.900 4.500 5,000 8.700 9.200
50 50 50 50
10.400
50
1:: ~ 200::J
1
" 11
JI
420
..
5§ll
1
700 825
"
825
11
97
78 90 110 140 175 175 200 250 315 315 430 500 500
110 140
1 1 o-=:J 280
.
280 310 -400 500
=seo= 700 850
1
850
1
1
PdC - Poder de corte. 1, - Intensidad de empleo del contacto,.
l'"(lt - Corriente nominal del motor. -
En A, se colocará (JJ
-
En 8, se colocará ©
-
En C, se colocará ®
-
En O, se colocará 6l,
mll ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO
Esquema 7.1 Posibles combinaciones de aparatos en el esquema de arranque directo de un motor
Nota: para cada aplicación s e elegirá la combinación que m ás convenga, teniend" en cuenta razones técnicas y econótnicas.
7.9.2. Equipo con interruptor automático, contactor y relé térmico
Esta forma de arranque es muy utilizada para motores de pequeña y mediana potencia, especialmente cuando se arrancan en casi vacío o a media carga Sus características se muestran en la Tabla 7.4. Tabla 7.4 Características de un motor trifásico en arranque directo Con.,.ptos
Caract&risllcaa
Corriente de arranque(/,)
l.; entre 4 y 81,.
Par de arranque (M,)
Las características y regulación del interruptor automático, del contactar y del relé térmico, con el que se prepara un equipo para el arranque de un motor, para w1a tensión de 400V; una categoría: AC3 y clase de arranque 10 se muestran en la Tabla 7.3.
M,: entre 0,6 y 1,6 M.
Tiempo medio de arranque (1,)
1,: entre 2 y 3 s.
Tabla 7.3 Características de los equipos con interruptor automático, contactor y relé térmico
Ventajas de este arranque
Equipo de arranque económico y simple. Vanas opciones. Muy buen par de arranque_ Se trata· de uno de los arranques más empleados para motores de pequeña y mediana potencia.
Inconvenientes
Punta de intensidad de arranque, muy elevada. Arranque brusco. Puede ocasionar ca idas puntuales de tensión en la red eléctrica.
Aplicaciones
Para motores de pequeña y mediana potencia, arrancando en vacío, media y plena carga.
Potencia
motor kW 11 15 1.8,5 22 30 37
lntanu•
•nr automático
lntanaidad motor
R-uración
A
A
A
22 29
25
300
36 41
56 67
128 • © Ediciones Paraninfo
80 40 63 80 80
J
1
i OQ
kA 50
1
480
i
50 1.000 1.000
1
,_
Relé tármico iffi'
Coñtacfor PdC
50 50 50 50 50
'· 40 A
40 40
rso
1
A
A
21
26
25 30 30
1
ª6
40
65
54
~ 65
89
64
82
1
i
En las Figuras 7.18 y 7_ 19 se muestran las curvas características del arranque directo © Ediclon~s Paraninfo •
129
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores tri/6slt:.os
1. - Intensidad de arranque 10 - Intensidad nominal
n - Velocidad nominal n, - Velocidad de sincronismo
M 0 - Par nominal Mm - Par motor M - Par resistente
d) Rendimiento del motor en carga:
'
1/lo 6
5 4
3
-,
e) Par cedido por el motor en su eje:
MiMr
"
2
2.S
"
M = 9.550 · P (Nm)
2
'\
1,5
\ 2 3 4 Velocidad
0,5
ºo
5 n/nll
Figura 7.18 Curva de intensidad (1)
--.
--
25
50
,, 75 100 nfns,
7.10.1. Fórmulas eléctricas para el arranque directo
Las fórmulas eléctricas para el arranque directo son las siguientes: a) Potencia absorbida por el motor en carga:
p =
../3 ·U · l
1
(W)
·cos ~n
(kW)
1.000
P = .,Í3 •U • f •COS(f) • ,¡ (W)
1
n - Velocidad de giro, en rpm. 7.10.2. Conexión del motor
Los motores suelen ser bitensión, es decir, que pueden conectarse a dos tensiones diferentes de la red, para lo que dispondrán los bornes en la caja de conexiones de la forma que interese a la tensión de la línea y a la tensión del motor. Para un motor con tensión de 230/400 V, la tensión nominal a aplicar al bobinado es de 230V. Nota: este motor de 230/400 V podría conectarse a las tensiones de red de 230 V (conexión triángulo) y 400 V (conexión estrella).
Ejemplo 7.1 Línea de 400 V y motor de 230/400 V.
b) Potencia útil cedida por el motor en carga:
p
P - Potencia, en kW.
M,
Figura 7. 19 Curva de par (M)
P=.,Í3·U ·f ·cos rp
11
V ·\''
= ../3 ·U ·l ·cos,p · ,¡
Conexión del motor en estl:ella (Y). Para que las tres fases del bobinado trabajen a 230 V con linea de 400 V, es necésario aplicar la conexión estrella (Y), al ser:
(kW)
l .000
Nota: potencia que se señala en la placa de características del motor. c) Intensidad absorbida por el motor en carga: Ejemplo7.2
I=
P.
..F, ·U ' COS>
(A)
Conexión hciángulo (.
P, - Potencia absorbida, en vatios (W).
I=
P.
fi ·U·COS<{> ' 1J
Línea de 400 V y motor de 400/690 V.
Cond idón de conexión:
u1= U = 400 V
(A)
P" - Potencia útil, en vatios (V\'). 130 •
© Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
131
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trlfóslcos (Viene de la pl1g-inn m1tt'Tior)
Ejemplo 7.3
Linea de 400 V y motor de 690/1.000 V. N
U1rn..,, = 690 V U =400 V
u1 "
856
1,851
10x240
965
2 .082 2.350 2 .639
10x240
U (n
7.10.3. Ventajas de la aplicación de motores trifásicos con rotor en cortocircuito El motor tr.ifásico con rotor en cortocircuito es muy utilizado en aplkaciones industria les y terciarias, por las siguientes razones: • Por su simplicidad mecilnica y eléctrica. • Por su casi nulo mantenimiento. • Por su buen rendimiento. • Por el buen par de arranque que proporciona. • Por la economía en la compra del equipo de arranque. • Por la amplia gama de potencias.
30 37 45 55 75 90 110 132 160 200
250 315 355 400 500
560 630
7.10.4. Caracterlsticas del periodo de arranque directo de un motor trifásico con rotor en cortocircuito Durante cl periodo de a.rranque del motor se produce una calda de tensión (.6U) a lo largo de una lftlea trifásica de 100 metros, en función de la potencia del motor (P,,.,..,,), la tensión (:v) y la sección que se indica (Tabla 7.5).
Los datos de la tabla corresponden a un motor de 4 polos (2p = 2) es: 11, = 1.500 rpm (en carga). Tabla 7.5 Características del período de arranque del motor en función de la presión, la tensión y la sección
710 800 900 1.000
41 50 61
75 102 122
149 179 217 272 340
428 482
543
1,087
1.223 1.359 2.899 También para:
50 50 70 95 120 185 2x95 2x120
2x185 3x120
4x9S 5x95 Sx150 5x240 6x240 7x240
8x240 9x240
10x40 10x240 10x240
11,01 11,87 10,59 12,35 12,70 11,97 12,36 11,20 11,18 11,76 11,35 11,46 12,18 12,59 11,87 11 ,78 11,06 10,66 11,54 11.48 11,60 12,92 14,72 16,53 18,26
229
10 10 16 16 25 25 35 35 50 70 95 120
277
150
345
97 133
159 195
687
240 2v120 2.><150 3x95 4x95
847
5x95
948
1,064
5X95 5x120
1.186
Sx150
1,351
5x185 5x240 5x240
431
542 ()11
1.517 1.667
9 ,74 11 ,25 1008 11,38 11 ,70 11 ,06 11 ,04 11 ,37 12,2.9 12,39 11,19 12,34
12,28 10,36 10,31 11 ,54 11 , 13 10,86 11 ,04 10,93 12,08
21 24 33 39 48 58 77 92 113 133 161 200 250 314
354 398 491 550
617 687 783
4 6 6 10 10 10
16 25 25 35
11,68 9,18 12,45 8,77 10;49 11,78 10,41 8,49
10,55 9,31
70
8,56 8,66
95
8,74
50 120
9,46
150
9,34 10,51 8,66
150
2x9S 2.x120 211150 2.x186
880
3X120 2.x240
966
4x120
8,33
8,19 8,14 7,92 9,18 7,43
380V
Los valores Indicados son orientativos.
Para c ualquier oira longitud: x L/100.
Equivalencias: Pmotor- Potencia nominal (útil) del motor.
kW 0,06 0,09 0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1, 1 1,5 2,2 3 4
679 761
38 50 62 72 98 116 139 169 231 277 339 399 482 600 750 943 1.063 1,195 1.473 1.649
In - Intensidad nominal del motor a plena carga.
1,41 1,83 2,5 3,2 4,6 6,3 9,1 12 15
132 • © Ediciones Paraninfo
1,5 1,5 2,5 2,5 4 6 10
1,72 2,53 4,71 7,27 6,60 8,82 10,54 8,74 8,12
8, 8
1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,5 2,5
1,56 2,40 3,61 4,82 9,13 6,75 10,15
0,8 1, 1 1,5 2,1 3,0 3,9 5,1
0,11 0,15 0,19 0,28 0,52 0,8t 1,21 1,62 3,07 3,75 5,64
Sección - Sección de los tres conductores (fases) que a limenta n al motor. El conductor de protección PE te ndrá la sección que le corresponda, según se Indica e n el Capitulo 14.
W - Calda de te nsión de la linea (%), durante el período de arranque del motor. Nota: el perfod
© Ediciones Paraninfo •
133
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifásicos
(Viene de la página anterior)
Observación Se trata de una tabla que aporta unos datos muy interesantes para la conexión directa de motores, indicando además la sección de los conductores y 1a caída de tensión (%) que se origina en la línea
1,50 1,68
durante el período de conexión o arranque, y durante la marcha normal o de régimen (Tabla 7.6).
400
7.10.5. Características del funcionamiento a régimen nominal de un motor trifásico con rotor en cortocircuito La caída de tensión (óU) a lo largo de una línea trifásica de 100 metros durante el funcionamiento a régimen nominal del motor, varia en función de la potencia del motor (Pm,,.), la tensión (V) y la sección que se indica. La carga para un motor de 4 polos (2p = 2) es n, = 1.500 rpm . Tabla 7.6 Características del funcionamiento a régimen nominal de un motor trifásico con rotor en cortocircuito 1
-·~ .,ª
1 kW II CV
...
V 11
In IAI II mm• 0,34 1,5 0,51 " 1,5 0,70 1,5 1,01 " 1,5 1,41 11 1,5 1,5 1,83 2,5 11 1,5 1,5 3,2 4,6 6,3 2,5 9,1 4 12 8 10 15 20 10 27 11 16 38 25 50 _:is 62 " 50 72 11 50 98 11 70 116 95 139 " 120
% 0,08 0,30 0;06 11 0,09 051 0,44 0,12 0,16 0,60 0,1.8 024 0,86 0,25 1,15 0,34 1,58 0,37 0,50 0,55 0,75 2,18 0,75 1,02 2,85 {,F 2,51 1,1 1,49 1,5 2,04 3,43 2,2 2,99 2,99 3 2,67 4'ºª 4 2, 08 .,M.3 5,5 2,76 7,5 2,36 :ti 11 15 2,27 15 11 20 2,16 18,5 25 1,92 22 30 2,26 30 41 2,28 2,12 37 50 45 11 61 2,10 55 = z5.:J 169 1á Q 1,83 2,11 75 102 231 90 122 277 2,08 -= 1,84 339 2x185 110 11 149 132 179 399 3<120 2,91 4x95 160 .217 2,20 482 11 200 272 600 5x95 2, 19 250 340 750 5x150 1,90 3 15 428 943 5x240 1,70
~
~
134 • © Ediciones Paraninfo
V
In ~ 0,2 0,3 0,4 0.6 0,8 1,1 1,4 1,9 2,6 3.6 5,2
~'ª-
-&,0
m uo 36 41 56 67 80
97. 133 ·1 59 195 229 277 345 43 1 542
1Se-rii ll
...
mm' 11 % In™ 1,5 0,10 0 .1 1,5 11 0,14 0,2 1,5 0,20 0,2 1,5 0,3 028 1,5 0,38 0 .5 1,5 0,6 0,52 1,5 0,8 0,72 1,5 0,94 1.1 1,5 1,5 1,38 1,5 1,88 2.1 1,5 3,0 2,62 3;9 2,5 2,10 5,1 2,5 2,69 6,6 4 _g 8,9 6 10 13 1,8[ ] 10 _ l,3 17 16 11 1,84 21 16 2,17 24 25 !b,1_,i i.. 33 25 39 46 35 ! 35 = 2,49.:J 56 50 77 70 2 1 92 95 11 2,04 113 120 1,99 133 150 11 2,02 161 240 1,79 200 2v120 1,87 250 2x150 314 1,98
Jfil
1~
d
1,66 1,65 1,66 1,85 2.11 2,37 2,59
· [220,v]
687
4x95
847 948
5x95 5x95 5x120 5x150 5x185 5x240 5x240
1.064
86 1.351 1.517 1.667
1,79
[]!] 5
1
1,68 1,57 1,72
C380:2J
491 550 617 687 783 880 966 860V
2x95 2x120 2xt50 2'<.18 3x120 2x240 4x120
1,50 1,39 1,30 1,24 1,32 1,32 1,32
Para cualquier otra longitud: x L/100 . . ..
mm' 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 15 1,5 1,5 1,5 2,5
J1fJ
Tambi
1.473 1.649 1.851 2.062 1.087 2 .350 1.223 2.639 1.359 2.899
7x240 8x240 9x240 10x240 Ox240 10x240 10x240 10x240
Los valores indicados son orientativos.
.
IV
500 560 630 710 800 900 1.000
1.195
=
4 6 6 ·1 0 10 ·1 0 16 25 25 35 50 70 95 120
1
% 1 0',03 0,05 0,07 0,10 0,13 0,18 0,24 0,32 0,46 0,63 0,88 1,17 1,51 2,00 2,69 2,40 1,96 2,41 1,90 2,58 1,90 2,29 2,79 2,39 1,86 2,28 1,97 1,72 1,58 1,52 1,58
Equivalencias:
Pmolrlt'- Potencia nominal (útil) del motor. In - Intensidad nominal del motor a plena carga. Sección - Sección de los tres conductores (fases) que alimentan al motor. El conductor de protección PE tendrá la sección que le corresponda, se9ún se indica en
el Capítulo 14.
aU- Caída de tensión de la línea(%), durante el período de a rranque del motor.
Nota: según el REBT, la caída de tensión en este tipo de aplicación será s 5%.
REPRESENTACIÓN UNlFILAR DE DIFERENTES FORMAS DE DISPONER LOS ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Y ACCIONAMIENTO EN EL CIRCUITO DEL MOTOR Como se puede observar en el Esquema 7.2, las combinaciones son muchas, y cada una de ellas estará sujeta al tipo de instalación que precisa la aplicación de que se trate. Las aplicaciones más comunes corresponden a las seis esquemas que se 1·epresentan a continuación cuando se tra:ta de motores individuales, sin embargo, cuando el motor forma parte de una máquina con varios motores, se elige por lo general, un equipamiento que permita la automatización del equipo, prescindiendo de elementos de accionamiento manual. Para este caso, el contactar junto con relés de protección serían los elementos idóneos.
© Ediciones Paraninfo •
135
Conexión a To red de motores trlftlllcos
Morores trifásicos
D!I ESQUEMAS PARA EL ARRANQUE DIRECTO DE MOTORES TRIFÁSICOS F
F
F
OFf-83 1
J
,_ '
o
Los esquemas aquí representados son una muestra de los esquemas wtlfilares que se representan en el Apartado 7.11, pero en este caso, desarrollados.
OFI-IB 1 1
~-
,_ 1
QF
7.12.1. Esquemas de arranque
1-Ell 1 1
KM
Se desarrollan los circuitos de potencia (por donde circula la corriente que alimenta al motor).
L 1
KM
L-
l1 l2 l3
--- - -, 1 1
PE
J
PE
J
PE
I
1 1 1
V
~iii Q
JF
H!l-
111
1 1 1
• 1 L
- -
U V
J
U V
M 3 ••
Solamente protección contra corrientes de cortocircuito (fusibles). @
l1 L2 L3
l l'. l2 LS.
Arranque por medio de un interruptor automático magnetotérmico. Aunque el interruptor tiene protección contra corrientes de cortocircuito (parte magnética) y sobre~ intensidad (parte térmica), también se incluyen fusibles, que protegen todo el circuito, incluido el interruptor automático.
@
Arranque por medio de un contactor. Protección contra corrientes de cortocircuito (fusibles) y sobreintensidades (relé térmico). Equipo guardamotor1•
© Arranque por medio de contactar. Protección contra corrientes de cortocircuito (interruptor automático de efecto magnético) y relé térmico contra sobreintensidades.
© Arranque por medio de contactor. Protección por interruptor automático de efecto magnetotérmico.
® Arranque por medio de contactor.
Protección contra corrientes de
cortocircutto (F). Conexión a tierra de la masa del motor (PE). Esquema 7.3
Protección contra:
Protección contra:
Protección contra:
sobrecargas (parte térmica de QF).
sobrecargas (relé térmico).
sobrecargas (parte térmica de QF).
Corrientes de cortocircuito (parte
Corrientes de cortocircuito (seccionador con
Corrientes de
magnética del QF).
cortocircuito (parte magnética de QF).
Conexión a tierra de la
fusibles QF).
Conexión a tierra de la
masa del motor (PE).
Conexión a tierra de la masa del motor
masa del motor (PE). Esquema 7.6Arranque
Arranque directo por medio de un
Esquema 7.4 Arranque
interruptor accionado manualmente.
directo por medio de un interruptor automático
(magnetotérmico)
(PE).
directo por medio de
Esquema 7.5
un contactar tripolar
Arranque directo
(KM)
por medio de un contactor tripolar
(KM)
Protección por interruptor automático de efecto magnetotérmico, fusibles y sonda de temperatura
(termistor). Esquema 7.2 Algunas de las posibles combinaciones de aparatos para el arranque directo de motores 1
Se dice que un equipo ea g1,ardamotor cuando el motor queda protegido contra corrientes de oortocircuito y sobreirr tensidad.
136 • © Ediciones Paraninfo
7.12.2. Esquemas de maniobra para el circuito de potencia 7,S
A continuación se muestran tres esquemas de maniobra para el mando de w1 contactor, que es un elemento básico en el circuito de arranque de motores trifásicos.
© Ediciones Paraninfo •
137
Conexión a lo red de motore.s trlfdsicos
Motores trifásicos
l1
F1
F2
F2
--)
F2
S1 f S1 f si
S2t
lt
L2
L3
L1
l2
l1
l3
L2
L3
--)
s1E
U
V
U
W
V
W
U
V
IN
U
V
V;/
E S2
KM 1
L3
F1
F1
--)
l2
S3~
S4f
f
KM1
M
S5
M 3 .,
3KA
KM I
N-__...___
KA
KM 1
N-__...______
N _ __...__ _...__
Esquema 7.7 Mando de un contactor desde de una caja de
Esquema 7.8 Mando de un contactar desde dos cajas de
Esquema 7.9 Mando de un contacto, desde una caja de
pulsadores.
pulsadores.
pulsadores con temporizador que impide un muevo arranque hasta que no transcurra un tiempo desde que se realizó la
parada.
Observaciones
Cambio del orden de alimentación en las tres fases. No se produce la inversión.
Fi gura 7.20 Procedimientos de inversión
7.13.2. Inversor trifásico realizado con contactores Existen dos formas de representación de un inversor por contactares: con los contactares colocados en ünea y superpuestos (Esquema 7.10).
Los pulsadores de paro se conectan en serie y los de marcha en derivación.
KA es un temporizador a la desconexjón, que se abre en el momento de su conexión y se conecta
IJ
l1 1.2 L3
L2
Hacia et motor
Hacia el motor.
un tiempo después de ladesconexión.
ID
INVERSIÓN DE GIRO PARA UN MOTOR TRIFÁSICO
Muchas aplicaciones precisan de la inversión de giro del eje del motor para poder ir en un sentido o en el contrario, lo que se logra cambiando el orden de conexión en dos de los tres conductores que alimentan el motor (placa de bornes).
7.13.1. Procedimiento de inversión Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico, hay que cambiar el orden de la alimentación en dos de las tres fases (indistintamente), respecto a la conexión inicia 1, tal como se puede apreciar en la Figura 7.20.
Esquema 7.10 Dos formas de inversión con empleo de contactores
• •
138 • ©Ediciones Paraninfo
Cuando entra el contactar KM1, el orden en la salida de fases hacia el motor es: Ll - L2 - L3 Cuando entra el contactor KM2, el orden en la salida de fases hacia el motor es: L3 - L2 - Ll © Ediciones Paraninfo • 139
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
Enclavamiento mecánico
7.13.3 Aplicación del inversor
Es la imposibilidad mecánica de que estando una marcha en servicio (contactar), pueda entrar la otra (otro contactar), que de hacerlo, daria lugar a un cortocircuito.
Se instalru·á un inversor siempre que se precisen en la aplicación un giro a la derecha y un giro a la izquierda. El inversor puede aplicarse a cualquier sistema de arranque, como:
Esquema de mando de los contactores de un inversor
• Arranque directo. • Arranque en conexión estrella-triángulo. • Arranque por medio de resistencia estatóricas. • Arranque por medio de autotransformandor. • Arranque para motor con rotor bobinado. los valores caracteristic-os de esta conexión son los que correspondm1 al arranque en el que esté incorporado el inversor de giro.
En este caso (Esquema 7.11), se trata del mando de un inversor desde una caja de pulsadores, siendo uno de paro (contacto normalmente cerrado, NC) y los otros dos para las marchas I y Il (contactos normalmente abiertos, NA).
KM1 'r-
'
L1 F1
u,
S2
.....
KM1 KM2 (1)
Importante:
(2)
F2 S1
Cuando la aplicación tenga un sentido de giro concreto o interese que cada pulsador o automatismo de maniobra selecdone un determinado senüdo se giro, cuando se realícen las pOJebas eléctricas de la instalación habrá que verificar el sentido real de giro, para lo que se procederá como sigue:
u,
S3
KM2
KM1 (1)
KM2 N
(1)
Enclavamiento por contactos auxiliares
(2)
Enclavamiento mecánico entre contactores
•
Dar marcha al motor y comprobar el sentido de giro.
Si no es et giro correcto para esa maniobra, cambiar el orden de conexión en dos de las fases que alimentan al motor, bien sea en la caja de conexiones, o en los aparatos del
equipo que alimentan al motor.
Los enclavamientos impiden que entre un contactor, estando el otro en servicio
• Esquema 7.11 Mando para inversor de giro por contactores
Desacoplar el motor de la transmisión o de la aplicación (máquina).
Compraba, que él sentido de giro es correcto. Acóplar el motor a la transmisión o a la aplicación.
Una vez que se han seguido estos pasos. la instalación queda dispuesta.
Esquema de un inversor rotativo de accionamiento manual Se pueden instalar conmutadores manuales en pequeños motores, como el representado en el E.~querna 7.12. L1 L2 Ll
~\
r+-o
--.
ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO EN CONEXIÓN ESTRELLATRIÁNGULO Este arranque es uno de los más empleados para motores de pequeña y mediana potencia que inician el arranque a media o plena carga (Tabla 7.7). Tabla 7.7 Características de un motor trifásico en arranque estrella-triángulo (Y-.1.) Caracterlsticu
Concaptaa Posición 1: l 1-L2-l3
Posici6n 11: L2-L1-L3
Hacia el motor.
Corriente de arranque (/,)
1,: 1,4 a 2,6 1,
Par de arranque (M,)
M,: entre 0,3 y 0,5 M, El par se reduce un 33% respecto al arranque directo
Esquema 7.12 Inversor rotativo de accionamiento manual 140 • © Ediciones Paraninfo
© Ediclon~s Paraninfo • 141
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores tri/6slt:.os
(Viene de la página anterior)
Tabla 7.8 Motores que se pueden conectar en (Y·A), según sean las tensiones del motor y la tensión trifásica de la línea
1
Conceptos
Caractaristlcu
Tiempo medio de arranque (t,)
t,:entre3y7s
=
1
Menor consumo de corriente en et momento de la conexión. La tensión se reduce al 57% de la nominal. Equipo de arranque relativamente simple
Ventajas de este arranque
Tensión da la Nd V
Tenalonu del motor (IJ) V
P09lbllldad da conexión
230
U=2301400V
(<\) y (Y•A)
230
U=400/690V
NO
400
U=230/400V
400 El motor se alimenta con 6 conductores Reducción del par de arranque Equipo de arranque más caro que el directo Corte de tensión durante el arranque del motor El motor ha de ser capaz de trabajar a dos tensiones
Inconvenientes
400
= -
y.¿
-
(<\) y (Y•A)
U=400/690V U= 690/1.195 V
(Y)
-
NO
Nota: la primera tensión (Ej. 230/400 V) debe coincidir con la tensión de la red para <¡u.e el
motor pueda conectarse en conexión (Y-a). Para máquinas que arrancan en vacío o a media carga Bombas, ventiladores, máquinas diversas
Aplicaciones
Las Figuras 7.21 y 7.22 muesb:an las curvas caracteristicas del arranque en conexión estrella-triángulo /
/
4
11
-
Intensidad de arranque.
n, - Velocidad de sincronismo.
-
Intensidad nominal.
M,, - Par nominal.
n - Velocidad nominal.
7.14.1. Caja de conexiones del motor Para realizar esta conexión con 6 conductores, los bornes deben estar desprovistos (libres) de placas, como puede apreciarse en la Figura 7.23.
M, - Par resistente.
Mm - Par motor.
líl
---.',(1
6
5
MJMn
2,5
-,
'
4
3
(3
2
--20
40
60
--.
1,5
1\ \
~)
o O
2
'' '' 80
0,5
'
o O
100
1v \ .'
_, '
'RI
/
-- --- -Mr
'
25
50
75
' 100 Figura 7.23 Caja de conexiones del motor
(1) Curva correspondiente al arranque directo. (2) Curva de arranque en conexión y.,i.. (3) Paso de arranque estrella (Y) a triángulo (<\). Figura 7.21 Curva de intensidad (1)
Figura 7.22 Curvas de par (M)
La Tabla 7.8 muesb:a las características de los motores que pueden conectarse en (Y-a). 142 •
© Ediciones Paraninfo
DJI ESQUEMA DE ARRANQUE DE UN MOTOR EN CONEXIÓN V-ó A continuación, se representan los dos esquemas correspondientes a esta conexión (Esquemas 7.13 y 7.14):
© Ediciones Paraninfo • 143
Motores trifásicos
Cone>
Conexión triángulo (6) l> l2 1.3
El motor queda alimentado a su tensión nominal (400 V). Al pasar de la conexión estrella (Y) a la conexión triángulo (6), la alimentación sufre un corte de tensión (desconexión de KMl y conexión de KM3).
L
KM2
- --
m
F3
J] ]
F2
,,
En la Tabla 7.9 se pueden encontrar los valores de reglaje de los relés térmicos y el calibrado de los fusibles para motores con diferentes potencias, para los que se realiza el arranque en conexión estrella triángulo.
S1f
0
f,
S2f
KA1
r ---
KA1
u V w
z
1 1 1 1
medio de contactores
.,_., KA2.
PDWncla motor Potencia motor 2201380V 380/400V
X y
-9-N
Esquema 7.13 Esquema de potencia
KA1
KM1
KM2
KM3
Esquema 7.14 Esquema de maniobre
7.15.1. Funcionamiento A l cerrar QF, el circuito queda dis puesto para entrar en serv icio.
Conexión estrella (Y). Entran los contactores KM1 y I
Transcurrido un tiempo desde que se inició la conexión estrella, el temporizador KA desconecta KM1 y conecta KM3. Conexión estrella (Y) La tensión será en los bornes del bobinado del motor (400/690 V), con tensión de lí-
nea de400V. U
400
.fj
.fj
Tabla 7.9 Relés térmicos y fusibles pare el arranque de motores en conexión estrella-triángulo, por
PDWncla motor IOOV
kW
CV
kW
CV
kW
CV
kW
CV
....
2,2 3
9 12 16 21 27 40 50 65 105 126 138 150 182
4
9
9
7,5
9
4
5,5
12 16 22,5 30 37
5,5 7,5 11 15 18,5
13 18 26
5,5 7 10 14,5
35
21
28
41 60 97
25 32
32
54
65 75 95 95 120 140 180 280 =,:310 500 500 500 700 700 =-850 850
4 5,5
7,5 11 15 18,5 30 37 40 45 55 75 2M 90 309 110 356 150 = 5011:, 185 609 200 630 220 710250 823 300 975 355 LJ,-ºill 400 1.286
7,5 11 15 18,S 25 30
55
so
60 105
-
45 75
12
-
17
11
23 28,5
15 22 30 37 55 90
.
65 105
.
64
75
138 110
156
132
188
132
245
185
261
185 250 315 335 400
355 475 580 630 720
250 315
34a
460 530
613 725
710
965
710
132 150 160 185 200
141 166 170 193 207
71 0
729
426
1.270
U =-1,_ = - = 230 V f
PotlNICla motor Ra1' 16rmlcc INIO/IIIO V ragullcl6n
-
80 80 90
110 140 175 200 315 315 315 430 430 500 500
Fualble ClaaaaM
L.
A
6,3 7,5 10 13 17,5
16 20 25 3~ 40 50 80 80 125 160 200 200 250 315 315 500 630 800
41
ªºº
1.000 1.000 2x630 2x800 2x800
Nota: la intensidad considerada para el relé térmico es la de la fase (1,), ya que este se co-
loca entre el contactor KM1 y los bornes U-V-W.
El motor queda alimentado a 230 V, tensión jnferior a la nominal del motor (400 V). Al reducír la tensión, se reduce la intensidad absorbida y también el par de arranque. 144 •
©Ediciones Paraninfo
Ir= //}3; para conexión estrella-triángulo. © Ediciones Paraninfo •
145
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trlfdslcos
Esquema de potencia (Esquema 7.15)
Ejemplo 7.4
l1 L2 l3
En un motór de de 30 kW que absorbe 60 A a 400 V, la intensidad por fase será: 11
=IJ J3 = &,)/ J3 =35 A
l ll
QF ' '
'
lós calibres del relé térmico elegidos son: I...,,, = 32 A, e J.,,= 41 A (32-41).
Funcionamiento:
~
•
Entran: KM1 + KM2 + KA1
Los fusibles serían de 80 A, clase aM.
DI
•
VARIANTE DE LA CONEXIÓN ESTRELLA-TRIÁNGULO
Para hacer más suave al arranque de la conexión (Y-6), en algunos casos se utiliza una variante, que consiste en intercalar un juego de resistencias entre la conexión estrella y triángulo, con lo que se forma la conexión estrella-resistencias-triángulo (Y-R-t.). De esta manera, se suaviza el salto de tensión entre 230 V y 400 V, suminis trando una tensión intermedia. El par de arranque es muy similar a la conexión estrella-triángulo.
7.16.1. Conexión estrella-resistencia-triángulo (Y-R-t.) En esta conexión se interpone una resistencia tripolar entre la conexión estrella (Y) y la conexión triángulo (6), siendo su valor: 0,28·U R=---
T.
R - Resistencia por fase, en ohmios (Q).
U - Tensión de la red, en voltios (V). I. - Intensidad nominal del motor, en amperios (A).
Tm =1,5 In Im - Intensidad media, en amperios (A).
KM1,\
F2
_\
I :::J
:::J
KM3\ • •
:JI
-
KM2
Al hacer el pedido de las resistencias, se señalará además de las características del motor y tensión de la red, lo siguiente: • • •
m. _\ -
Entran. KM3 + KA2
KM4 .\ . \
r1 ~· - · -·11 !
Conexión triángulo (<1) Se desconecta KM3. Entra: KM4.
i Resistencias
!
Conexión de resistencias (R) Se desconecta: KM2
•
1
L - · -· ,..j u V 1/j
z
0-
)5 y
Esquema 7.15. Esquema de potencia de un arranque en (Y-R-.6.)
Esquema de maniobra El Esquema 7.16 muestra el mando desde una caja de pulsadores de marcha y de paro.
L-~- - F
-·>
F2
El tiempo de conexión con las resis tencias viene a ser la cuarta parte del tiempo que corresponde a la conexión en estrella (Y).
Conexión estrella (Y)
S1t S2t
KA 1 KA1
Tiempo de acoplamiento de las resistencias por conexión. Nwnero de arranques por hora. Tiempo entre conexiones.
KA2
KM3
7.16.2. Esquemas de potencia y maniobra A continuación, se muestra w1a representación los esquemas correspondientes a este arranque, poco utilizado, cuya representación tiene w1a finalidad más didáctica que práctica. 146 • © Ediciones Paraninfo
KA1
KM1
KA2
KM2
KM3
KM4
(Y)
(R)
(L,)
Esquema 7.16 Esquema de maniobra de un arranque en (Y-R-.1.)
© Edlcione,s Paraninfo •
147
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
Em ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON RESISTENCIAS
7.17.1. Datos característicos de este arranque
ESTATÓRICAS Esta forma de arranque precisa de un juego de resistencias adecuado a las características del motor, lo que dificulta la generalización de este arranque, que se utiliza para motores de mediana potencia. Las características de estos motores se muestran en la Tabla 7.10 y sus curvas de arranque, en las Figuras 7.24 y 7.25.
Resistencia estatórica por fase
Tabla 7.10 Características de un motor tr ifásico con arranque por resistencias estatóricas
fConcepto
Se puede conectar a los motores con rotor en cortocircuito, durante el período de arranque, un juego de resistencias entre el motor y la red eléctrica, cuyo valor óh mico dependerá del número de puntos de arranque. También, en función del número de arranques, se tendrá una determinada tensión, intensidad y par de arranque.
Caracfaristlcu
R = 0,0551
· Corriente de arranque (1,).
1, : hasta 4,51,.
· Par de arranque (M,).
M, : entre 0,5 y 0,8 M_.
· 1iempo medio de arranque (tJ.
= =
t.: entre 7 y 12 s.
:~==a:============ Menor consumo de corriente en el período de arranque,
· Ventajas de este arranque.
Posibilidad de regular los valores de la intensidad de arram¡ue.
· Inconvenientes.
Predsa de un equipo especial de resistencia. Equipo caro y qu.e debe ser adecuado al motor. Reducción del par de arranque. Para máquinas con fuerte inercia sin problemas de par e intensidad de arranque.
· Aplicaciones.
u
1•
(Q)
U - Tensión de la red. In - Intensidad nominal. Tm =4,05In Nota: las resistencias se colocarán el lugar bien venti lado. Se pueden instalar linútadores !&micos para impedir atranques consecutivos.
Tensión en bornes del motor en el primer punto Con 2 puntos de arranque: U,= 58% de U.
Las Figuras 7.24 y 7.25 muestran las curvas características del arranque por resistencias estatóricas. /
0
-
Intensidad de arranque
/" - Intensidad nominal
6
n - Veklcidad nominal
M" - Par nominal
Corriente de arranque en el primer punto
n$ - Velocidad de sincronismo
M,... - Par motor M,. - Par resistente
Con 2 puntos de arranque: I1 =58% de I,. Con 3 puntos de arranque: 71 =52% de I,.
~·
'
''
4 ~
i"'-
' ·,
1
40
60
'
/
\
80 100 nin,
-~
,_
l\!3
Velocidad
(2\
0.5
o
~-O
M~
25
-
/
50
\ 3
Con 2 puntos de arranque: M, =33% de M,_ Con 3 puntos de arranque: M 1 = 27% de 1vf,.
/
Con 4 puntos de arranque: M, = 22,5% de M,.
75 100 '""•
Curva de arranque por resistencias estatóricas Paso de arranque por resistencias a arranque directo
Figura 7.24 Curva de intensidad (1) 148 • © Ediciones Paraninfo
7.17.2. Motores que pueden arrancarse con resistencias estatóricas
Velocidad
(1) Curva correspondiente al arranque directo (2) (3)
= 47% de T,.
Par de arranque en el primer punto
,,,,
2
\
(2j
20
~
2, 5
" r--. oO
Con 4 puntos de arranque:
M/Mn
'·
s
Con 3 puntos de arranque: U, = 52.% de tl. Con 4 puntos de arranque: U, = 47% de U.
Figura 7.25 Curvas de par (M).
Los motores para los que se fabriquen resistencias que se correspondan con las características del motor se podrán arrancar con resistencias que se corresponden con las características del motor. Cada tipo de motor (potencia) podrá incorporar un equipo concreto de resistencias que le sea propio, lo que limita sensiblemente este tipo de arrru,que. El arranque puede hacerse en dos o más puntos de tensión. © Ediclon~s Paraninfo •
149
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
Con 2 puntos de arranque: U, = 58% de U.
7.18.2. Esquema de maniobra (Esquema 7.18)
Con 3 puntos de arranque: U, = 52% de U.
íncluye un mando desde u na caja de pulsadores de marcha y de paro.
Con 4 puntos de arranque: U, = 47% de U. L
mi ESQUEMA DE UN ARRANQUE POR RESISTENCIAS ESTATÓRICAS
F3
~
QF
--)
F2
A continuación se representan los esquemas de potencia y maniobra correspondientes al arranque de un motor con resistencias estatóricas.
S1E S2E
KA1
KM2
KA1
7.18.1 . Esquema de potencia (Esquema 7.17)
KA1
Funcionamiento: Arranque con resistencias (1er Punto)
KM\
Esquema 7.18. Esquema de maniobra
OF
Entran: KM1 + KA1 + F3 Tensión reducida respecto a la de línea
2ºPunto Entra: KM2.
KM2
-
KM1
-
-
-
•
la parada puede efectuarse:
f"'. ~- v1· wi 1
Por pulsar en S1 .
.
. .l
1 Resistena a,
1
•
·
L.
j estatóricas
U~ V2 N21
.J
Parada
7 .18.3. Características de este arranque en carga En el momento de la conexión, el motor se alimenta a través de las resistencias. El equipo de resistencias puede ser simple, como en este caso, o ser de varias resistencias en serie, pudiéndose efectuar el arranque a través de todas las resistencias para ir suprimiendo tramos de resistencias, hasta ali.mentar el motor a la tensión de línea. La finalidad de este arranque es la de limitar la intensidad absorbida en el período de puesta en marcha del motor.
Por disparo del relé térmico F2. Por disparo del relé térmico F31 •
7.18.4. Valor de la resistencia estatórica
S i se producen arranques muy continuos, el
u
R =00551 -l ,
térmico puede calentarse y abrir su contacto
'
y así impedir nuevos arranques hasta que la F2
temperalura del lérmico baje.
R - Resistencia por fase, en ohmios (Q).
Protege al equipo de resistencias contra tem·
U - Tensión de línea, en voltios (V).
p eraturas eleva das que pueden averiar el
Im =4,051n
equipo. U
V
El bobinado del motor
Al hacer el pedido de las resistencias se señalará, además de las características del motor y la tensión de la red, lo siguiente:
pcdré .;.star conectado
en estrella o triángulo
Esquema 7.17 Esquema de potencia 1
Fa es un re lé térmico que permanece conectado durante e l tiempo que e l motor se ah menta a través de las resistencias.
150 •
Im - Intensidad media, en amperios (A). T, - Intensidad nominal del motor, en amperios (A).
W
©Ediciones Paraninfo
• • • •
Número de resistencias en serie. Tiempo de acoplamiento de las resistencias por conexión. Número de arranques por hora. Tiempo que h·anscurre entre conexiones consecutivas. © Ediclon~s Paraninfo •
151
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores tri/6slccs
Nota: cada equipo de resistencias es propio de u n determinado motor, no va le para ot ros
Tabla 7.12 Características de un motor trifásico con arranque por autotransformador
motores con otras características.
r-
7.18.5. Par de arranque (M.J
Concana-nsi
Cllinicfjrístlcas
Corriente de arranque(/,)
/ :entre1.7y3St
Par de arranque (M,)
u
Tiempo medio de arranque (1,)
2
M,,= ~ u · 1Yf« (Nm)
y 0,85 M T8 : 7a 12 s
M, : entre 0 14
=
Buena relación par/intensidad.
G osibi~idad de regular los valores de la intensidad de arranque.
Ventajas de este arranque
corte de corriente durante el arranque. Precisa de un equipo especial de autotransformador.
U., - Tensión de arranque, en voltios (V). Inconvenientes
Tensión de línea. Mw - Par a motor parado, en Nm. U-
Equipo caro y que debe ser adecuado a las características
del motor Para máquinas de fuerte inercia y potencia, donde resulta importante la reducción de intensidad en el período de 11 ¡manque
Aplicaciones
7.18.6. Intensidad de arranque
-
Las curvas características del arranque por autotransformador se representan en las Figuras Z26 y 7.2Z
u " u
I =_.!!!..· /
6
(A) M
5
- ~¡'
2, 5
',
' ,,
I - Intensidad a motor calado. " I - Intensidad de arranque. " U., - Tensión de arranque. U - Tensión de ünea. La Tabla 7.11 muestra los valores de la intensidad, la tensión y el par en los puntos de arranque.
"' ~ 20
40
(3)
1"'-
60
2
\
;,y , ... ... :_ ¡_/ {2) __, V
1
0.5
80 100 nin,
o
- ,.
--- !".a--- /
O
Velocidad
\
25 so 75 100 Velocidad
n:,,.
Tabla 7.11 Valores de la tensión, intensidad y par en función de los puntos de arranque
% da u. del motor an al 1" Punto.
lntansldad da arranqua an al 1• Punto.
Par da &IT8nque
del motor
2
U,= 58%de U
I, = 58% de,.
M, = 33%de M,
3
u.= 52%de U
/1
= 52% de /,
M, = 27% de M,
Puntos da arranque
-
a
4
-
U,=47%de U
=
11 = 47% de/,
/ª - Intensidad de arranque.
an al 1• Punto.
/
=
M1 = 22.5% de M,
ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON AUTOTRANSFORMADOR
Esta forma de arranque precisa de w1 autotransformador adecuado a las características del motor (Tabla 7.12), lo que dificulta la generalización de este arranque, que se utiliza para motores de mediana potencia.
152 • © Ediciones Paraninfo
11
-
Intensidad nominal.
n - Velocidad nominal.
M11 - Par nominal.
n, -
M"' - Par motor. M,. - Par resistente.
Velocidad de sincronismo.
(1)
Curva correspondiente al arranque directo.
{2)
Curva correspondiente al arranque por autotransformador.
(3)
Paso de arranque por autotransformador a arranque directo.
Figura 7.27 Curva de intensidad (1)
Figura 7.28 Curvas de par (M)
7.19.1. Características del autotransformador
Al hacer el pedido de un autotransformador se proporcionará la siguiente información: • Características del motor y la tensión de fo línea: © Ediciones Paraninfo •
153
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
Respecto al autotransformador l1 L2 1.3
• • •
La punta de intensidad del motor en el arranque directo, que proporcionará el constructor del motor.
Funcionamiento:
OF
Valor deseado de la punta de intensidad.
Al cerrar el interruptor QF, el equipo queda dispuesto para entrar en servicio
El valor de la tensión de salida en relación con la tensión de la red en tanto por ciento (%).
AJ pulsar en S2, se inicia el ciclo de arranque
•
El tiempo que el autolTansformador va estar bajo tensión nominal.
•
El número de arranques por hora.
•
Previsión de tensiones a swninislTar, como: 0,55 U y 0,65 U.
r
Tiempo total de arranque: en tomo a 8 segundos. Valores de tensión, par e intensidad (Tabla 7.13).
1
• •
•
2
U,= 65%de U
3
U,= 55%de U
1 1
•
U1
2° Punto de arranque Se desconectan: KM1 • KA1 (al enlrar KM3) •
W1
KM2 (al desconectarse KA1)
U2
V2
Entra: KM3 (al desconectarse KM1) Parada
¡_
Intensidad 1 • punto /
11
•
Entran: KM1 • KA1 + KM2
i
Tensión en bornaa (UJ
1er Punto de arranque
KM2
Tabla 7.13 Valores de tensión, par e intensidad
Puntos de arranque
•
Par en 1 • punto
= 42% de I,
M1 =42%deM,
= 30% de i, 1
M, = 30%deM,
1
La parada puede efecluarse: Al pulsar en S1
1
KM1
Por disparo de F2 Elementos auxiliares del esquema:
S1 - Pulsador de paro /
S2 - Pulsador de marcha
1
ESQUEMA DE UN ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR
KA1 - Temporizador
U V W
M
3-
A continuación, se representan los esquemas de potencia y maniobra correspondientes al arranque de w1 motor con autotransformador.
Esquema 7.19 Esquema de polencia L1
7.20.1. Esquema de potencia
Representación del esquema de potencia correspondiente al arranque de un motor mediante autotransformador. El mando se realiza desde una caja de pulsadores de marcha y paro.
F3 F2
--~
S1 E' KA1
S2 ~
7.20.2. Esquema de maniobra KA1
Incluye un mando desde una caja de pulsadores de marcha y de paro (Esquema
Z20).
KM2
7.20.3. Fórmulas correspondientes a este arranque
El arranque de un motor con autotransformador tiene una tecnología particular y se asemeja al arranque con resistencias estatóricas. Este arranque no tiene las pérdidas térmicas que suponen las resistencias.
N --<.,__ ___._ _ __,.._ _ _,..___
KA1
KM 1
KM2
KM3
Esquema 7.20 Esquema de maniobra 154 • ©Ediciones Paraninfo
© Ediclon~s Paraninfo •
155
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores tri/6slccs
(Vi<"tc de IR pá¡¡i11a anterior}
Durante el arranque
Um =k ·UL
1
Um - Tensión en el motor. k- Relación de tensión del autotrru1sformador. k
= Tensión de salida/tensión de línea.
ConceplDa
Caracteristlcaa
Inconvenientes
Precisa de ·u n equipo especial de resistencias. Equipo caro y que debe ser adecuado al motor. Limitado número de arranques consecutivos por hora.
Aplicaciones
Para máquinas que arrancan en carga, cuando el número de arranques por hora son poco frecuentes.
UL - Tensión de línea.
Mm =k' ·MJ Las curvas características del arrru1que por resistencias rotóricas se muestrru, en las Figuras 7.28 y 7.29.
Mm - Par proporcionado por el motor. M, - Par de arrru1que directo. I L =k ·Id
/
IL - Intensidad de línea.
/
1
11
-
Intensidad de arranque.
n - Velocidad nominal.
M 11 - Par nominal.
-
Intensidad nominal.
n1 - Velocidad de sincronismo.
M'" - Par motor. M, - Par resistente.
I, - Intensidad en arranque directo.
J,,,=k·I,
Im - Intensidad del motor.
6
,, '
5
mi ARRANQUE DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON ROTOR BOBINADO
-,
2. 5
'\ -,
Se trata de un motor que tiene el rotor bobinado, y que debe venir con w1 juego de resistencias especiales que se suministrarán con él (Tabla 7.14). Cada vez se emplea menos este tipo de motores, que se sustituyen por otros con rotor en cortocircuito y que, por medio de arrru1cadores electrónicos se pueden conseguir buenas características de arranque y control de la intensidad en el mL~mo, aw1que los motores seru, de mectiru1a potencia e inicien su actividad a mectia o plena carga.
2
,,
~
z
--·
- -' '~
',,
/
O
20
40
60
~
\
- ....J_
o
\
'
"-~-
80 100 nin,
~
o,s o
O
Vel-c<:idad
~
r--......
25
50
"' ~ 75 100 ni".
Velocidad
Tabla 7.14 Características del arranque de un motor trifásico con rotor bobinado
(1) Curva correspondiente al arranque directo.
1
(3) Curva correspondiente al segundo punto de resistencias.
Concaptila
(2) Curva correspondiente al primer punto de resistencias retóricas.
Caractariatlcaa
Corriente de arranque (/,)
'·: s 2,5 /ff
Par de arra~que (M,)
M,: s0,5y0,8 M,
Tiempo medio de arranque (1,)
3 tiempos: 2,5 s ; 4 o 5 tiempos : 5 s
Figura 7.28 Curva de intensidad (/)
Buena relación par/intensidad
7.21.1. Motores que pueden arrancarse con resistencias rotóricas
=
Posibilidad de regular los valores de la intensidad de arranque Ventajas de este arranque
156 •
© Ediciones Paraninfo
Figura 7.29 Curvas de par (M)
Arranque más o menos suave dependiendo del número de resistencias. No hay corte de corriente durante el arranque.
Se podrán conectar con resistencias rotóricas los motores con rotor bobinado y que tengan salidas a colector y escobillas. Las resistencias serán adecuadas a las características del motor. Los datos del motor son básicos para determinar las características de las resistencias, como son las que se relacionan a continuación en la Tabla 7.15: © Ediciones Paraninfo •
157
Motores trifásicos
Conexión a lo red de motores trifdsicos
Tabla 7.15 Características del arranque de un motor trifásico con rotor bobinado
7.22.2. Esquema de maniobra
1
íncluye 7.22).
Conr.anl"os-
Canu!'Dlñlitlcas
kW - Potencia del motor.
Número de puntos de arranque.
U· Tensión de la red eléctrica.
Automatismo de arranque.
Ur - Tensión rotórica.
Tipo de máquina a accionar.
/ . Intensidad estafórica.
Par de arranque solicitado.
/,- Intensidad rotórica.
Clase de servicio.
Hz - Frecuencia de la red.
Otros datos aue ~ueda ~dir el fabricante.
W1
mando d esde una caja de pulsadores de marcha y de paro (Esquema l1
F3~
-->
F2
s1E
111 ESQUEMA DE UN ARRANQUE POR RESISTENCIAS ROTÓRICAS
KA1
KA1
A continuación se representan los esquemas de potencia y maniobra correspondientes al arranque de w1 motor con resistencias rotóricas.
KA2
7.22.1. Esquema de potencia 3 KA1
Esquema de potencia correspondiente al equipo de arranque de un motor trifásico por medio de resistencias rotóricas en tres puntos de resistencia. l1L2 L3
,.,,,
KM1
KA2
KM2
KM3
Esquema 7.22 Esquema de maniobra
Funcionamiento: Al cerr ar el interruptor QF, el equipo queda dispuesto para entrar en
7.22.3. Características de este arranque en carga
servicio
En el momento de la conexión, el rotor tiene conectadas la totalidad de las resistencias, que se irán eliminando hasta que el rotor queda cortocircuitado.
El arranque se inicia al pulsar en S1
1er Punto de arranque Entra: KM1
La finalidad de este arranque es la de limitar la intensidad absorbida en el período de puesta en marcha del motor.
2° Punto de arranque Entra: KM2
7.22.4. Fórmulas correspondientes al circuito rotórico
3er Punto de arranque Entra KM3 El motor funcionará a sus valores nominales Los temporizadores pueden incorporarse a los contactares
KM1 y KM2.
los motores con rotor bobinado son más complejos que los motores con rotor en cortocircuito y el equipo de resistencias que necesita para el arranqu e se corresponderá con la potencia del motor. Los datos característicos de esta conexión se estudian a continuación.
También se le puede incorporar al circuito de maniobra un relé térmico que dispare su contacto si los arranques son
Intensidad rotórica
m uy continuados e impida el arranque hasta que no se enfríen las resistencias del equipo de arranque, para de esta forma proteger al equipo de resistencias
I '
=
666·P (A) U,
R1
T, - intensidad rotórica, en amperios (A). Esquema 7.21 Esquema de potencia
u; - Tensión rotórica, en voltios (V).
.,. Relé temporizad o térmico, opcional.
P - Potencia, en kilovatios (kW).
158 •
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© Ed iclon~s Paraninfo •
159
Motores trifásicos
Conexión a la red de motores trijds;ccs
Resistencia en el circuito trifásico (1)
ARRANCADORES ELECTRÓNICOS ESTÁTICOS PARA MOTORES TRIFÁSICOS
333.p
R. = T Se definen como arrancadores estáticos los equipos electrónicos estáticos que permiten arranques, paradas y funcionamiento controlado. El equipo no tiene contactos, por lo que tiene más vida activa que un contactor.
Resistencia en el circuito bifásico (2) 500·P
Existen muchos accionamientos que requieren un arranque suave y control de las puntas de arranque. Los arrancadores estáticos permiten el control de muchos parámetros que mejoran las prestaciones del motor y el funcionamiento de la máquina accionada.
R.= -¡,'
Forma de construcción del rotor (Esquema 7.23)
El arrancador estático empleado en el arranque de motores trifásicos con rotor en cortocircuito mejora los resultados respecto a otros métodos de arranque para motores, tal como se puede deducir de la Tabla 7.16:
mm K
L
M
K
a) Bol;>ina::lo trifasico
L
Tabla 7.16 Comparación entre diferentes formas de arranque de motores trifásicos
M
e) Colector con sus esoobillas
b) Bobinado bifasico
(1) Rotor trifásico
(2) Rotor bifásico
E squema 7.23. Dos formas de conexión del bobinado rotórico
Valor de la resistencia total (R,)
R=
'
R.,
t' punta
-r
R, - Valor de la resistencia por fase.
R. -
ResL~tencia unidad. 1ª punta - Punta de intensidad deseada al arranque. Valores intermedios de l as resistencias S= R, + r Punta
SR, RPunta -
Valor de la resistencia por fase para este tiempo. Resistencia total (2° tiempo) o resistencia de tiempo precedente Resistencia interna del motor. Punta de intensidad deseada a I tiempo correspondiente.
Punta del último tiempo R +r
,.
Punta = - • -
160 • © Ediciones Paraninfo
Punta - Punta de intensidad deseada.
R, - Resistencia del tiempo precedente. R - Resistencia interna del motor.
Fonnaa de aff8nque Arranque conwnclonalae Carac18rlstlcas l:===::;;:===::;;:====::::::;;;::::====:;;::====~I Arrancad~ Directo Estrella- Resistencias Resistencias Autotransaatailico trllingulo aatat.6rlca• rotórlcaa fonnador % sobre la roníénté dé arranque directo % sobre el par de arranque directo
100%
100%
Escalones de arranque (tensiones)
33%
58á 70%
6%
Según
Se9ún reglaje
ajuste, máx. 90%
3%
33 a49%
48%
55%
Según ajuste, máx. 80%
2
3o2
2o3
2, 3o4
Continuo sin escalones
Conexiones del motor (bornes)
3
6
3
3-3
3
3
Sobrecarga de la línea de alimentación
81,
2,6 1,
4,51,
2,5 1,
3,5 /,
Según ajuste, máx.
51,
Transición o
pausa
NO
sr
NO
NO
SÍ
NO
de arranque
Cada vez es mayor el número de dispositivos electrónicos utilizados para el arranque y control de motores. Permiten maniobras suaves y mucho menos agresivas para el motor que la aparamenta tradicional. Compensa su mayor coste, dado que son muchas sus prestaciones. los dispositivos electrónicos van unidos a aparatos convencionales de arranque y protección. © Ediciones Paraninfo • 161
Motores trifásicos
Pueden ser incorporados a sistemas automáticos, como lo son los controlados por autómatas programables y ordenadores de gestión.
Cone>
ción deseada para el motor y la in.formación que puede suministrar el equipo en lo que se refiere aJ mantenimiento y conservación del motor.
7.23.1. Ventajas del arranque con arrancador estático Mucl,as son las ventajas que aportan los arrancadores estáticos y que se resumen a continuación. • Mejora las características de aceleración/deceleración. • Permite un arranque y deceleración o paro controlado. • Protege al motor contra sobrecargas, pérdida de una fose, rotor bloqueado, cortocircuito de un tiristor, etc. • Posee un alto nivel de inmunidad. • Tiene faci lidad de operación y ajuste. • Emplea tecnología digital. • Suministra información. • Ayuda a la identificación de averías. • Es equivalente a otros equipos de arranque. • Tiene buena conservación y mantenimiento. No tiene elementos móviles, todos son estáticos.
7.23.2. Inconvenientes en el uso de arrancadores estáticos
L1 L2 L3
1,, KM
_), .
U
V W
•
.___.- 4---, 'f .__,_,.__.
u
.ir,
: :C (1)
""y t:::: ~ -
,--------------· -=::::=--·1 L _~ - - ·- ·- - .. ---·- ·-
B1 mayor inconveniente que tiene este sistema de arranque frente notros tipos como el arranque directo; la esb'ella-triánguJo o por medio de resistencias estatóricas, puede estar en el precio, s i se hace una compa ración si n profundizar. Cua ndo se analizan las prestaciones que proporciona este tipo de aparatos en e l arranque como el control de la marcha, la protección, identificación de averías y otras mucl,as, deja de existir tal inconven iente económico.
Re&l&tencitl
do fret1odo
r y ,_ ,u
De todas las formas, el arrancador estático tiene un campo concreto de utilizadón, como puede ser el arranque de ven ti [adores, bombas, etc.
)V W
(1) Rech~cador endula
7.23.3. Esquemas de arranque de motores trifásicos con arrancadores estáticos
Esquema 7.24 Esquema de arranque y control de un motor por medio de un arrancador estático
En el Esquema 7.24 aparece toda la aparamenta que corresponde al conjw,to del equipo. Puede haber varias dos versiones de esta aplicación. • •
Mando por pulsadores. Equipo con: Sonda motor (termostato). Relé térmico. Fusibles.
Los elementos auxiliares del equipo dependerán de los resultados que se pretendan obtener en el arranque, durante la marcha y en la parada, así como la protec162 •
©Ediciones Paraninfo
© Ed iciones Paraninfo •
163
CAPÍTULO
FRENADO DE MOTORES TRIFÁSICOS
8.1. Frenado de motores y máquinas 8.2. Fórmulas de aplicación para el frenado 8.3. Características principales que definen a un motor-freno 8.4. Frenado por electroimán alimentado con cor riente alterna 8.5. Frenado por electroimán alimentado por corriente continua 8.6. Frenado de un motor por equipo de frenado externo 8.7. Frenado de un motor por contracorriente 8.8. Frenado de un motor por contracorriente con resistencias limitadoras 8.9. Frenado por suministro de corriente continua 8.10. Frenado por electroimán t rifásico en un esquema para inversor de giro 8.11. Otras formas de frenado para máquinas
Motores trifásicos
m
Frenado de motores trlfóskos
(\!i,'tte de In página anfurior)
FRENADO DE MOTORES Y MÁQUINAS
Ell frenado de motores y máquinas resulta en muchos casos necesario para: • Parar con rapidez el motor o la máquina. • Detener la máquina en tma posición determinada. La parada puede ser: • Con frenado y sin bloqueo del eje del motor. • Con frenado y bloqueo del eje del motor. Varios son los procedimientos de frenado, alguno de los cuales se estudian e.n este capítulo. Eln muchas máquinas resulta muy importante asegurar la eficacia de la parada, tanto en tiempo, como en posicionamiento y que esta sihulción se mantenga en el tiempo. Para asegurar el bloqueo de la parada es necesario incorporar un freno al motor (motor-fren.o), o incorporar a la transmisión un sistema de frenado. Hay que compag.i nar el frenado y desfrenado del motor para no sobrecargar el circuito eléctrico. Cuando se emplea un motor con freno incorporado, su funcionamiento norma l es el siguiente: • Cuando se alimenta con corriente eléctrica el motor, al mismo tiempo que le llega la tens ión al devanado del motor, también le llega al electroimán del freno, por lo que durante un tiempo muy corto, el rotor te_nderá a girar y no podrá hacerlo porque está bloqueado. • Cuando se corta la corriente a l motor, a l mismo tiempo se corta la corriente aJ eleclToimán del freno, momento en el que el disposisitivo de frenado bloquea el rotor del motor, efectuando su frenado.
8.1.1. Representación de las formas de frenado En la Tabla 8.1 se muestra n diferentes formas de frenado y los s!mbolos que las representan.
Símbolo
(4)
Danomlnaclón
1'
J
(5)
Q J
Freno de accionamiento manual
Freno de acclonamleoto neumático
Símbolo
Freno de accionamiento hidráulico
(8)
Freno de
accionamleoto
(9)
eléctrico (electroimán)
Para peque~a y mediana potencia se emplean motores que Incorporan freno. Para grandes motores y motores que accionan grandes Inercias se utilizan frenos especiales.
8.1.2 Ejemplos de frenos eléctricos Motores con freno incorporado Para peque.flas y medianas potencias (Figuras 8.1. a 8.4).
Electroimán b1fáslco conectado en estrella (Y).
Electroimán alimentado con corriente conHnua rectificada.
Figura 8.1 Frenado electromecánico
Figura 8.2 Frenado electromecánico
Tabla 8.1 Diferentes formas de frenado, representadas por símbolos
S mbolo
Denominación
Sm
Freno. Símbolo general (S)
(1)
lo
c=i :L5
Danomnac n
JJ J
Electrofreno allment~do con corriente allérna
(CA) Freno acoplado (frenando)
(2)
e:::::\
(3) - - - - - - - -
166 •
©Ediciones Paraninfo
Freno desacoplado (desfrenando)
~
(7) ~
Electrofreno alimentado con corriente continua (CC)
Figura 8.4 Frenado por elect1oimán
Figura 8.3 Frenado por elect1oimán
alimentado desde una fuente exterior
alimentado de.sde un equipo rectificador © Ediciones Paraninfo•
167
Motores trifásicos
Frenado de motores trifásicos
Sistemas de frenado no incorporado al motor
8.2.3. Número de vueltas antes de la parada del motor (nP)
Para grandes potencias o situaciones particulares se incorporan frenos externos
w ·n tF n = - - t, - t, +-
(Figura 8.5).
P
E
U
C
V
/~
W
2r
2
8.2.4. Par transmitido por el eje del motor (M.,,)
'ir
REDUCTOR
'ir
'ir
MÁQUINA
FRENO
Mm - Par motor, en Nm. F'igura 8.5 Freno externo al propio motor
m
P - Potencia, en kW.
n - Velocidad de rntación, en rpm.
FÓRMULAS DE APLICACIÓN PARA EL FRENADO
El frenado de los motores es una de las maniobras más importantes que realiza el motor y el automatismo. La forma en que se realiza el frenado y la precisión son dos factores determinantes de esta maniobra. El tiempo de frenado está sujeto a una concatenación de maniobras. Cuanto más rápidamente se hagru1, antes se efectuará el paro.
m
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES QUE DEFINEN A UN MOTOR-FRENO
Para el frenado de un motor, se deberán tener en cuenta una serie de conceptos como son los que se relaciorum a continuación: 8.3.1. Prestaciones que debe dar un electrofreno
8.2.1. Tiempo en efectuar ia parada (tP) tp = t,
+ t, + t,
t, - Tiempo de respuesta de los elementos de .maniobra (contactores, fines de curso, autómatas, otros). t, - Tiempo de respuesta al cierre del freno.
T, - Tiempo en realizar el frenado. 8.2.2. Tiempo de frenado (t,)
lm - Momento de inercia del motor freno, en kgm. J, - Momento de inercia de la carga, en kgm. cv - Velocidad angular del motor, en rad/s.
M, - Momento de frenado (motor-freno), en Nm. M, - Momento de la carga:
+ si frena, en Nm. - si lanza, en Nm. 168 •
© Ediciones Paraninfo
• • • • •
Rapid.ez. Tiempo corto de respuesta. Precísió11. Repetitividad en las paradas. Admisión de cadencias de frenado, sin pérdida de prestaciones. Duracíón de los materiales. Calidad del producto. Mínimo man.tet1im.iento.
8.3.2. Características generales del motor-freno
Para asegurar las prestaciones de frenado, es necesario que el motor-freno tenga el dimensionado que corresponda a la necesidad, y no vale otro. • Potencia nominal, en kW. • Velocidad de rotación, en rpm. • Tensión de la red, en V. • Frecuencia de la red, en Hz. • Aplicación industrial del motor. • Forma de arranque del motor. • Frecuencias de arranque. • Factor de marcha (ED). • Momento de inercia (J,) • Momento de la carga (M) (±). • Datos de la carga y cadena cinemática. © Ediciones Paraninfo •
169
Motores trifásicos
• • •
m
Frenado de motores trifásicos
m
Temperatura de ambiente de trabajo, en ºC. Humedad relativa en la zona de trabajo, en %. Otras condiciones de utilización.
FRENADO POR ELECTROIMÁN ALIMENTADO CON CORRIENTE ALTERNA
FRENADO POR ELECTROIMÁN ALIMENTADO POR CORRIENTE CONTINUA
En este apartado se hace una presentación del esquema correspondiente a un motor equipado con electroimán alimentado por corriente continua (Esquemas 8.3 y 8.4) (Cq.
En este apartado se hace la presentación del esquema correspondiente a un motor equipado con electroimán alimentado por corriente alterna (Esquemas 8.1 y 8.2). Se trata de motores que incorporan el freno, por lo que además de realizar el frenado, también bloquean el eje del motor (rotor). L 1 L.i L.J
QF
lll
L1
l
F2
-~
S1E
F
F2
S1E
,r
s2E
KM1
KM2
KM 1
Esquema 8.3 Esquema de potencia --<:]--
Funcionamiento
~ E KM1
Esquema 8.1 Esquema de potencia
Esquema 8.4 Esquema de maniobra
KM2
E squema 8.2 Esquema de maniobra
Al pulsar 52 entra KMl, que alimenta el electrofreno, desbloqueando el giro del rotor y también alimenta al motor. Se podria, en primer lugar, desbloquear el eje (conexión del electroimán) con KM2 y KMl y alimentar a continuación el motor alimentación al motor con el eje desbloqueado.
Funcionanúento
Al pulsar Sl, se desconectan al mismo tiempo KM1 y KM2, bloqueándose el rotor del motor (Esquema 8.5).
El dispositivo de frenado está conectado en paralelo con la alimentación al motor. Se trata de un motor con inversión de giro.
El mando se hace desde una caja de pulsadores de marcha y de parada.
Cuando se conecta el motor, se desbloquea el freno y cuando se deja de alimentar el motor, se acciona el freno, bloqueando el giro y movimiento del motor.
m
Este sistema de alimentación es muy simple y lo emplean muchos motores. La importancia de esta forma de frenado radica en el bloqueo del eje del motor cuando el motor está fuera de servicio.
170 • © Ediciones Paraninfo
FRENADO DE UN MOTOR POR EQUIPO DE FRENADO EXTERNO
En este caso, el sistema de frenado es ajeno al motor, pero está situado en un punto de la transmisión de movimiento hacia la aplicación (Esquema 8.5).
© Ediciones Paraninfo •
171
Motores trifásicos
Frenado de motores trlfóslcos
El frenado externo deberá estar sincronizado con el equipo de marcha y paro del motor y se podrá adaptar a las necesidades de la aplicación por medio de su correspondiente automatismo. KM1
KM2 - AJimentadón independiente de 1a dol 111010<
Funcionamiento
El mando del motor se realiza desde un pulsador de marcha 52, pudiéndose realizar el paro sin frenado (pulsando en 51), o con frenado, pulsando en 5P. Para que se pueda efectuar el paro del motor, éste deberá estar en marcha, lo que detecta el esquema por medio del interruptor centrífugo (n). Cuando el eje del motor adquiere una determinada velocidad, se cierra el contacto (n). A partir de este momento podrá realizarse el paro del motor por inversión de giro. La alimentación a KM2 (frenado) se cortará cuando el motor esté próximo a pararse y se abra el contacto de (n). El ci.rcuito de maniobra se desconectará, aunque se siga pulsando SP.. El equipo de potencia en este esquema está constituido por un guardamotor, con protección ténnica contra sobrecargas y fusibles contra corrientes de co.rtocircujto.
Eleottolm6n
e½, Freno
m
Esquema 8.5 Esquema de potencia de un equipo de frenado externo
111 FRENADO DE UN MOTOR POR CONTRACORRIENTE
FRENADO DE UN MOTOR POR CONTRACORRIENTE CON RESISTENCIAS LIMITADORAS
Este sistema tiene por finaJidad reducir la brusquedad de la maniobra eléctrica del circuito estud iado en el apartado anterior (Esquemas 8.8. y 8.9).
En este sistema se real iza el frenado del motor, per.o no se hace el bloqueado del eje del motor, una vez efectuado el paro (Esquemas 8.6 y 8.7). Se trata de un frenado qu.e i:esulta brusco, tanto para la mecá nica del motor como para La máquina accionada y la parte eléctrica de la alimentación a l motor.
L1 L2 L3 F
L1
F
KM1
L1
FI
~. -->
-
- 'v-·· ·-
~
a
L
2 4
1
SIE-
.
KM2
51
F1
-.¡,
F2 S1E
(; !
KM2
KM1 ---'y---
N _ _.__ _ _ _...,__ _ KM1
KM1 Esq uema 8.6 Esquema de potencia
172 •
©Ediciones Paraninfo
KM2
KM2
Esquema 8.7 Esquema de maniobra
Esquema 8.8 Esquema de potencia
Esquema 8.9 Esquema de maniobra © Ediciones Paraninfo •
173
Morores trifásicos
Frenado de morares trifásicos
D
Funcionamiento Si.m.ilar al esquema anterior, con la diferencia de que la inversión de giro se hace a través de resistencias, con lo que la maniobra resulta menos brusca, tanto mecánica como eléctricamente. El equipo dispone de protección térmica contra w1a sobreintensidad (relé térmico F2) y contra las corrientes de cortocircuito (fusibles QF).
m
FRENADO POR ELECTROIMÁN TRIFÁSICO EN UN ESQUEMA PARA INVERSOR DE GIRO
Al seleccionar cualquiera de las dos marchas, primero se activa el electroimán (KMl) que desbloquea el eje y a continuación entra la marcha seleccionada. El circuito del electroimán es independiente al del motor (Esquemas 8.12 y 8.13). L1 L2 L3
FRENADO POR SUMINISTRO DE CORRIENTE CONTINUA F1
Se trata de = frenado suave que precisa w1 equipo especial (Esquemas 8.10 y 8.11). L1 l 2 L3
~,
F1.1
111
KM3
ª
L1
-e,t-
F1.1.1
H
F2 s 1 ~
-1--1--¡- - -~I
KM1
S2f
-.¡S·z.E. - - - -- -,KM1, (1j 1 1 1
1
F1~ QF U1 U2 U3
-->
F2
1
U V Wi
KM3
1
1 1
L....,_..,
S1 f
b
KM1
KM1
Esquema 8.12 Esquema de potencia
------- KM2
e
U
V W
Esquema 8.10 Esquema de potencia
KM2
KM1
--,;} - -
rm
KM2
KM3
Esquema 8.13 Esquema de maniobra
OTRAS FORMAS DE FRENADO PARA MÁQUINAS
- ~ -N - _._ _ _ _....__ _ KM1
KM2
Esquema 8.11 Esquema de maniobra
En la Figura 8.6 se representa un sistema de frenado para una transmisión motorreductor-rnáqu.ina, intercalando w1 electrofreno entre reductor y máquina. El freno está pilotado independientemente del motor. En situación de reposo, la transmisión de movi.m.iento está bloqueada.
Funcionamiento El frenado del motor consiste en suministrar una corriente continua al bobinado estatórico del mismo durante un corto tiempo, que transcuxre desde que se da la orden de frenado (SP) hasta que el giro del motor está próximo a parase (apertura del contacto n). El equipo de corriente continua, constituido por= transformador y un rectificador de corriente en puente, está aislado del circuito de corriente alterna por medio de los contadores KMl y KM2. 174 • ©Ediciones Paraninfo
Freno
Miqulna
Figura 8.6 Equipo motriz con freno independiente del motor © Ediciones Paraninfo •
175
Motores trifásicos
Es un esquema de potencia para el arranque directo del motor y del arranque del electroimán trifásico del freno independiente del equipo del motor (Esquema 8 .6).
OF
F1
KM 1
-
CAPÍTULO
-
U1 V I W1
U V W M
3-
FRENO
VARIACIÓN DE VELOCIDAD PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Figura 8.6 Equipo motriz con freno independiente del motor
9.1. Regulación de velocidad 9.2. El motorreductor, elemento básico de variación de velocidad 9.3. Multiplicadores de velocidad 9.4. Variación de velocidad en motores trifásicos 9.5. Motores trifásicos de varias velocidades 9.6. Variación electrónica de velocidad 9.7. Equipo para el arranque y control de velocidad de un motor trifásico con rotor en cortocircuito
176 •
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Motores trifásicos
m
Variaclórt de velocidad paro motores trifásicos
REGULACIÓN DE VELOCIDAD 26,16 -:l.460 60
Se consideran tres formas de obtener velocidad variable de un motor: a) Variación de velocidad mecánica (motor-variador mecánico). b) Variación de la velocidad eléctrica proporcionada por w1 motor de corriente alterna (variador de frecuencia). c) Variación de la velocidad eléctrica proporcionada por el motor de corriente continua (regulador de velocidad).
9.1.1. Variación mecánica de la velocidad Veamos dos ejemplos de variación de velocidad mecánica (Figuras 9.1 y 9.2). Tienen una salida con una sola velocidad. La velocidad que proporciona el motor se acondiciona a la velocidad que necesita la máquina.
m
636,66 Nm
EL MOTORREDUCTOR, ELEMENTO BÁSICO DE VARIACIÓN DE VELOCIDAD
La mayoría de las aplicaciones de un motor a una máquina o accionamiento se hacen a través de un reductor de velocidad, cuyas funciones son: • Reducir la velocidad que proporciona el motor, generalmente muy alta. • Aun1entar el par generado por el motor. Al reducir la velocidad, aumenta fo velocidad en igual proporción . • Adaptar la velocidad a la que necesita la aplicación.
9.2.1. Reductores mecánicos de velocidad Los reductores mecánicos (Figura 9.3) son máqui11as cuya misión es la de adaptar la velocidad de entrada (motor) a una velocidad de salida (la que necesita la aplicación).
Figura 9.2 Reductor variable de la velocidad
Figura 9.1 Reductor de una salida fija
de salida. Selección manual.
Generalmente, fo velocidad proporcionada por un motor trifásico se adapta a la necesidad de la utilización a través de un reductor. Al reducir la velocidad se incrementa el par proporcionado por el motor (MJ Supongamos un motorreductor de P = 4 kW y n = 1.460 rpm. El reductor tiene una reducción de 1.460 a 60 rpm. Figura 9.3 Detalle del reductor de un rnotorreductor
El par motor será:
M m
= 9.550·P fl,.
9 -550 · 4 = 2616 Nm 1.460 '
El par del reductor será:
M= 9.550·P = 9.550 · 4 = 63666Nmt '
1
Jt,
Suponiendo para el reductor un rendimiento del 100%.
178 •
©Ediciones Paraninfo
60
'
9.2.2. Análisis del acoplamiento motor-reductor-aplicación En muchas aplicaciones se reduce y se adapta la velocidad que proporciona el motor por medio de un reductor. La potencia del reductor se corresponderá con la potencia del motor. En estas transmisiones (motor - reductor - máqui11a) se tendrá en cuenta el dimensionado de los ejes (diámetros). En el reductor, el diámetro del eje de entrada (gran velocidad) es de menor valor que el eje de salida, con menor velocidad. © Ediciones Paraninfo •
179
Motores trifásicos
Variación de velocidad paro motores trifásicos
Inversión de giro No todas las aplicaciones necesitan inversión de giro, ni todos los reductores están construidos para dos sentidos de giro. Si es necesaria la inversión, el reductor tendrá esta característica de inversor de giro. ¿Cómo sabremos en un reductor cuál es el eje lento y el eje rápido?
• • •
•
Los ejes lentos tienen mayor diámetro que los ejes rápidos . Los ejes con mayor velocidad tienen el diámetro más pequeño . A más velocidad menor par. A menos velocidad, mayor par.
9.2.3. Comportamiento de la potencia absorbida de la red a través de la cadena de movimiento
Ciclo: Motor eléctrico - Reductor de velocidad - Máquina
'lm -
Rendimiento del motor.
11, -
Renctimiento del reductor.
'lm,q - Renctimiento de la máquina.
P,,,,. - Potencia perdida en la mecánica del motor. P,,., P -
'" P,,.
Potencia perctida en el circuito eléctrico y magnético del motor. Potencia perctida en el reductor. Potencia perdida en la transmisión.
P,,,,..., - Potencia perctida en la máquina. Nota: la transmisión de movimiento desde el motor hasta máquina suele Uegar a través de un reductor, que es el procedimiento más empleado. Hay otros procedimientos que se estudian en esta obra.
9.2.4. Motorreductores
La potencia absorbida de la red eléctrica se distribuye de la siguiente manera (Figura 9.4):
Los motorreductores (Figura 9.5) son equipos constituidos por un motor y un reductor, cuyo fin es adaptar la velocidad del motor a la velocidad que precisa la aplicación o máquina de que se trate.
MAQUINA
MOTOR
1rnaq
1
Figura 9.5 Motorreductor. El motor está acoplado al reductor
/Pp,,J
Potencia absorbida lle la red eléctrica
Poc.encta .:rtil cedida a la maquina
Ppmec Ppe
Ppmi;q
Pª - Potencia activa absorbida de la red eléctrica, en kW Px - Potencia reactiva, en kVAr
Las características principales que definen el reductor son: • • • • •
Y las características principales que definen al reductor son:
•
Figura 9.4 Representación de las pérdidas en la transmisión motor a máquina
•
Potencia perdida (P,) por diferentes causas; desde el motor, hasta la máquina
• •
Relación de rendimientos y potencias perdidas en una motorización entre motor y máquina o aplicación. 180 •
© Ediciones Paraninfo
Tipo de motor (a brida o patas). Tipo de arranque. Directo o con limitación de par en el arranque. Potencia del motor (P), en kW. Par motor (M), en Nm. Velocidad del eje (n), en rpm.
• •
Tipo de reductor. Con acoplamiento directo al motor (brida), o unido al motor a través de un acoplamiento. Potencia mecánica del reductor. Velocidad de entrada (n.), la que le llega desde el motor. Velocidad de salida (n). Relación de reducción (i); i = n/n,. Par reductor (Mr), en Nm, medidos en el eje de salida (nJ. © Ediciones Paraninfo •
181
Motores trifásicos
Variaclórt de velocidad paro motores trifásicos
9.2.5. Fórmulas de cálculo En este apartado se presentan las fórmulas más representativas aplicadas a transmisiones que emplean reductores.
El par suministrado por el motor es el que llega al reductor y que se modifica al reducirse la velocidad. A la máquina llega el par suministrado por el reductor.
Potencia absorbida por el motor (P.,)
Potencia solicitada por la máquina (P)
P,m=
F·v
P= - - - (kvV)
./3 ·U · I · coscp 1.000
(k\lV)
1.000 · l'/m
Potencia útil suministrada por el motor (P.) M
·11
P= - - (kvV)
= ./3 ·U · f · coscp · 17
p
9.550 ·IJm
1.000
um
F-
Fuerza (peso, fricción), en N.
v-
Velocidad lineal, en m/s.
(kW)
Par suministrado por el motor (M.,)
'lm - Rendimiento de la máquina.
= 9.550 · P.
M
lvf - Par de giro de la máquina, en Nm.
(Nm)
11
m
n - Revoluciones del eje, en rpm. Potencia útil que suministra el reductor (P.) y que llega a la máquina.
Relación de transmisión (i). •
1. = -
pur = p m ·17r
11,
N,.
Par suministrado por el reductor (M,)
Nm - Velocidad de salida del motor, en rpm (entrada al reductor). n, - Velocidad de salida del reductor, en rpm.
M, =Mm ·17, UI-
Par motor (M.•)
cos
(Nm)
Intensidad, en amperios (A). Factor de potencia.
M., - Par motor, en Nm. 17, -
Rendimiento del motor.
P m - Potencia del motor, en kW
Par reductor (M) J\,f =-i ,
·1\,f
m
= Nm ·M JV .m
(Nm)
' A menor velocidad, mayor par.
9.2.6. Potencia eléctrica del motor
L.t potencia eléctrica del motor está indicada en la placa de características del motor y se puede calcular a partir de los valores de la tensión, la il1tensidad y el factor de potencia.
182. • © Ediciones Paraninfo
Tensión, en voltios (V).
,,m -
Velocidad del eje del motor, en rpm.
n, -
Velocidad del eje de salida del reductor, en rpm.
Rendimiento aproximado para motores trifásicos trabajando en régimen nominal Los motores pequeños (poca potencia) tienen un bajo rendimiento, mientras que los motores con mayor potencia tienen mejor rendinúento. En la Tabla 9.1 queda constancia de esta realidad.
© Ediciones Paraninfo • 183
Motores trifásicos
Variación de velocidad poro motores trifásicos
Tabla 9.1 Rendimiento del motor respecto a la potencia absorbida de la red eléctrica
Ps0.37kW Ps0,75kW Ps 4kW Ps15kW Ps18,5kW P:.18,5kW
1
o,oo
ceg
•1= 11.Q,7P !! 7ó o/1) 11= 0,75 (!'5~) ,, = 0,80 (80 %) _,, = 0,85. (85,$) 1¡ = 0,90 (90 %) 11 = 0,90 a 0,95 (90 a 95 %)
La potencia señalada en la placa de características del motor es potencia útil, después de descontar las pérdidas, por lo que el reducto.r o la máquina recibirán esta potencia.
m
MULTIPLICADORES DE VELOCIDAD
i= .ti
n
Figura 9.6 Ejemplo mecánico de aumento de la velocidad proporcionada por el motor
m
Hay tres posibilidades de obtener variación de velocidad en los motores trifásicos, y estas son: a) 'E n f unción de s u bobinado:
En ciertas aplicaciones, lo que se necesita es una velocidad mayor que la que proporciona el motor; en este caso, hay que recu rrir a elevadores o multiplicadores de velocidad, bien sean por procedimiento mecánico o de tipo electrónico como es el caso de los variadores electrónicos de frecuencia para motores trifásicos.
9.3.1. Procedimientos mecánicos para incrementar la velocidad proporcionada por el motor El motor trifásico proporciona una velocidad fija que, para elevarla, se tendrán que utilizar dispositivos especiales a base de poleas, engranajes, piñones a cadena, etc.
9.3.2. Procedimiento electrónico de aumento de frecuencia Cuando se suministre al motor una frecuencia superior a la de la red, 50 o 60 Hz, según países, se conseguirá aumentar la velocidad proporcionada por el eje del motor. Los variadores de frecuencia proporcionan una playa de frecuencias por debajo y por encima de la frecuencia de la red. Esta segunda parte es la que interesa en el tema relacionado con el aumento de la velocidad del motor.
1 84 • © Ediciones Paranin fo
Motores de dos velocidades con doble bobinado.
•
Motores de dos velocidades con un solo bobinado y corunutación de polos.
•
Motores de tres velocidades con dos bobinado siendo un de ellos por conmutación de polos y el otro para otra velocidad.
Motores de cuatro velocidades con dos bobinados por conmutación de polos. b) En f unción de la frecuencia. Los motores trifásicos pueden proporcionar variación de velocidad si se alimentan a una frecuencia diferente que la nominal de la red eléctrica (50 o 60 Hz) y, se adaptan otros parámetros como son la tensión e intensidad. Esto se consigue aplicando variadores o reguladores electrónicos de frecuencia Nota: esta p osibilidad de obtener variación de velocidad en los motores trifásicos
de corriente alterna ha Limitado sensiblemente el empleo de motores especiales con varias velocidades, e incltL.;;o, los motores de corriente continua que antes ten ía.n la
exclusividad de la variación de velocida,l
e)
La relación de transformación, para este caso, será la siguiente:
Nota: en este cas o, el cociente resultante se.rá s iempre mayor que la unidad.
•
•
Particularidades del aumento de velocidad proporcionado por el motor Al aumentar la velocidad, se reduce el par final, en la misma proporción_
velocidad en la aplicación i= ---------'-----velocidad proporcionada por el motor
VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN MOTORES TRIFÁSICOS
m
Variadores de velocidad m ecánicos. Muchas máquinas y procesos de fabricación que necesitan variación de velocidad utilizan variadores mecánicos, cuya selección o regulación se puede hacer de forma manual (mecánica), o por procedimientos motorizados.
MOTORES TRIFÁSICOS DE VARIAS VELOCIDADES
Hasta la llegada de los variadores de frecuencia, mediante los cuales se obtiene variación de velocidad, eran los motores de varias velocidades los únicos motores de CA que proporcionaban dos, tres y hasta cuatro velocidades. © Ediciones Paraninfo • 185
Motores trifásicos
Variación de velocidad paro motores trifásicos
Todavía estos motores siguen teniendo un campo concreto de aplicaciones cuando no se requieren más velocidades que las que proporcionan. La aplicación de estos motores tiene el inconveniente de que cada velocidad suministra potencias diferentes.
KM1 KM1
f
'1-
'
= ..,
.....
KM2
S1
F2 t F2.2 S1
9.5.1. Motores con dos bobinados separados
KM1
KM2
KM2
Las particularidades de este motor son:
Esquema 9.2 Motor de dos velocidades. Esquema de maniobra
El motor está. bobinado con dos devanados independientes a los que corresponde una determinada velocidad que podrá. elegirse en función de la aplicación.
La selección de las velocidades se hace por los pulsadores de marcha (2) y el paro es común para las dos velocidades. 9.5.2. Motores de dos velocidades con bobinado único (estrella-doble estrella)
Ejemplo 9.1
4y 6 polos. •
Para 4 polos, corresponde una velocidad síncn,na de 1.500 rpm.
•
Para 6 polos, corresponde una velocidad síncrona de 1.000 rpm..
En este tipo de motor, la velocidad menor o pequeña velocidad (PV) será la mitad de la velocidad mayor o gran velocidad (GV). El devanado del motor será común para las dos velocidades, cambiando la conexión de los grupos de bobinas de una velocidad respecto a la otra.
Ejemplo 9. 2 Ejemplo 9.3
4 y 10 polos •
Para 4 polos, corresponde una velocidad síncrona de 1.500 rpm.
•
Para 10 polos, corresponde una velocidad síncrona de 600 rpm.
Los Esquemas 9.1 y 9.2 muestran una representación del esquema de potencia de este tipo de motor. L1 L2 L3
2y 4 Polos. •
Para 2 polos, corresponde una velocidad síncrona de 3.000 rpm.
•
Para 4 polos, c
Los Esquemas 9.3 y 9.4 muestran una representación del esquema de potencia de este tipo de motor. L L L 1 2 3
ll l
~h
F1
m
KM1 - ·· · -"r - -- .. KM2
KM3 Bobinado del mctor
L1L2 L3
E u, '
C
U V 'W
M
3-
U1 V1 \\'1
Esquema 9.1 Motor de dos velocidades. Esquema de potencia
186 •
© Ediciones Paraninfo
WI
L1 L2 L.1
!u~v!wrlffil
l"'fi''' tf1~ XYZ
XYZ
(,\)
(,,\)
SobinMo del motor y ws des conax!ones.GSVGlla ''f dobla aste.ala.
Esquema 9.3 Motor de dos velocidades (estrella-doble estrella). Esquemas de potencia © Ediciones Paraninfo •
187
Motores trifásicos
Variación de velocidad paro motores trifásicos
Fl F2 S1
L1 -
"i'- '?_;F,;1,_ --11''J '¡.._:1-,-_._ ~.,.___;t,._J~-J E3 "-'
OF F2.1 F2.2 SI
"-'
S3
KM3 KM2 KM!
KM1 KM2
l1
N
"-'
KM3
S4
KM3
E squema 9 .4 Esquema de maniobra
KM1
La selección de las velocidades se hace por pulsadores de marcha y el paro es común para las dos velocidades. Nota: los motores con bobinado único para dos velocidades, tienen diferencias apreciables de
características entre ambas velocidades (potencia e intensidad absorbida y rendimiento), razón por la que precisan de dispositivos de protección adecuados a cada marcha o velocidad.
9.5.3. Motores de dos velocid ades con bobinado único en conexión Dahlander Este tipo de motor es una variante del anterior, con bobinado único combinable en conexión Dahlander (Esquema 9.5). El devanado de este motor es común para las dos velocidades, cambiando la conexión de los grupos de bobinas de una velocidad respecto a la otra
KM2
E squema 9.6 Esquema de maniobra
La selección de las velocidades se hace por pulsadores de marcha y el paro es común para las dos velocidades.
9.5.4. Motores de tres velocidades con un bobinado en conexión Dahlander y otro bobinado independiente Estos motores tienen dos bobinados separados. Uno de ellos en conexión Dahlander que suministra dos velocidades y otro en conexión estrella que suministra otra velocidad, generalmente intermedia entre las dos velocidades de la conexión Dahlander (Esquema 9.7).
j 1l~l l l1 L2 L3
11
Ejemplo 9.4 6yl2polos. •
Para 6 polos, corresponde una velocidad asfncrona de 1.000 rpm.
•
Para 12 polos, corresponde una velocídad síncrona de 500 rpm.
.1
Velocidad lenta: tensión por U1-V1-W1 Contactor KM1
L1 L2 Ll
Velocidad media: tensión por U2-V2-W2
h
KM3·-
F2.2
Contactor KM2
KM2--
KM1
Velocidad rápida: tensión por U3-V3-V3
m
Cortocircuitar bornes U1-V1-W1 Contactores KM3
F2.1
~
KM4
¡.,./4..,.,¡,,,,
'W U1 \/1
X Y Z
IJ:J.
'A":.
't:l
Esquema 9.7 Motor de tres velocidades (Oalander-estrella). Esquemas de potencia
Esquema 9.5 Motor de dos velocidades (Dahlander). Esquemas de potencia
188 •
© Ediciones Paraninfo
La selección de las marchas se realiza por pulsadores o por selección automática. El paro es común para las tres marchas. © Ediciones Paraninfo •
189
Motores trifásicos
Variación de velocidad poro motores trifásicos
9.5.5. Motores de cuatro velocidades con dos bobinados en conexión Dahlander Es un motor de dos bobinados en conexión Dahlander, para los que se busca una combinación de sus polaridades, por ejemplo, 4/8 polos (1.500/750) rpm y 6/12 polos (1.000/500 rpm) (Esquema 9.8).
•
m
Cada velocidad debe tener su protección adecuada a su potencia e intensidad absorbida.
VARIACIÓN ELECTRÓNICA DE VELOCIDAD
Los motores trifásicos asíncronos, los más utilizados admiten la posibilidad de variar su velocidad, lo que se consigue a través de convertidores electrónicos de frecuencia (Figura 9.7), mectiante los cuales se varían los valores de la frecuencia (Hz), la tensión (U) y la intensidad (I) de alimentación al motor, que se adecua a la demanda de la necesidad de la máquina a accionar.
L1 L2 L3
iiU=:i::::;::i=m~=--i
Esta posibilidad de variación de velocidad, unida a que se trata de un motor con casi nulo mantenimiento, hace que sea muy utilizado en aplicaciones que precisan variación de velocidad durante el proceso de funcionamiento o de fabricaciórL Con esta posibilidad de los motores trifásicos de corriente alterna, los motores de corriente continua, cuya particularidad principal era la de su variación de velocidad, han reducido el campo de aplicación, especialmente en baja y mediana potencia.
U2V2 W2 PE
U3 V3
- Velocidad 1 (4p): 1.500 rpm U1
V1
W1
U3 V3 W3
~~
U2
\N2.
V2
U4
W4
- Velocidad 2 (6p): 1.000 rpm - Velocidad 3 (Sp):
750 rpm
- Velocidad 4 (12p): 500 rpm
V4
Figura 9.7 Motores trifásicos con convertidor de frecuencia incorporado
Esquema 9.8 Motor de cuatro velocidades (Dahlander-Dahlander). Esquema de potencia
9.6.1. Variadores de frecuencia La selec-ción de las marchas se realiza por pulsadores. El paro es común para las cuatro marchas.
9.5.6. Particularidades de estos motores Los motores de dos o más velocidades son especiales porque: •
Cada velocidad absorbe w1a intensidad cti ferente y sun1inistran potencias diferentes.
190 • ©Ediciones Paraninfo
Mediante los variadores electrónicos de frecuencia, los motores trifásicos con rotor en cortocircuito pueden proporcionar una velocidad variable. Esta posibilidad, para los motores trifásicos con casi nulo mantenimiento, ha hecho muy competitivo a este tipo de motores respecto a sus competidores, los motores de corriente continua, con más problemas de mantenimiento y aislamiento por efecto del polvo que generru1 las escobillas y el desgaste de colector y escobillas. A continuación, se muestra un esquema simplificado (Esquema 9.9) de un equipo de regulación de velocidad, con variador de frecuencia. © Ediciones Paraninfo • 191
Motores trifásicos
Variación de velocidad paro motores trifásicos
:--:------i~ -..~1-1<---,© @
(~
5
Protección del equipo. Fusibles
2
w
®
Ondulador a tiristores. Sumí·
u otro sistema
nistra tensión trifásica a la fre.
Contactar que conecta y deseo ..
cuencia que interesa a la apli ..
necta el equipo
cación
3
Reactancias de choque
4
Rectificador de corriente
6
Motor trifásico de corriente al.. terna
Esquema 9.9 Esquema de un variador de frecuencia
9.6.2. Regulación de velocidad para motor de corriente alterna (CA) El Esquema 9.10 muestra una representación del equipo variador de frecuencia.
RED ELÉCTRICA {L1-L2-L3)
f
FUSIBLES
REACTANClA
TENSIÓN
1
ONOULAO<)R
~¡~7i;
Las características principales de los equipos de arranque con variación de frecuencia son las siguientes: • Arranques suaves sin transiciones ni escalas. • Rampas de aceleración y deceleración. • Arranque progresivo con limitación de intensidad. • Arranque a tensión reducida • Ralentizado progresivo. • Limitador de potencia. • Frenado eléctrico programable. • Protección contra cortes instantáneos de corriente. • Posibilidad de gran número de arranques por hora . • Señalización de defectos . • Gran fiabilidad del equipo. • Posibilidad de integrar el equipo, en equipos automáticos de maniobra y control. • Control de la tensión en los homes del motor. • Ahorro de energía consumida. Mejora de rendimientos. • Método utilizable para una amplia gama de potencias. • Aparato con casi nulo mantenimiento. 0 Otras prestaciones, dependiendo de equipos y fabricantes,
DE C HOQUE
•
Corriente de arranque ......................... ............ Iª = 2 a 5 In.
•
Par de arranque ... ..... .... ........ ......... ..... .... ... ...... Mª = 0,2 a 1 M",.
El equipo electrónico consta básicamente de los elementos que se representan en el Esquema 9.11. RECTIFICADOR DE CA a ce RESISTENCIA OE FREl'IAOO
~
CORRIENTE A.EelWICADA
o estar integrado a un autómata programable.
Las características respecto al arranque del motor son:
COl
CURVA DE
Nota: el equipo variador puede incorporar los dispositivos de regulación, mando y control
RECTIFICADOR
ONDULADOR
ELEMEl
FRENADO
(•litml><..¡
L1--+--4
L22-- +-+--+
,;p
IU
l·U
L-+1'--0-------------1
L.: ,---,.-.-,-,
CONVERTIDOR
Esquema 9.11 Equipo variador de frecuencia aplicado a un motor trifásico MOTOR TRIFÁSICO CON VARIACIÓN DE VELOCIDAD
Esquema 9.10 Equipo e lectrónico variador de frecuencia
192 •
© Ediciones Paraninfo
9.6.3. Aplicación de motores con variación de velocidad Muchas son las aplicaciones de motores trifásicos con variación de velocidad obtenida por equipos electrónicos de frecuencias. De entre las más importantes se citan las siguientes: © Ediciones Paraninfo •
193
Motores trifásicos
• • •
• • • • •
Variación de velocidad poro motores trifásicos
Accionamiento de bombas volumétricas y centrífugas. Accionamiento de ventiladores. Accionamiento de bandas transportadoras. Accionamiento de máquinas con o sin posicionamiento. Accionamiento de mezcladores . Accionamiento de laminadores . Accionamiento de enrolladores y desenrolladores. Accionamiento de máquinas herramienta
m
EQUIPO PARA EL ARRANQUE Y CONTROL DE VELOCIDAD DE UN MOTOR TRIFÁSICO CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO
A contmuación, se presenta un esquema sencillo de es te equipo de arrru1que para motor trifásico (Esquema 9.12). l1 L2 L3
9.6.4. Control y regulación de la velocidad La velocidad puede variar, por ejemplo: entre 100 y 3.000 rpm, en una gama de velocidad de 1 a 30 rpm. La regu lación de la velocidad permite un control directo sobre las revoluciones del motor. La potencia de un motor puede variar con la velocidad. Un sistema incorpora una regu !ación automática de la velocidad, para llevarla y mantenerla a la velocidad de referencia.
9.6.5. Características principales de los variadores de velocidad
• t
•
• • •
KM1 u.,
F1
KM1
-
u.J
S1
KM1
S2
-
ENTRADAS Y SALIDAS EXTERIORES
1
1 1 1
XL -5
3
1 ENTRADAS CE SER4LES 1 1 DE >.t~CO Y CONlROL 1
Los variadores de velocidad basan su funcionamiento en la variación de la frecuencia que suministran al motor. Estos equipos controlan el arranque y la parada de los motores. La regulación de la velocidad, es el fin principal de estos arrancadores. Producen un frenado o parada rápida y precisa del giro del rotor. El equipo puede estar dimensionado para uno o dos sentidos de giro . Modos de funcionamiento: a) Unidireccional. Cuando el convertidor permite el paso de la energía de la red hacia el receptor. b) Bidireccional o reversible. Cuando el convertidor permite la transferencia de la energía en el sentido de la red hacia receptor y en el sentido ilwerso. E.<,ta particularidad permite efectuar el frenado del motor por recuperación de la energía, enviando la energía a la red. c) De cuatro cuadrantes. Se pueden caracterizar las diferentes f unciones del motor en función de los parámetros principales, como son: La velocidad (dos sentidos de rotación). El par (par motor y par frenado). El fw1cionamiento de los cuatro cuadrantes es el siguiente: Cuadrantes 1 y 3. Marcha del motor en un sentido, y marcha en el otro sentido. Cuadrantes 2 y 4. Marcha y frenado en un sentido y en el otro. En el frenado, el equipo absorbe la energía proveniente del efecto mecánico de la carga.
194 • © Ediciones Paraninfo
r---- T-----, POTENC!A.
1
1
I W ..NOO I DE 1 IAC'n\i~CION I R.EGUL.v.::ó.'41 MANOO
1 ETM'A
<
6
U
V
W
C i:'
I t.(>~•TAOL 1
1 POTENCIA I
1 2
I UN l>AO
1
1
OIGlf-".L
I
1
GI
Esquema 9.12 Arrancador varíador de frecuencia para motor trifásico
9.7.1. Circuito de potencia El circuito de potencia está constituido por los elementos qu e se relacionan a continuación: QF - Interruptor automático. KMl - Contactar tripolar.
XL - Inductancias de red . © Ediciones Paraninfo • 195
Motores trifásicos
Variación de velocidad paro motores trifásicos
CF - Convertidor digital de frecuencia .
9.7.5. Presentación del equipo ondulador de frecuencia
F2 - Relé de sobreintensidad.
El equipo se presenta dentro de una envolvente (Figura 9.8). Resultan muy importantes la visualización general del aparato, la lectura y compren.~ión de su documentación, para asegurar su correcto uso, aplicación y mantenimiento. Ante cualquier duda, se debe poner en contacto con el distribuidor o fabricru1te.
RF - Resistencia de frenado. M - Motor trifásico de corriente alterna con rotor en cortocircuito. e - Sondas tennostáticas para control de la temperatura del bobinado del motor. DT - Dinamo tacométrica.
Hay que prestar atención a las condiciones runbientales fijadas por el fobricru1te sobre la implantación del aparato, como: • • • • • •
9.7.2. Circuito de maniobra La maniobra del contador se realiza desde un pulsador de marcha (S2) y otro de paro (S1). Nota: estos equ ipos pueden ir incorporados a un autómata programable, que perttúte que
Vibraciones. Altitud máxima de instalación. Choque. H u medad. Temperatura de funcionamiento. Protección.
su funcionamiento esté integrado en un determinado proceso de automatismo y de fabricación.
9.7.3. Equipo convertidor o variador de frecuencia El equipo convertidor de frecuencia consta básicamente de las partes siguientes: • • • • •
Circuito de potencia con equipos rectificador y ondulador. Activación de la etapa o circuito de potencia. M.ando, regulación y control digital. Unidad de mando. Entrada de señales de mando y control.
9.7.4. Características principales del equipo Las características de cada equipo dependen de su forma constructiva y estas pueden ser: • MóduJos de inversión de giro (derecha-izquierda). • Entradas para finales de carrera. • Rampas de aceleración y deceleración. • Indicador de frecuencia. • Indicador de velocidad (rpm). • Conh·ol y ajuste de velocidad . • Control de: sobreintensidad, sobretensión, baja tensión, sobretemperatura, defecto a tierra, etc. • Sistema de autodiagnóstico. • Ayuda al automantenim.iento. • Regulación de las curvas de tensión y frecuencia . • Equipo de frenado. • Entradas ru1alógicas (4-20 mA en cq
·~- ~ ~~-. •...... ~1\.......... -:~~)
.,.
p
1
- :::
A~
----e--.
~~
sa
\
..D• --=~ 111
--•
~
.,.
5!i
w•
DBL'J'A
Slmv!ENS
DANFOSS
Figura 9.8 Variadores de frecuencia
Nota: cada variador de frecuencia tiene sus particularidades. No todos valen para lo que pueda interesar a una determinada aplicación. Debemos informarnos antes de elegir un determinado equipattúento para dar solución a un problema concreto.
Puede estar unido y controlado por un autómata progrrunable. 196 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
197
CAPÍTULO
10
MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS
10.1. Con carácter genera l 10.2. Intensidad absorbida por motores en diferentes tipos de arranque 10.3. Sección de los conductores que alimentan los motores 10.4. Sección de conductores y tubos de protección 10.5. Sustitución de motores en una aplicación 10.6. Desmontado mecánico de un motor 10.7. Anomalías que se dan en los motores trifásicos 10.8. Resumen de las principales averías en los motores trifásicos con rotor en cortocircuito y su circuito eléctrico 10.9. Mantenimiento de motores eléctricos 10.10. Verificaciones del estado de los motores eléctricos 10.11. Intervención en motores y transmisiones
Motores trifásicos
m
CON CARÁCTER GENERAL
El receptor es el elemento final de una instalación eléctrica. Todos los dispositivos de la aparamenta eléctrica tienen por finalidad transportar en las mejores condiciones la energía eléctrica hasta el receptor, asegurando calidad y protección, tanto para la instalación, para los receptores, como para las personas y las cosas que están en su entorno.
Mantenimiento de motores·eléctricos
10.1.3. Condiciones de utilización Las condiciones de la instalación y utilización de los receptores dependerán de su clase y de las características de los locales donde se vayan a instalar. Se tendrá en cuenta, y de forma especial, la protección contra los contactos directos e indirectos de acuerdo con la ITC-BT-24. Los receptores de la clase II y ID no precisan protección adicional contra contactos directos e il1directos. La tensión de conexión de los motores (tensión asignada por el fabricante), coil1cidirá con la tensión de red.
10.1.4. Conexión de los receptores Todo receptor será accionado por un dispositivo que pueda ir incorporado al mismo receptor o a la instalación de alimentación, utiliz,·mdo alguno de los dispositivos siguientes, según el Punto 2.7 de la ITC-BT-19 (posibilidad de conectar y desconectar en carga). Dispositivos admitidos para la conexión y desconexión en carga Figura 10.1 Elementos mecánicos de un motor
10.1.1. Los receptores en el REBT La instrucción ITC-BT-43 establece los requisitos generales de instalación de receptores, dependiendo de su clasificación y utilización, para ser alimentados por redes de sunlinistro exterior con tensiones que no excedan de 440 V de valor eficaz entre fases, equivalente a 254 V en valor eficaz entre fase y tierra De forma particular, se tendrán en cuenta las instrucciones ITC-BT-47 (Instalaciones de receptores. Motores).
10.1.2. Condiciones generales de las instalaciones Los receptores se instalarán teniendo en cuenta los conceptos siguientes: •
• •
• •
• • •
•
Oase de local Lugar de emplazamiento. Tipo de receptor. Utilización que se va a hacer del receptor. Oasificación del receptor (Clases O, I, II y III). Condiciones ambientales (temperatura de ambiente, humedad, ventilación). Altitud a la que va a trabajar el receptor, especialmente para motores. Agentes exteriores que debe soportar (polvo, ga~es, vapores, lluvia, etc.). Otros datos y valores complementarios que pudiera interesar tanto a la insta!ación como al receptor.
200 • © Ediciones Paraninfo
La conexión de los motores en carga supone que los contactos de los dispositivos de conexión/desconexión tengan que soportar una sobreintensidad durante el periodo
de conexión y desconexión, para lo que se requiere que estén preparados constructivamente, teniendo el suficiente poder de conexión y desconexión o corte (PdC). Los dispositivos que tienen estas condiciones, son: • Interruptores manuales. • Cortacircuitos fusibles de accionamiento manual, u otro sistema, siempre que tengan poder de corte (PdC) y de cierre adecuado e il1dependiente del operador. • Interruptores automáticos de tipo magnético o magnetotérmico. • Contactores. • Oavijas de torna de corriente de intensidad no.minal no superior a 16 A Serán de corte onulipolar los dispositivos siguientes: • Los situados en el cuadro general y en los secundarios de toda instalación interior o receptora . • Los destinados a circuitos, excepto en sistemas de distribución TN-C, en los que el corte del conductor neutro está prohibido y excepto en los TN-S, en los que se puede asegurar que el conductor neutro está al potencial de tierra. • Los destinados a receptores cuya potencia sea superior a 1.000 W, salvo que prescripciones particulares admitan corte no omnipolar. • Los situados en circuitos que alimentan instalaciones de tubos de descarga en alta tensión. © Ediciones Paraninfo •
201
Motores trifásicos
En los demás casos, los dispositivos podrán no ser de corte omnipolar. Un aparato de corte omnipolar es aquel que desconecta todos los conductores de su circuito. Not<1: el conductor neutro o compensador no podrá ser interrumpido salvo cuando el corte
se establezca por interruptores omrupúlares.
Los receptores podrán conectarse a las canalizaciones directamente o por intermedio de un cable apto para usos móviles
Mantenimiento de motores·eléctricos
En receptores que accionan máquinas (motores) con un par resistente muy variable o con fuertes oscilaciones de potencia absorbida, como hornos, equipos de soldadura y similares, se tomarán las medidas oportunas para que la potencia absorbida no sea mayor del 200% de la potencia asignada. Cuando los receptores no cumplen las condiciones establecidas en los dos puntos anteriores, la empresa su.ministradora, previa autorización del organismo competente, negará el suministro a tales receptores y solicitará que se instalen los sistemas de corrección apropiados.
La conexión de los cables aptos para usos móviles a la instalación alimentadora se realizará utilizando:
Compensación del factor de potencia
• Una clavija de toma de corriente. • Cajas de conexión. • Un trole, en el caso de vehículos a tracción eléctrica o aparatos móviles. La conexión con cables aptos para usos móviles aplicados a electrodomésticos o análogos se realizará utilizando el siguiente material:
Los receptores o conjunto de receptores en los que se dé un factor de potencia (cos rp) muy inferior a la unidad, deberá:n ser compensados, sin que dicha compensación pueda dar lugar a que la resultante sea capacitiva. La compensación del factor de potencia podrá realizarse:
•
Cable flexible, con cubierta de protección, fijado pennanentemente al aparato.
•
Cable flexible, con cubierta de protección, fijado al aparato por medio de un conector, de manera que las partes activas del mismo no sean accesibles cuando estén bajo tensión.
•
La tensión mú1ima asignada a los cables será de 300/300 V.
• La sección mmima no será inferior a 0,5 mm'. Las clavijas utilizadas para la conexión de los receptores a las bases de toma de corriente serán de los tipos siguientes: •
Bases de torna de corriente según las Figuras ESC 10-lb, C2b, CA, C6 o ESB 25-5b de la norma UNE 20.315.
•
Oavijas segw1 norma UNE EN 50075.
Nota: los receptores no desti11ados a usú en viviendas, púdrán incúrporar clavijas c
a la serie de normas UNE EN 60309.
Los cables de entrada al aparato estarán protegidos contra los riesgos de tracción, torsión, ciza Uamiento, abrasión, plegados excesivos, aplastamientos, etc., por medio de dispositivos apropiados. •
No está permitido anudar cables o atarlos al receptor.
•
Los dispositivos de protección contra la tracción asegurarán la integridad de los cables contra los esfuerzos mecánicos a los que se les someta
• • •
Para un solo receptor. Para un grupo de receptores . Para la totalidad de la instalación.
El elemento ba~e de compensación es el condensador, pudiendo llevar uno o varios con diferentes posibilidades de conexión, algunas de las cuales se representan a continuación:
En un esquema trifásico El equipo condensador está conectado a través de un conmutador trifásico manual de dos posiciones. Cuando haya que intervenir en el motor o en su equipo de maniobra, habrá que poner el conmutador en posición (2) para descargar los condensadores, bien sea directamente si son pequeños o a h·avés de resistencias de descarga si son de gran capacidad (Esquema 10.1). L1 L2 L3
"ii1
KM1
(2)
Receptores que se conectan a la red y que puedan producir desequilibrio entre las fases y oscilaciones de potencia No se conectarán receptores que puedan producir fuertes desequilibrios entre las fases del sistema polifásico, sin consentimiento de la empresa suministradora de energía eléctrica. 202 • © Ediciones Paraninfo
Esquema 10.1. Compensación del factor de potencia para motores trifásicos. © Ediciones Paraninfo •
203
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores eléctricos
La iJ1stalación de condensadores debe asegurar de forma automática la compensación, garantizando que la variación de potencia no sea superior o iJ1ferior a ±10%. Cuando se desconecten los condensadores por medio de interruptor, el equipo de condensadores irá provisto de resistencias o reactancias de descarga.
Tabla 10.2 Sección normalizada de los conductores
0,5 10 120
En la compensación del factor de potencia para motores, los condensadores se conectarán y desconectarán al :mismo tiempo que el motor. Los condensadores de compensación se instalarán de acuerdo con las normas UNEEN 60831-1 y UNE-EN 60831-2.
•
INTENSIDAD ABSORBIDA POR MOTORES EN DIFERENTES TIPOS DE ARRANQUE
I.a Tabla 10.1 muestra un resumen de las iJ1tensidades absorbidas durante el período de arranque por motores trifásicos, segfu1 sea su sistema de arranque. Tabla 10.1 Intensidades absorbidas en el arranque de motores trifásicos
1
Raceptor Motor trifásico oon rotor en cortocircuito
Tipo de ananqua Directo. A plena carga.
lntansldad absorbida en al arranque {A) 4 a 8 In
Motor trifásico con
En conexión estrella-triángulo (}.·6).
rotor en cortocircuito
Arrahque en dos puntos de tensión.
1,tl5 a 5 In
Motor trifásico con rotor en cortocircuito
Por medio de resistencias estatóricas.. Arranque en dos o más puntos de resistencia
3 a 3,5 In
Motor trifásico con rotor en cortocircuito
Por medio de autotransfórmador. Arranque en dos o más puntos de tenskln.
Motor trifásico oon rotor en cortocircuito
Por medio de arrancador electrónico. Arranque pr~resivo..
Motor trifásico con rotor bobinado
Por medio de resistencias retóricas. Arrahque en dos o más puntos de resistencias.
m
máx. 5 In 2,5 a3,5 /n
La sección de los conductores que afünentan a un motor será la que le corresponda, para evitar caídas de tensión superior a las admitidas por el REBT (Figura 10.2 y
4 Q
185
400
6
95 500
l.is secciones de: 0,5; 0,75; y 1 mm2, son secciones especiales.
10.3.1. Colores distintivos del aislamiento de los conductores El Apartado 2.2.4 de la JTC-BT-19, señala lo siguiente (fabla 10.3):
«Los conductores de la instalación deben ser fácilmenre identificables, especialmente por lo que respecta al conductor neutro y al conductor de protección. Esta identificación se realizará por los ro/ores que prrsenten sus aislamienws. Cuando exista conductor neutro en la instalación o se prevea para un conductor de fase su pase posterior a conductor neutro se identific.arán éstos por el rol.ar azu.l cla.ro. Al conductor de protección se le identificará por el col.ar verde-amarillo. Todos los conductores de fase, o en su caso, aque/1.os para los que no se prevea su pase posterior a neutro, se identificarán por los colores marrón o negro. Cuando se considere necesario identificar tres conductores fases diferentes, se utilizarrí también el rolar gris.» Tabla 10.2 Colores distintivos del aislamiento de los conductores
Nombra del conductor 1,5 a 3,2 /n
SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES QUE ALIMENTAN LOS MOTORES
Tabla 10.2).
0,75 1e 50
Identificación
Color del alalamlanto
1 Fase
L1
Marrón
8
2 ·Fase
L2
8
3 Fase
L3
Conductor neutro
N
Azul claro
Conductor de protección
PE
Verde-amarillo
8
11
=
Negro
Gris
10.3.2. Cálculo de la sección de los conductores que alimentan un motor trifásico la sección de los conductores que alimentan los motores debe tener el dimensionado adecuado para que no se originen caídas de tensión superiores a las adm.itidas por el REBT. En este apartado se dan las indicaciones que permitan calcular y elegir la sección adecuada a una determinada potencia del motor.
Figura 10.2 Cable eléctrico tripolar
204 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
205
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores eléctricos Tabla 10.3 Sección de los conductores
Sección para líneas trifásicas cortas: $
= ,Í3 · p ·L· f ·cos<¡J
Polancla nominal del molor
(mm~
y diámetros de los tubos de protección Dlfflletro nominal del tubo da rotecci6n
Sección da loa
e
"
p - Coeficiente de resistividad.
s5,5 1,7 9 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160
= 0,0172 Para conductores de aluminio: p = 0,028 Para conductores de cobre: p
L - Longitud de la linea, en metros (m}.
l - Intensidad, en amperios (A). e - Caída de tensión, en voltios (V}. No será superior al 5%.
U - Tensión de la red eléctrica, en voltios (V).
cos
Ejemplo de aplicación 10.1 Calcular la Seéciót1 de los co11ductores que alimentan un motor trifásico, sabiendo que la intensidad absorbida es de 5,2 A, la tensión de la red es de 400 V, el factor de potencia cos lf) = 0,866 y se admite una caída de tensión del 1,5%, para una longitud de línea de50m.
a}
Caída de tensión (e). il.u=U·%=400 · 1,5 6 V lOO JO()
b)
b) Sección de los conductores de cobre (S). S=
JJ · p · L · l e
·cosq> =
J;, · 0,0172 · 50 · 5,2 · 0,866 6
1,1179 rnm2
Nota: se elegirán conductores de 1,5 mm2 de sección. El conductor de protección (PE} también tendrá la sección de 1,5 mm2 •
m
3/4" 314• 314• 1· 1· 1· 1· 1 1/2" 11/2" 1 1/2" 1 112· 2· 2· 3• 3• 4•
s7,5 10
l2,5:J 15 20 25 30
75 100 125 150
1 l~º 220
3x6 3x10 3x10 3 X 16 3 X 16 3x25 3x25 3x35 3x50 3 x70 3x95 3 (1 X 120) 3 (1 X 150) 3 (1 X 240)
10 16 16 16 16 25 25 35 50
1 Pulgada (") = 25,4 mm
m
SUSTITUCIÓN DE MOTORES EN UNA APLICACIÓN
Un motor se puede sustituir en una aplicación por causas diversas, como pueden ser: • Haberse quemado el bobinado. • Fallos en el sistema de frenado. • Rotura del ventilador. • Rotura de la parte mecánica (carcasa), patas de anclaje, etc. • Rotura de rodamientos. • Rotura de la caja de conexiones. • Entrada de agua al interior del motor. • Para realizar una revisión general del motor. • Por resultar insuficiente la potencia del motor para la aplicación. • Por sustitución del motor.
sECClÓN DE CONDUCTORES Y TUBOS DE PROTECCIÓN 10.5.1. Sustitución del motor para aumentar la potencia motriz
En la Tabla 10.3 se proporcionan los valores orientativos y aproximados de sección de los conductores y diámetro de los tubos de protección donde se alojan los conductores.
206 •
© Ediciones Paraninfo
Se pueden presentar dos causas que motiven el cambio o sustitución del motor; w1a es cambiarlo por otro motor de las mismas características. Esta operación puede ser motivada por causas varias. La segunda causa de sustitución es la de instalar otro motor de mayor potencia. Este segundo caso puede ser más problemático, porque pueden variar las dimensiones externas del motor. © Ediciones Paraninfo •
207
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores eléctricos
Sustitución de un motor por otro equivalente
•
Esta situación se presenta cuando se avería un motor por causas eléctricas o mecánicas que se citan en el punto anterior.
•
Sustitución de un motor por otro de mayor potencia
• •
La sustitución de w1 motor por otro de mayor potencia puede tener repercusiones en: •
El soporte de fijación del motor. Cotas diferentes entre agujeros.
• •
Mayor altura de salida del eje del motor. Modificación de la plataforma. Posible mayor diámetro del eje del motor.
•
Posible cambio de las dimensiones del acoplruniento motor-reductor o motor-aplicación.
•
Modificaciones en el circuito eléctrico:
Si el motor tiene freno, atención particular con esta parte del motor. Cuidado con los reglajes que tenga la parte de frenado, para no alterarlos. Una vez desmontado el motor, verificar estado del bobil1ado, aislamientos, circuito magnético estático, rotor, rodamientos, etc. Verificar limpieza y estanqueidad del motor. Si hay que sustituir rodamientos, ju ntas, tornillos u otros elementos, que lo sean por otros iguales, no parecidos.
En la Figura 10.3 se muestra el bobinado estatórico del motor, con las bobinas alojadas en sus ranuras.
Cambio de aparatos (fusibles, interruptor automático, contactor, relé térmico, etc.). Nuevos reglajes de algunos aparatos, si es que pueden recuperarse. Posible nueva instalación de conductores para aumentar la sección. En todos los casos, habrá que asegurar la mejor ventilación del motor y reductor. Como puede deducirse, el cambio de un motor no puede hacerse, uno por otro, porque no haya espacio, porque la forma constructiva de la aplicación no lo permite (fijación a bridas) u otra causa. Conviene ana!izar siempre todas las circunstancias que rodean un cambio, que pueden ser muchas.
m
DESMONTADO MECÁNICO DEUN MOTOR
Cua11do se tenga que desmontar un motor para su reparación o comprobación, se tendrán en cuenta cada una las indicaciones que se relacionan a continuación: • Disponer una caja para recoger todos los elementos del motor. • Antes de desmontar el motor, realizar un croquis del mismo en el que se aprecie claramente la salida del eje y la disposición de la caja de conexiones. • Dura11te el desmontado, anotar y croquizar todo aquello que pueda ser duda en el momento de volver a montar. • Para el desmontado, utilizar herramientas adecuadas. • No forzar las piezas curu1do se encuentre dificuJtad en el desmontado. • Uno de los problemas principales suele ser la extracción de la polea o el acoplamiento. • Utilizar extractores de poleas y rodamientos. • Evitar golpes (martillo o maza metálica) y forzar con palanca.
Figura 10.3 Detalle del bobinado de un motor trifásico
Una vez realizadas las verificaciones o reparaciones que dieron lugar al desmontado del motor, se procederá al montado del mismo. No debe sobrar nada, y cada elemento estará posicionado en el lugar que le corresponde. Hay que atender a las anotaciones que se hayru1 realizado en la fase de desmontado y al lado donde se debe posicionar la caja de conexiones. Los motores de pequeña y mediana potencia son de tipo estándar, lo que permite el intercanwio de motores de diferentes constructores. En estos motores, la altura del eje y las fijaciones o a11clajes son iguales. En las Figuras 10.4 y 10.5 se representa11 dos motores con fijación por brida y por patas, las dos formas más comunes de presentación de los motores trifásicos.
Figura 10.4 Motor con fijación a bridas
208 • © Ediciones Paraninfo
Figura 10.5 Motor con fijación a patas
© Ediciones Paraninfo • 209
Mantenimiento de motores el~ctrlcos
Motores trifásicos
10.6.1. Medidas o acotaciones principales de un motor trifásico Las figuras que aquí se represe.nta.n muestran las medidas exteriores de w1 motor en sus representaciones en planta y frontal, correspondiendo la Figura 10.6 a un motor con fijación por brida y la Figura 10.7 a un motor con fijación por patas.
•
• •
• •
• • • • • •
• • • •
Forma constructiva: 1M B5 Figura 10.6 Acotaciones sobre un motor con fijación por brida
• • • •
• 88
-
Forma constructiva: 1M B3 Figura 10.7 Acotaciones sobre un motor con flJaclón por patas
•
ANOMALÍAS QUE SE DAN EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS
Las anomalías más comunes que se dan en los motores son las de tipo eléctrico, y después, en menor cuantía, las mecánicas que repercuten en el correcto funcionanúento y en sus prestaciones.
•
Sobrecarga térmica. Subida en temperatura que repercute en la degradación de los aislamientos, pérdida de engrase de los rodamientos, dilataciones mecánicas, calentamiento del bobinado y repercusión en su comportamiento. Fa]ta de tma fase por fusión de un fusible u otra causa . Entrada de humedad, polvo, aceite u otro agente . Problemas en el bobinado por envejecimien to del aislante. FaUos de a islamiento (contactos indirectos). Corrientes de cortocircuito. Caídas de tensión en la red eléctrica. Sobretensiones en la red eléctrica. Defecto por puesta a tierra. Problemas de sección en los conductores de a ljmentación. Problemas de aislamiento de los conductores. Problemas de temperatura en el motor o en el ambiente. Problemas en la apara menta eléctrica, estado y conservación. Dilnensionado incorrecto de los aparatos. Degradación de los aparatos y componentes de la insta lación con el uso y el paso del tiempo. Equipo de protección inadecuado. Conexiones al receptor mal realizadas . Tensiones de alimentación inadecuadas. Soltarse contactos por fo Ita de apriete o debido a vibraciones . Recibir impactos o golpes externos . Q~1ema rse a lguno de los componentes del receptor (bobinas, resistencias, caja de bornes, etc.)
10.7.2. Anomalía s mecánicas
• Problemas en los rodamientos. • Defectos en el propio motor (fijaciones, caja de conexiones, .fisuras por di• • • • • •
latación, roturas del rotor, ventilación, freno, si lo tiene, etc.) . Problemas de ven ti ladón. Desajuste en el freno, si lo tiene . Rotw-a del chavetero. Roturn de la caja de conexiones. Rotw-a de alguno de los espárragos y tomillos del motor. Otros fal.los .
10. 7 .1. Anomalías eléctricas A continuación, se relacionan las averías que pueden darse en un motor trifásico, siendo las principales las que corresponden a la alimentación y al equipo eléctrico, a los bobinados del motor, y, de forma especial, a la conexión de los conductores y la forma de colocar las plaquitas en la posición estrella, triángulo o en estrellatriá.ngulo (hay que quitar las plaquitas) en la caja de bornes. Estas anomalías son: 210 • © Ediciones Paraninfo
RESUMEN DE LAS PRINCIPALES AVERÍAS EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS CON ROTOR EN CORTOCIRCUITO YSU CIRCUITO ELlCTRICO Las averías pueden tener su origen en el equipo de ananque y control, en el propio motor o en el sistema de acoplamiento del motor a la máquina (Tablas 10.4 a 10.6). © Ediciones Paraninfo •
211
Mantenimiento de motores eléctricos
Motores trifásicos
(Viene de la página a11fl!rior)
r,;;ria detectada
Posible causa Una fase con alguna espira en cortocircuito.
Baja tensión en la alimentación. Tensión de red elevada.
Figura 10.8 Elementos mecánicos y magnéticos de motores trifásicos
El motot se calienta exageradamente.
La Tabla 10.4 recoge una lista de averías que se dan en los motores, y la causa que probablemente las ha originado. Tabla 10.4 Averías en el equipo de arranque y control del motor
Averia detactada
Posible causa
No entra la maniobra
Falla de tensión en la red. Disparo de algún dispositivo automático. Falla de una fase.
Se dispara el interruptor automático
Por efecto de una sobreintensidad. Por efecto de un cortocircuito. Por efecto de sobretensión en la red. Equivocación en la conexión del motor.
Se funden los fusibles
Por efecto de un cortocircuito entre conductores. Por no haber quitado las placas en la caja de conexión del motor.
Se calienta el electroimán del contacto,
La bobina es para tensión menor que la que se le suministra.
Se dispara el relé témiico
Por efecto de sobreintensidad (sobrecarga). Por incorrecto reglaje del térmico.
Chisporroteo en aparatos de potencia
Mal estado o conservación de los contactos. Problemas mecánicos en el contactar.
Martilleo del contacto,
Pérdida de una espira de «sombra».
Tabla 10.S Averías en el motor Avería detectada
Posible causa
Solución
Consumo elevado en una de las tres fases.
Fase con alguna espira en cortocircuito. Conexión triángulo (,1.) en lugar de estrella().). Tensión de red superior a la nominal. Atención especial oon motores de alta polaridad.
Verificar el cóns.u mo de cada una de las fases. Rehacer la conexión del motor. Estudiar la fom:,a de solucionar el problema.
212 •
©Ediciones Paraninfo
Carga exterior excesiva. Falta una fase en la alimentación por fusión de un fusible. Falta de refrigeración. Se ha soltado el ventilador. El disco de frenado tiene rozamiento. Temperatura ambiente muy elevada. Motor sin auto,..ventilación. Motor con ventilación externa, que no funciona. Conexión triángulo-(A) en lugar de estrella (i,.).
Solución
Si no se puede eliminar el oortocircuito. Sustituir el bobinado. Solucionar el problema de caída de tensión. Solucionar el problema que origina la tensión elevada. A ligerar la carga. Reponer el fusible fundido. Asegurar la entrada de aire. Ajustar el disco. Aplicar aire más fresco. Enfriado. Sustituir el motor por otro que tenga ventilación~ Ponerla en servicio.
Sobrepasar el factor de servicio (S1 a SS según VDE 0530.1.66. Exceso de frecuencia de arranques.
Rehacer la conexión de( motor.
Chisporroteo en la caja de conexiones.
Falta de apriete de los tomillos sobre los conductores de alimentación.
Apriete de los tornillos asegurando los contactos.
El motor no arranca (no funciona).
Falta de tenSión en la caja de conexiones. Se há quemado el motor. Falta una o dos fases por la fusión de íuslbles.
No funciona el equipo de arranque. Sustituir y bobinar el motor. Sustituir 1os fusibles fundidos.
Se ha elegido una inadecuada forma de arranque.
Estudiar el arranque adecuado.
Tensión y frecuencia inferior a la nominal.
Adaptar las condiciones del suministro.
El motor absorbe mucha intensidad.
Bobin'l(lo defectuoso, hilos en cottocircuito. Rotor con algún conductor de la jaula de ardilla sueffo (fallo de soldadura).
Reparar o sustituir el motor.
Fusión de fusibles o disparo del interruptor automático.
Cortocircuito en los conductores que alimentan el motor. Cortocircuito en el mismo motor. Incorrecta conexión de los bornes del motor.
El motor arrahca con dificultad.
Incorrecto sentido de giro del motor. Una de las fases del motor tiene espiras en cortocircuito.
;~=-
Calentamiento del motor. Disparo del relé térmico o del interruptor automático. Desequilibrio en el consumo de las fases
1
Mejorar las oondiciones de trabajo. En caso de duda, consultar al proveedor del motor.
Reparar o sustituir el motor. Reparar. Revisión y reparación. Revisión y conexión correcta. Cambiar ta conexión en dos de las tres fases conectadas. Revisar el bobinado. Revisar el bobinado. Revisar et bobinado.
© Ediciones Paraninfo • 213
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores etécrricos
m
(Viene de la página anterior) Posible causa
Averla del8ctada
Solucl6n
No arranca el motor. Fusión de algún fusible. Dispa,o del relé térmico o del Interruptor automático. Olor característico.
Revisar y bobinar el motor. Revisar y bobinar el motor. Revisar y bobinar el motor.
No arranca el motor. Fusión de fusibles. Dispar.o del relé térmico o del Interruptor automático. Olor característico.
Revisar y bobinar el motor. Revisar y bobinar el motor. Revisar y bobinar el motor.
Motor quemado.
Olor característico. Formas de detección citadas arriba.
Revisar y bobinar el motor. Revisar y bobinar el motor.
Deficiente frenado del motor.
Defecto de reglaje. Carga excesiva.
Ajustar freno. Reducir la carga (inercia).
Una fase quemada e.o el motor.
Dos fases quemadas.
MANTENIMIENTO DE MOTORES
Como se ha indicado, los motores trifásicos tienen poco mantenimiento por sí mismos, pero lo pueden necesitar por causas externas, por avería en su circuito eléctrico y por avería en su parte mecánica, y de forma particular en la carcasa, los rodamientos, estanqueidad ante líquidos y sólidos, ventilación, frenado si lo tiene, etc. Cuando un aparato, equ ipo o instalación tiene una avería, hay que proceder a su reparación, que dependiendo de su magnitud, debe hacerse en el período de tiempo que resulte lo más corto posible para no incidir sobre el proceso de fabricación o sobre la utilización de la máquina que acciona el motor.
Revisar y bobinar el motor.
Por otro lado, se debe considerar la u,staJación de aJimentación aJ motor con todos los aparatos de protección y maniobra y los conductores eléctricos, tubos de protección y armarios donde están aJojados estos aparatos.
Revisar y bobinar el motor.
Hay dos conceptos importantes a considerar:
• •
Tabla 10.6 Averías en la transmisión o sistema de acoplamiento
Averla detectada
Posible causa
Observación
Solución
El motor gira, pero la máquina está parada.
Desconexión del acoplamiento. Rotura del acoplamiento.
Conectar el acoplamiento. Sustituir las partes averiadas.. Atornillar y nivelar.
Vibración en el motor.
Algún tomillo suelto o roto de la fijación del motor. Faffa de alineación del motor con la aplicación. Avería en lós rodamientos. Exceso de carga.
Desequilibrio en la carga accionada. Desequilibrio en el acoplamiento.
=
Exceso de carga. El motor no puede con la carga (aplicación).
Problemas en el acoplamiento.
Problemas mecánicos en otros elementos de la cadena de accionamientos_
214 • © Ediciones Paraninfo
Atranque en alguna parte de la transmisión. Par deficiente en el arranque.
Sucede algunas veces, que la máquina se para y que la culpa no la tiene el motor, sino la cadena de transmisión, como puede ser la rotura de uno de los acoplamientos, la correa o cadena de lransmisión, el interior del reductor, la chaveta, el eje, eic.
10.9.1. Reparación
Sustituir rodamientos. Reducir carga o sustituir el motor y equipo por otro de mayor potencia. Equilibrar carga. Verificar y equilibrar.
Deberán repararse las averías mteriores o exteriores del motor, en el momento que se produzcan o se detecten. a) Averías en el circuito eléctrico: Estas averías pueden ser:
• Quitar carga o poner un motor y equipo de mayor potencia. Verificar y eliminar el problema de atranque. Sistema de arranque inadecuado. Revisar acoplamiento.
Problemas mecánicos en -el reductor.
Reparar el reductor o en su defecto, sustituirlo. Reparar la avería en la parte de la máquina afectada.
Problemas en las partes de la máquina accionada.
1
Alinear y atornillar.
Milla fijación del acóplamiento en la parte motora o aplicación. Desgaste o deterioro del acoplamiento.
=
Reparación . M.antenimiento.
Reparación o sustitución del acoplamiento.
• • •
• • • •
• •
Rotura de la caja de conexiones . Rotura del bornero o algún borne . FaJlo en el prensaestopas (estanqueidad). FaJta de conm,uidad de una de las fases del bobinado. Desequilibrio en las resistencias de las fases. Se aprecia que las fases del motor (bobinado) no absorben la misma intensidad. Quemado de una de las fases del motor. Rotura del circuito eléctrico del rotor (barras cortadas o tapas laterales sueltas). Quemado del motor. Quemado del electroimán de frenado. Desajustes en el freno.
© Ediciones Paraninfo •
215
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores eléctricos
•
b) Verificaciones en el entorno del motor:
En lo que se refiere al mantenimiento mecánico de los motores, el electricista también realiza trabajos mecánicos complementarios, como son: • • • • • •
•
Verificación de los anclajes del motor y reductor. Verificación del estado de los acoplamientos. Verificación de ejes y chaveteros. Verificación de la alineación de los ejes del motor, reductor y de la máquina. Verificación del aspecto general del motor (limpieza) y de toda la transmisión . Verificación de la ausencia de vibraciones y ruidos anonnales.
•
• •
c) Resp ecto a las averias mecánicas del propio motor:
•
Las averías más importantes que pueden detectarse, son:
•
• • •
• • • • •
Rotura o fisura de la carcasa del motor. Rotura de los rodamientos del motor. Rotura del chavetero del eje. Rotura del eje del motor. Rotura del circuito rotórico del motor. Rotura o aflojado del ventilador. Rotura o desajustado del .freno. Desequilibrado del rotor. Contacto (roce) del rotor con el estator.
d) Respecto a la instalación eléctrica: Las comprobaciones y trabajos a realizar son: •
•
• • •
•
Deficiente estado de los tubos de la instalación. Deficiente estado del armario. Ajuste o reglado de los aparatos con relé térmicos y otros. Sustitución de aparatos de maniobra o protección. Sustitución de contactos. Atornillado de aparatos que se hayan podido soltar.
• •
mi
VERIFICACIONES DEL ESTADO DE LOS MOTORES
Las averías que se dan en los motores y su entorno nos llevarán a realizar verificaciones en el propio motor tanto de carácter eléctrico como de carácter mecánico, así como en la instalación con la que se alimenta el propio motor. a) Verificaciones eléctricas
Varias son las verificaciones eléctricas que se pueden hacer sobre los motores trifásicos: •
Comprobar la resistencia de las bobinas y fases del motor.
•
Comprobar el aislamiento de las fases o bobinas del motor.
•
Comprobar la intensidad absorbida por cada una de las fases del motor (Esquema 10.2). Comprobar la tensión en los bornes del motor.
e) Con carácter general:
En general, las precauciones a tomar serán: • Antes de intervenir en un mot01; cortar la corriente. • 'Bloquear el interruptor general con candado una vez desconectado, si esto es posible, para asegurarse que la instalación no va ser puesta bajo tensión y el motor en servicio. Las intervenciones en el motor y su circuito serán efectuadas por per• sonal cualificado. • Se asegurará que en la instalación no intervienen personas ajenas a la misma.
Comprobar que los utilizadores no trampean el funcionamiento de la instalación, con puentes o actuando sobre detectores y otros elementos (cuerdas, cuñas, alambres), para que no se interrumpa la producción. Revisar periódicamente el estado de las instalaciones (conductores, aparatos y receptores) y de forma especial, los dispositivos de protección para las personas. Cuando fallen los aparatos de protección, sustituirlos de forma inmediata, o dejar fuera de servicio la instalación. Proteger adecuadamente receptores, canalizaciones de conductores, pupitres armarios, detectores, chasis, etc. Acudir rápidamente a la llamada de los operarios de fabricación o uti.lizadores de un aparato, máquina o instalación. Revisar periódicamente las puestas a tierra de las masas de la instalación (máquinas, motores, envolventes, pupitres, etc.). Asegurar la limpieza y buen estado del conjunto de la instalación. Comprobar que no se almacenen productos en la prmdmidad o contra los armarios, chasLs, pupitres, etc., especialmente, si tienen riesgo de incendio o explosión.
•
Al1:= ~
z A.1.3
Ape = DA
Esquema 10.2 Comprobación de la intensidad absorbida por el motor por medio de una electropinza
216 • ©Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
217
Motores trifásicos
Mantenimiento de motores etécrricos
b) Verificaciones mecánicas Las comprobaciones mecánicas a realizar son: • • • • • • • •
Verificar el aspecto exterior del motor. Comprobar el apriete de los tornillos de fijación. Comprobar la alineación del motor con la aplicación o el reductor. Comprobar el estado del acoplamiento. Comprobar el estado de los rodamientos. Comprobar si hay vibraciones. Comprobar el nivel de ruido. Comprobar el estado y ajuste del freno.
c) Verificaciones ambientales. Las comprobaciones a nivel ambiental son: • • • • •
Comprobar la temperatura de ambiente de trabajo Comprobar la temperatura del motor. Comprobar los alrededores del motor. Comprobar la presencia de materias inflamables en el entorno del motor. Comprobar la ausencia de hwnedad y polvo.
Eml INTERVENCIÓN EN MOTORES V TRANSMISIONES
E squema 10.3 Abertura del circuito de alimentación al motor, con bloqueo por candado
Se puede enviar al automatismo general la situación que tiene el interrruptor (abierto o cerrado). El poder abrir el circuito de alimentación al motor en las proximidades que tiene motor y la transmisión, curu1do el equipo de maniobra y control está centralizado en una cabina eléctrica, asegura al personal de mantenimiento (mecánico o eléctrico) que no se va a dar un arranque intempestivo del conjunto motor, transmisión o máquina cuando se interviene en alguna de estas partes de la instalación. Si se tiene que intervenir cuando el motor esté funcionando (bajo tensión), se pondrán todos los medios de seguridad a su disposición.
Antes de intervenir en un motor o en la transmisión, hay que cortar la tensión y asegurarse que no se va restituir la tensión al motor, mientras se está trabajando en el mismo o en su transmisión. La puesta de un candado en el interruptor general es una forma de asegurarse de que no se va a poner bajo tensión el circuito, y que no podrá darse orden de marcha para el motor. Además, conviene poner un cartel con la leyenda de:
¡PELIGRO! NO PONER EN MARCHA TRABAJOS EN CURSO
Cuando las intervenciones son muchas, especialmente en motorizaciones que accionan bandas trru1sportadoras, conviene instalar en las proximidades del motor w1 seccionador, con el que se podrá cortar la alimentación al motor y bloquear una posible conexión intempestiva por medio de un candado, tal como se indica en el Esquema 10.3.
218 •
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219
CAPÍTULO
11
TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO
11.1. Procedimientos para transmitir movimiento 11.2. Principales fórmulas relativas a transmisiones mecánicas 11.3. Relación de transmisión 11.4. Acoplamiento directo motor aplicación 11.5. Transmisión motor máquina pasando por un elemento intermedio 11.6. Transmisión a través de reductor o multiplicador 11.7. Acoplamientos 11.8. Otros mecanismos 11.9. Dispositivos de acoplamiento entre motor-reductor-máquina 11.10. Resumen de formas de transmisión de motor a la aplicación
Motores trifásicos
Transmisión de movlmlenro
m
1!11 PROCEDIMIENTOS PARA TRANSMITIR MOVIMIENTO Para transmitir a la máquina la potencia útil generada por el motor con su correspondiente velocidad de giro, hay diversas formas o procedimientos de transmisión, como son los que se citan a continuación. En este capítulo se estudian las principales procedunientos utilizados en la práctica para realizar esta transmisión que, salvo excepciones (ventiladores), se hace reduciendo la velocidad proporcionada por el motor, que generalmente es muy elevada.
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN
En sistemas de transmisión de movimiento, se define como relación de transmisión (í) del mecanismo, al cociente entre la velocidad de salida (n) y la velocidad de entrada o motriz (N).
i=
• • •
• •
• •
• •
Acoplamiento directo motor-aparato o máquina A través de reductor o multiplicador de velocidad. Por poleas planas . Por poleas acanaladas . Por poleas y correas dentadas . Por piñones y cadena dentada. Por engranajes. Por palieres. Por otros sistemas que convengan a la aplicación .
velocidad de salida (rpm) velocidad de entrada (motriz) (rpm)
i= -----------'-'--'--Si: i > 1, se trata de un mecanismo multiplicador de velocidad. Si: i < 1, se trata de un mecanismo redu.cto·r de velocidad. Nota: cuando se trata de reductores de velocidad, la relación de transmisión (i) es un valor inferior a la utúdad y se suele expresar en fracción (ejemplo: i =1/4)
a)
.
.
Mecanismo chi transmisión
Randlmianto
Ejes sobre palieres a rodamientos. Ejes sobre palieres lisos, bien engrasados. Transmisión por correas. Engranajes rectificados, bien engrasados. Engranajes tallados, bien engrasados.
Engranajes brutos.
Rueda y sinfín: reversible y bien engrasada. No reversible y engrasada con bisulfito de molibdeno. Tren epicicloidal (R = 174)
m
¡=
1
098 095 0,95 0,98 o,9sa·o 97 0,90 a 0., 92 .9Q.aQ.92 0,75 a 0,85 0,40 a 0,80 0,35 a 0,45 0,90 a 0;93
n" de dientes del sin fü1 (motriz) n" de dientes del engranaje conducido
e)
En piñón de cadena:
'
PRINCIPALES FÓRMULAS RELATIVAS A TRANSMISIONES MECÁNICAS
©Ediciones Paraninfo
n" de dientes del engranaje motriz n" de dientes del engnm¡lje conducido
J i = n" de dientes del engranaje conducido
1 1
En el Capítulo 2, Apartado 2.4 (Fórmulas de cálculo aplicables a transmisiones mecánicas), se recogen las fórmulas fundamentales y que son aplicables a la materia que se estudia en este capítulo. 222 •
z Z
b) En sinfín con engranaje:
Tabla 11.1 Rendimientos de diferentes mecanismos de transmisión
Ejes sobre palieres lisos y engrasado dlscontinuo. Engranajes tallados y medianamente engrasados.
En engranajes: t= - =
I.a Tabla 11.1 muestra los rendimientos de diferentes mecanismos de transmisión.
1
N
También:
Al reducir la velocidad del motor se consigue aumentar el par motor que llegue a la aplicación, en la misma proporción de la reducción de velocidad. Se puede acoplar directamente el moto.r a la máquina, como es el caso de bombas, ventiladores y reductores, o pasando por situaciones intermedias, antes de llegar a l a aplicación. Los acoplamientos pueden ser:
11
i=
m
n" de dientes del piñón motriz n" de dientes del piñón conducido
ACOPLAMIENTO DIRECTO MOTOR APLICACIÓN
Son muchas las aplicaciones en las que se ensambla el motor directamente a la máquina o aparato a accionar. En este caso, la velocidad del eje del motor corresponderá a la velocidad del eje de entrada a la máquina, como en el caso de los ventilado res, agitadores, batidoras, bombas y otras máquinas. Para estos casos, el motor se fija a la máquina embridado', siendo el eje de la máquina "hembra" y el eje del motor "madw". 1
Embridado es Jo mismo que decir, por el sistema o procedimiento de embrida.do.
© Ediciones Paraninfo •
223
Motores trifásicos
Transmisión de movimiento
11.4.1. Transmisión por acoplamiento directo motor-aparato
Par cedido por el reductor (M,)
En estos casos, el eje del motor se acopw directamente a la bomba (Figura 11.1) bloqueando el acoplamiento macho-hembra por medio de la chaveta.
El par cedido por el reductor dependerá de la velocidad de salida del mismo. Al reducir la velocidad del motor se incrementa el par en la misma relación. a)
Par motor (M~):
M= m
9550 · P 11
(Nm)
P - Potencia útil del motor', en kW:
n - Velocidad del motor, en rpm. b) Par cedido por el reductor (Af,): n.
Figura 11.1 Motores acoplados directamente a una bomba
M=M .....!!!. r m n,
=
9550·P
9.550 · P
(Nm)
Par recibido por la aplicación
n., - Velocidad del motor, en rpm.
La aplicación, en este caso, una bomba, recibe el mismo par que cede el motor (Mm).
n, - Velocidad de salida del reductor, en rpm. 11.5.2. Transmisión por engranajes (piñones)
P - Potencia útil del motor, en kW.
Esta forma de transmisión (Figura 11.3) permite cambiar el movimiento a 90° respecto al que proporciona el motor.
n - Velocidad del motor, en rpm.
DII TRANSMISIÓN MOTOR MÁQUINA PASANDO POR UN ELEMENTO INTERMEDIO Se trata de una fonna de transmitir J;, velocidad del motor a la aplicación de que se trate. En este apartado se estudian las principales formas de transmisión. Figura 11.3 Transmisión por piñones que permiten cambiar el movimiento a 90º
11.5.1. Transm isión a través de reductor o multiplicador de velocidad
11.5.3. Transmisión por rueda y husillo sinfín palieres
Como se viene insistiendo, muchas transmisiones se realizan a través de reductores. Los conjuntos motor-reductor fonnan los motorreductores, como el representado en la Figura 11.2. También se estudian otras formas de transmisión.
Es otra fonna de cambiar el ángulo del movimiento proporcionado por el motor (Figura 11.4).
Figura 11.4 Transmisión husillo sinfín-piñón Figura 11.2. Motorreductor. El motor a brida está acoplado directamente al reductor 224 • © Ediciones Paraninfo
1
La que señala la p laca de c:arac:teristicas del motor.
© Ediciones Paraninfo •
225
Transmisión de. movimiento
Motores trifásicos
Particularidades de esta transmisión a través de husillo:
11.S.S. Transmisión por husillo-tuerca
Es un concepto de reversible e irreversible. Una transmisión piñón-husillo puede ser:
Es otra forma de cambiar de un movimjento rotativo (husillo) a lineal (tuerca) (Figura 11.6).
a) Reductor piñón-husillo reversible. El reductor con este tipo de construcción será reversible cuando el ctispositivo pueda girar a derecha o a izquierda, según convenga, sin que el mecanismo dificulte cualquiera de los dos sentidos de giro. b) Reductor piñón-husillo irreversible. El reductor con este tipo de construcción y cuando está parado, no es posible su accionamiento desde el exterior del eje de salida. e) Análisis de la irreversibilidad. A menor ángulo del filete del husillo sobre su eje, mayor irreversibilidad (Tabla 11.2). Tabla 11.2 Reverslbllldad de la transmisión a través de husillo
Í Cuando el ingulo •• a: 25"
La rev...lbllldad •• _ ,
Esléticamenle reversible. Retomo rápido. Dinámicamente reverslble. Irreversibilidad estática Incierta. Retomo en ceso de vibraciones, Mala reverslbllldad mecánica.
Figura 11 .6 Otra versión de transmisión de movimiento rotativo en lineal
11.S.6. Transmisión por palieres Es ta forma de transmisión se emplea cuando se requiere cambiar e l plano de la aplicación del movimiento (Figuras 11.7 y 11.8).
Estéticamente casi Irreversible.
Relomo en caso de vibraciones. Mela reverslblllcfad m
e©vw@-· .. ·---~ ~-. ·-· C -· ·- -·-·-·-·
Esléticemente muy Irreversible. Retomo en pasos lentos en caso de vibraciones. Reverslbllldad mecánica casi nula.
M
3 ··
Estáticamente lmtveralble. Sin retOl'no. Reverslbllldad mecénlca casi nula.
MOTOR
Figura 11.7 Ejemplo pallerde trensmlslón
--·-
-
.
(-
RaOUCTOR CAROANS
CILINDROS
Figura 11.8 Ejemplo de transmisión por palier
11.S.4. Transmisión por plflón y cremallera A partir de un movim_iento rotativo que proporciona un motor se consigue un mo· vimiento lineal en la crema llera (Fi¡,rura 11.5).
11.S. 7. Transmisión por poleas planas Las poleas planas fueron muy empleadas y desde hace tiempo, han sido sustituidas por las poleas y las correas trapezoidales; sin embargo, es bueno conoce1·las porque su tecnología es aplicable al resto de transmisiones.
Figura 11.5 Transformación de movimiento rotativo en lineal
226 • © Ediciones Paraninfo
Figura 11 .9 Transmisión por medio de poleas planas © Ediciones Paraninfo •
227
Motores trifásicos
Transmisión de movimiento
Fórmulas principales de esta aplicación 1.
10. Espesores más nomtales de correas (e). 3 - 4 - 5 - 6 - ·7 - 8 - 10 - 12 - 14
Relación de transmisión (i).
0,02 d (mm)
es
n
velocidad de salida
i = - =------N velocidad de entrada 2.
11. Ancho de la correa (a)
s
a= -
Diámetro de la polea pequeña (d)
e
Medidas más normales: d =1.100 ·
3.
!f
16 - 20 - 25 - 32 - 40 - 50 - 63 - 71 - 80 - 90 - 100 - 112 - 125 - 140 - 180 200
(mm)
Diámetro de la polea grande (D)
12. Número de pases de la correa por minuto (np) Elección del tipo de correa:
D=i ·d (mm)
Si np s 150, la correa será de cuero. Si np s 200, la correa será textil. Si np s 500, la correa será mixta.
4. Velocidad lineal de la polea (v) v=
S.
(mm)
r· D · N 60.000
(m/s)
11.5.8. Transmisión por poleas acanaladas trapezoidales Se trata de una de las principales formas de transmisión de movimiento desde el motor hasta la aplicación (Figura 11.9).
Distancia entre ejes (E)
E~3D (mm) 6.
Esfuerzo tangencial (F) B
F = 1.910 . P (daN)
h d,
n·d 7.
1
1,
Tensión máxima (T)
E
ap
• 1
efx
T = F e" -l
8.
9.
Sección de la correa (S)
T S= R
(mm~
= 0,35 daN/mm2 R =1,5 daN/mm2 (para correa mixta)
228 • © Ediciones Paraninfo
Figura 11.9 Transmisión por medio de correas trapezoidales y poleas acanaladas
a)
Carga práctica (R)
R
(daN)
• • •
Elementos que distinguen esta forma de transmisión.
Polea motriz (motor). Polea conducida (máquina). Correa trapezoidal.
b) La transmisión puede ser:
• • •
Reductora de velocidad. Transmisora, sin reducción. Elevadora de velocidad. © Ediciones Paraninfo • 229
Motores trifásicos
c) • • • • • • • •
Transmisión de movimiento
Cálculo de las correas de transmisión:
Selección del tipo de perfil de la correa
Datos sobre la máquina a mover: Tipo de máquina o motor. Potencia a transmitir. Velocidad, en rpm (±). Diámetro de la polea, en mm. Distancia entre ejes motor-máquina, en mm . Condiciones ambientales: temperatura humedad, polvo, etc., normales. Horas de fw,cionamiento por día. Número de arranques por día .
Véase catálogo de la marca seleccionada. Distancia entre ejes nominal (en): Lw -L
e =e -
•
(nun}
2
Velocidad lineal de la correa (v}: dp · 11
v=
(m/s)
19.100
Factor de servicio (Fs): El valor del factor de servicio lo proporciona el fabricante.
Coeficiente de ángulo de contacto (k O) : Dp - dp
Potencia corregida (P):
e,
P = Pn · Fs (k\Af)
cos
3. Relación de transmisión (i):
í = dp
z= Diámetro primitivo de la 2ª polea:
2
2e,
P,
p
·F,
z= P,
Pl ·k,,·F.I,
Carga sobre los ejes (F):
- dp D p - - . (mm)
F =2 · z ·T ·sen
1
'
Distancia entre los ejes aconsejada (e):
Diámetro de la polea:
La distru,cia estará comprendida entre:
Cuando
> 0,7 · (Dp + dp} (mm}
Dp -dp
Número d e correas (z):
Dp - Diámetro primitivo de la polea motriz (entrada).
dp =i · Dp (mm)
fi
-=
~ en tablas trigonométricas.
Dp
dp - Diámetro primitivo de la polea conducida (salida).
• k0 en tablas
d2
11 I 1.000
'
/3
2
(consultar catálogo o al fabricante}
< 2 · (Dp + dp) (mm} Tensión de la correa en parado: Desarrollo primitivo de las correas (Lw):
w
T =120· Lw = 2e + 1,57 (Dp + dp} + ( Dp-dp)' (mm) 4e 230 • © Ediciones Paraninfo
"
V
© Ediciones Paraninfo • 231
Transmisión de movimiento
Motores trifásicos
T
0
-
Tensión de la correa, en daN.
w=
que asegurar en todo caso el correcto tensado de la cadena (tensor), y más cuando hay inversión de giro.
potencia corregida en kW número de correas
d - Diámetro, en mm. r·d·n
v=60 n - Velocidad de rotación, en rpm. Figura 11.11 Piñón denlado
Figura 11.12 Transmisión por piñones dentados y cadena
Número de pases por minuto (11.p ) np ,; 900 (para cualquier caso) Nota: para no alarga.r este capítulo, sólo se incluyen fórmulas de cálculo para las poleas pla-
nas y las poleas trapezoidales. Se puede consultar esta materia en otros libros del autor.
11.5.9. Transmisión por poleas y correas dentadas Cada vez es más empleado este sistema de transmisión, especialmente por la buena calidad de las coneas, y por su fiabilidad (Figura 11.10).
Características principales de esta transmisión
Las ventajas de esta transmisión son: • •
• •
• •
m
Nmguna pérdida de revoluciones en la trru,smisión. Inextensible. Pequeña tensión inicial. Funcionruniento silencioso. Muy buen rendimiento mecánico. Conjunto de transmisión más compacto.
TRANSMISIÓN A TRAV~ DE REDUCTOR O MULTIPLICADOR
En muchas aplicaciones, es muy difícil que coincida la velocidad que proporciona el motor con la velocidad que necesita la aplicación, razón por la cual habrá que adecuarla a la necesidad, Jo qu e se consigue intercalando entre el motor y la máquina, un reductor o un multiplicador de velocidad. En la Figura 11.13 se presenta un ejemplo de esta forma de transmisión. Figura 11.10 Transmisión por poleas y correas dentadas.
Características principales de esta transmisión
Las ventajas de esta transmi<;ión son: • • • •
No tiene necesidad de lubricación, es un sL,tema limpio. Silencioso. Su, pérdida de revoluciones. Mucha polivalencia respecto a la trru,smi<;ión.
Figura 11.13 Ejemplo de transmisión a lravés de un reductor de velocidad
11.6.1. Características principales de los reductores 11.5.10. Transmisión por piñones y cadena dentada En muchas aplicaciones se utiliza el piñón acoplado al eje del motor o a I eje del reductor por un lado, y por el otro, al eje de la aplicación (Figu ras 11.11 y 11.12). Hay 232 • © Ediciones Paraninfo
Los reductores de determinan por los siguientes parámetros: • •
Potencia, en kilovatios (kW). Relación de transformación o reducción (í = N/n). © Ediciones Paraninfo •
233
Motores trifásicos
• • • • • • • • • • •
•
• •
Transmisión de movimiento
Par en la salida del reductor, en Nm. Número de arranques por hora. Velocidad de entrada, en rpm. Velocidad de salida, en rpm. Dimensiones del reductor y ejes. Disposición de los ejes. Naturaleza del elemento motriz. Posición de trabajo y forma constructiva. Tipo de transmisión entre elemento motriz y reductor. Factor de servicio en función de los datos anteriores. Temperatura y ambiente de trabajo (humedad, frío, calor, pulverulento, etc.) Posición de montaje y trabajo. Cómo debe ser el eje de entrada y de salida (macho-macho, hembra-macho, etc.) Otros datos que complementen las características del reductor con vistas a su mejor selección.
E!D ACOPLAMIENTOS Un acoplamiento es un elemento mecánico mediante el cual se realiza la conexión o acoplamiento entre dos elementos giratorios de diferentes máquinas, como motor con reductor, o reductor con la máquina (Figura 11.14).
,,.,--~.. ~
.--.. /· i'~' /'.?'. ),,~'.
_, ,·~
··. 'X· '
Not.i: muchos reductores se suministran con el motor (motorreductor), por lo que, además
'
.
de selíalar las características del reductor habrá que señalar las que correspondan a l motor. Figuras 11.1 4 Diversos tipos de acoplamientos para motores, reductores y máquinas
Par cedido p or el reductor (M):
9550·P
M= - - - · 17, (Nm) lf.,.
P - Potencia del motor, en k,A,I.
n, - Velocidad de salida del reductor, en rpm. 11, - Rendimiento del reductor. Nota: los reductores en general, tienen buen rendimjento, s uperior al 90%.
11.6.2. Características del reductor en función del trabajo a realizar Un reductor queda definido por una serie de parámetros y conceptos como los que a continuación se relacionan: • Definir las condiciones mecánicas de trabajo. • Condiciones ambientales de trabajo. • Elemento motriz. En este caso un motor trifásico. • Tipo de acoplamiento motor-reductor y reductor-máquina. • Si la carga va a ser uniforme, discontinua, con choque, con embrague, e tc. • Tipo de trabajo y duración del servicio. • Número de arranques por hora. • Temperatura de trabajo o régimen. • Nivel de ruido.
234 • © Ediciones Paraninfo
11.7.1. Elección de los acoplamientos Para la elección de un acoplamiento para una determinada aplicación, deberán tenerse en cuenta una serie de conceptos, como son los que se relacionan a continuación: Transmitir el movimiento sin repercutir en el rendimiento de las máquinas, ni en su estabilidad mecánica.
•
• •
• •
• •
• •
Potencia y velocidad a trru,smitir. Arranques y paradas a efectuar. Par resistente a vencer. Brusquedades que se puedan dru· en el funcionamiento de la máquina Formas en las que se rea liza la frenada Sobrecargas a soportar. Características runbientales del lugar de trabajo. Tipo de transmisión. Correcto dimensionado de los elementos para soportar los esfuerzos.
Respecto a la mecánica, montaje y conservación
•
Correcta alineación de los elementos en la posición radial, angular, axial y lineal del conjunto de 1a transmisión. © Ediciones Paraninfo • 235
Transmisión de movimiento
Motores trifásicos
•
• •
• •
Correcto montaje del conjunto que constituye la transmisión. Equilibrado de la masa del acoplamiento. Evitar cualquier tipo de vibración. Correcta sujeción de los acoplamientos a sus respectivos ejes. Colocar las carcasas de protección que les correspondan. Impedir el acceso a las personas a las partes en movi.m.iento. Efectuar el mantenimiento adecuado, cuando así proceda, por exigirlo el tipo de acoplamiento y el trabajo que realiza.
Parámetros a tener en cuenta al elegir un determinado acoplamiento:
•
• • •
• •
• •
m
Potencia nominal a transnútir . . . ... .... kW o CV Par nominal a transmitir ...... . .. • . ... daNm o Nm Coeficiente de seguridad . . ... .... . . ... k Par mínimo de trabajo . . . . ....... . . .... daNm o Nm . · maxrma · . \ ~e1oc1'da d d e rotaoon . . ....... rpm Desalineaciones posibles . Dimensiones de los ajes a acoplar (diámetro, longitud, chavetero). Ambiente de trabajo (temperatura, atmósfera, etc.) .
OTROS MECANISMOS
Otros elementos utilizados en las transmisiones son:
11.8.1 . Embragues El embrague tiene por finalidad wúr o separar dos elementos lineales consecutivos de una misma transmisión. El ernbrague permite que el eje del reductor, árbol, rodillo, tambor, husillo o máquina, en general, puedan acoplarse o desacoplarse al elemento motriz en función del reglaje realizado. Los embragues se elegirán de acuerdo con la potencia y par a transmitir, las dimensiones de los ejes, el sistema de embragado, tipo de accionamiento, tiempo y precisión de las respuestas, velocidad, lugar de emplazamiento, temperaturas y otras características que el fabricante aconseje en su información e instrucciones (Figura
11.15).
Existen diversos tipos de embragues que se pueden accionar, por procedimientos mecánicos (manualmente), hidráu licos (fluido a presión), neumáticos (por aire a presión) o por electricidad (electroimán).
11.8.2 Limitadores de par El limitador de par (Figura 11.16), como su mfamo nombre lo iJ1dica, tiene la finalidad de interrumpir la cadena de transmisión cuando en la misma se supera el par regulado en el limitador de par. Su fw1cionamiento se basa en dos discos de material antifricción, a uno de cuyos lados se acopla el elemento motriz, y al otro, el elemento de transmisión que se desea proteger, como puede ser: un piJ'íón, una polea, u otro elemento. Los discos comprimen el dispositivo a proteger con la fuerza dada por unas arandelas o muelles de taza, cuya fuerza en mayor o menor grado se consigue por el apriete de una tuerca reguladora
Figura 11.15 Limitadorde par
Las principales aplicaciones del limitador de par están en las transmisiones de movimiento rotativo, como son entre otras, las siguientes. •
Poleas dentadas .
•
Piñones y engranajes.
•
Transmisiones por cadena
•
Poleas acanaladas
•
En ciertos acoplamientos.
Elección del limitador de par Los elementos de cálculo son;
• •
• •
Potencia motriz, en kW. Velocidad de rotación, en rpm. Momento de giro en Nm o kgm. Diámetros de los ejes y medidas del chavetero.
Par a transmitir (M)
= 716,2 · Pcv
M i
(kgm)
n
Figura 11.15 Embrague
236 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
237
Transmisión de movimiento
Motores trifásicos
M
M
,
= 974 · P,w n
702,6 · Pc,, n
(kgm) MÁQUINA
REDUCTOR
(daNm)
Acoplamientollim!tador
AooplamléntO/Ft eno
Figura 11.19 Transmisión con acoplamiento, freno y !imitador de par
955 ·P.w
1\1 = -~~ (daNm) Jt
RESUMEN DE FORMAS DE TRANSMISIÓN DEMOTOR A LA APLICACIÓN
Pcv - Potencia, en CV.
P,w - Potencia, en kW. n - Velocidad, en r_pm.
m
La transmisión puede hacerse desde el motor a la máquina o desde el motor-reductor (Figuras 11.20 a 11.27).
DISPOSITIVOS DEACOPLAMIENTO ENTRE MOTOR-REDUCTORMÁQUINA
MOTOR Tambor
Muchas son las posibilidades de acoplamiento. Aquí se representan algunas de las posibilidades de acoplamiento (Figuras 11.16 a 11.20).
MOTOR
MÁQUINA
REDUCTOR
Acoplamiento
Figura 11.20 A través de engranajes con salida a tambor
Husillo
Figura 11.16 Transmisión con máquinas unidas por acoplamientos
MOTOR
REDUCTOR
Acoplain re nto
-
Aooplamie...o
MÁQUINA
E'mbragUé
-
.,, ,.
--~
f / / /."'""
Figur a 11.21 A través de engranajes con salida a husillo y tuerca. Movimiento lineal
MOTOR
1--$·
Figur a 11.17 Transmisión con acoplamiento y embrague
L
±t)
Correa plana
Figura 11.22 A través de poleas planas. Correa plana
REDUCTOR
MAQUINA MOTOR
Aooplarriento
Figura 11.18 Transmisión con acoplamiento y limítador de par
238 •
© Ediciones Paraninfo
Lin'llador de por
1
$ L
It>
Cwea trapezoidal
Figura 11.23 A través de poleas trapezoidales. Correa trapezoidal © Ediciones Paraninfo •
239
Motores trifásicos
+·' "
MOTOR
~
L
.
h
h
Correa dentada
Figura 11.24 A través de rueda dentada. Correa dentada
MOTOR
CAPÍTULO
12
Figura 11.25 A través de piñón. Cadena de eslabones
MÁQUINA
(Aplicación) MOTOR
POTENCIA NECESARIA EN EL ACCIONAMIENTO DE MÁQUINAS
Figura 11.26 A través de engranaje y tornillo sinfín
12.1. Potencia motriz necesaria para accionar una máquina 12.2. Potencia de rotación 12.3. Potencia de traslación MOTOR
12.4. Potencia de elevación 12.5. Potencia motriz para bandas transportadoras horizontales 12.6. Potencia motriz para bandas transportadoras inclinadas
Figura 11.27 A través de palier. Cambio de plano
12.7. Fórmula general para calcular la potencia de bombas 12.8. Potencia para bombas de elevación de agua en edificios 12.9. Potencia para la bomba de depuración de agua de la piscina 12.10. Potencia para accionar un compresor 12.11. Potencia para el motor que acciona una bomba hidráulica 12.12. Potencia para el motor que acciona un ventilador 12.13. Potencia para polipastos de elevación de cargas 12.14. Potencias motrices en puentes grúa
240 • © Ediciones Paraninfo
Motores trifásicos
12.15. Potencias motrices para grúa giratoria y móvil
Potencio necesaria en el accionamiento de máquinas
Em POTENCIA MOTRIZ NECESARIA PARA ACCIONAR UNA MÁQUINA
12.16. Potencia del motor conocido el par resistente de la máqui na a accionar 12.17. Estimación de potencias para accionar diversas máquinas 12.18. Clasificación de las máquinas
Para elegir un motor es necesario, en primer lugar, conocer el par y la potencia necesaria y, a partir de estos datos, podrá pasarse a la elección del motor, teniendo en cuenta otras características del entorno de la aplicación.
12.1.1 Par útil en el eje del motor (M J M m = 9,55·P.
(Nm)
/!
Mm = ¡\,f =
7.160 · P.,
(Nm)
lt
9550 · P.,
m
(Nm)
/!
P. - Pote ncia útil, en vatios (W). P., - Potencia útil, en C.V. P., - Potencia útil, en kW
Velocidad de giro, en rpm.
t1 -
12.1.2 Potencia motriz (P) necesaria para accionar una máquina
=
p m
M
.,. m
9.550 • r/0
(kW}
F· v 1.000 · 1]0
p = - - (kW) m
P - Potencia motriz necesaria. Pm=2· F ·16·d·n (kW} r,> =2n ·n M m =F · d
Pm = w ·Mm Pm - Potencia del motor, en kW. F - Fuerza, en N .
d - Diámetro de giro, en metros (m). t1
-
Revoluciones por segundo (s).
w - Velocidad angular, en rad/s.
Mm- Par motor, en Nm. 242 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 243
Motores trifásicos
Porenda necesaria en el accionamiento de máquinas
El momento del par (M) es independiente del diámetro (d) del eje, polea, piñón, etc. (brazo de palanca). El par motor viene dado por el valor M,..
P - Potencia, en k\-V.
El par resistente (M,) señala la potencia mecánica recibida por la máquina (PJ
F - Fuerza, en N.
F=
V - Velocidad de traslación, en m/s. ,¡ - Rendimiento mecánico.
P=M · w
'
'
12.1.3. Potencia absorbida (P.ml por el motor eléctrico
L - Avance del tornillo en metros (m). M - Par, en Nm.
Potencia absorbida por el motor desde la línea eléctrica.
P,m= 13 -U ·I
p
· cos q, (W)
J3 -u ·l ·cos
=
_,
1.000
2r ·M · Y) L
(kvV' ·¡
m
POTENCIA DE ELEVACIÓN
Los movúnientos de elevación se aplican preferentemente a equipos elevadores. m · g·v P= - ~ - (kW) 1.000 · 17
12.1.4. Potencia desarrollada por el mot or eléctrico
Se trata de la potencia ú til cedida por el motor. P.=
J3
p =
·U ·I · cos
J3 ·U · f •COS(f!" r¡ 1.000
u,
1 F·v P= - · - - (kv\7) 2 1.000 · 1) F=m ·g
P - Potencia, en kW.
(kW)
m - Masa, en kg.
g - Aceleración de la gravedad (9,81). F - Fuerza, en N.
Em POTENCIA DE ROTACIÓN Los motores transfonrum la energía eléctrica, en energía mecánica en forma de rotación,
P= M ·n (kW)
9.550
v-
Velocidad de elevación, en m/s.
1¡ -
Rendimiento mecánico.
La Tabla 12.1 muestra la potencia motriz para aparatos ascensores, de acuerdo con la Norma Tecnológica de la edificación ITE-ITA. Tabla 12.1 Potencia motriz para aparatos ascensores
lvf - Par motor, en Nm.
n - Velocidad de giro, en rpm.
mi
POTENCIA DE TRASLACIÓN
Se trata de una de las principales aplicaciones de los motores empleados príncipalmente en puentes grúas, máquinas herramienta y otras. F ·v P= - - "l.000 "/) 2 44 • © Ediciones Paraninfo
1
Servicio
Carga 1kg)
NO de pen11onaa
Velocidad (mis)
Ascensor (rTA-1)
400
5
0,63
4,5
Ascensor (ITA-2)
400
5
1,00
7,5
Ascensor (ITA-3)
630
8
1,00
11,5
8
1.60
18,5
Ascensor (rTA-4)
630=
P-
ncla (kW)
Ascensor (ITA-5)
1.000
13
1.60
29,5
Ascensor (ITA-6)
1.000
13
2,50
46,0
Ascensor (ITA-7)
{600
21
2,50
73,5
Ascensor (ITA-8)
1.600
21
3,50
103,0
-
-
1
© Ediciones Paraninfo • 2 4 5
Motores trifásicos
Potendo necesaria en el accionamiento de máquinas
12.4.1. Potencia motriz para aparatos elevadores y montacargas La aplicación de motores a equipos de elevación (elevadores y montacargas) tiene la particularidad de que la caja o cabina tiene un peso que hay que t ener en cuenta en el momento de calcular la potencia de accionamiento necesaria. p-
l
F· v
· - - (kW) 2 1.000 · 1¡
12.5.2. Desarrollo de la circunfere ncia del tambor (/J l = ,r · d (rn)
1= 2ll · r (m) d - Diámetro, en metros (rn).
r - Radio, en metros (rn).
12.5.3. Velocidad de giro del tambor motriz (n,)
F - Fuerza, en newton (N). 60· v
v - Velocidad, en m/s.
n,= -
17 - Rendimiento.
La fracción (1/2) se debe a que en ascensores y montacargas, la p otencia motriz necesaria, queda reducida a la mitad, por el electo del contrapeso y la cabú, a
m
1
(rp1n)
v - Velocidad, en m/s.
1-
Desarrollo de la circunferencia del tambor.
12.5.4. Velocidad lineal de la banda (v) POTENCIA MOTRIZ PARA BANDAS TRANSPORTADORAS HORIZONTALES
Las bandas transportadoras son muy utilizadas corno u n elemento utilísimo para desplazar productos, generalmente granulados o troceados, bien sea en horizontal, bien con u n determinado ángulo de inclinación (véase Figura 12.1).
n ·l v = - ' - (m/s) 60
12.5.5. Par resistente de la banda (M0 ) M &=T ·r
T - Tensión, en newton (N). r - Radio del tambor, en metros (111).
12.5.6. Potencia motriz (Pm)
=M
p m
·11
(k'\1\1)
9.550
P _ M · n (CV) "" - 7.'160
M - Par, en Nrn. Figura 12.1 Bandas i ransportadoras para el transporte de productos granulados
12.5.1. Cálculo de la potencia motriz (P)
n - Velocidad, en rpm.
12.5.7. Potencia útil del motor eléctrico (P)
P = 0,412 · v (600 + 16 E + Q) P - Potencia, en kW.
p= p = "
.J3 •U ' / ' COS'{J • 1]
(k\1\
1.000
E - Distancia enh·e cen tro de tambores, en metros (m). Q - l'vfasa sobre la bru, da, en kg.
P-
v - Velocidad lmeal de la banda, en rn/s.
P. - Potencia útil summistrada por el motor.
24 6 • © Ediciones Paraninfo
1
Potencia calculada para el accionamiento del tambor motriz.
© Ediciones Par,,ninfo • 24 7
Motores trifásicos
m
Porenda necesaria en el accionamiento de máquinas
POTENCIA MOTRIZ PARA BANDAS TRANSPORTADORAS INCLINADAS
12.6.4. Potencia motriz (P,.,)
Las bandas transportadoras inclinadas necesitan 11U1s potencia que las bandas horizontales. A más inclinación, más potencia. Atención al frenado del motor preferentemente cuando están cargados. P = M ·n (CV) "' 7. l60
12.6.1. Cálculo de la potencia motriz (P) P=0,412 ·v(600 + 16E+Q)±12,26Q ·P;v
M - Velocidad, en rpm. n-
PEQuP, -
Potencia, en kW.
± -
Según que la masa se eleve (+) o descienda (-).
Distancia entre centro de tambores, en metros (m). Masa sobre la banda, en kg.
Velocidad, en rpm.
12.6.5. Potencia útil del motor eléctrico (P)
Velocidad lineal de la banda, en m/s. P=P -
Pendiente. Tangente del valor del ángulo de inclinación (tg <1).
u
P-
a - Ángulo de inclinación de la banda.
./3·U · l ·cosqr 17 (k\.'V) 1.000
Potencia calculada para el accionamiento del tambor motriz.
P" - Potencia suministrada por el motor.
12.6.2. Carga admisible en la banda (Q)
q ·E
H
sena= -
Q= 60· v (N)
E
Q - Carga, en N . q-
Caudal horario, en N/h.
E-
Distancia entre centro de tambores, en metros (m).
111 FÓRMULA GENERAL PARA CALCULAR LA POTENCIA DE BOMBAS El bombeo de líquidos es una de las principales aplicaciones de los motores eléctricos (véase Figura 12.2), su empleo es generalizado en instalaciones químicas, instalaciones hidráulicas, bombeo de agua, etc.
H - Altura de elevación, en m. a - Ángulo de inclinación o pendiente. 12.6.3. Par necesario para accionar la banda (M) D·l
M=Q · -
2
(Nm)
M - Par, en Nm.
Q- Caudal horario, en N/h. D - Diámetro del tambor, en metros (m). n1 - Velocidad en el eje del tambor, en rp.m.
n 2 - Velodidad en el eje de accionamiento, en rpm. Figura 12.2 Motor eléctrico que acciona una bomba
248 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo• 249
Potendo necesaria en el accionamiento de máquinas
Motores trifásicos
P = Q. y • H (kW)
Suma de alturas geodésicas y la pérdida de carga.
1.000 · 11,
11, - Rendimiento de la bomba (generalmente bajo).
12.8.3. Potencia del motor de accionamiento
Q - Gasto, en m 5/s.
Pm = (1,1 a 1,2) · P1 (CV)
y - Peso específico del líquido, en N/m'.
H - Altura de elevación, en m.
La potencia del motor de accionamiento de la bomba viene a ser de un 10 a un 20% mayor que la potencia calculada para la bomba (PJ.
y, - Re.nd imiento total.
y•=•, - Rendimiento de la bomba.
Si se trata de pequeñas bombas, la potencia del motor podrá incrementarse hasta un 30% sobre la potencia calculada para la bomba.
r." - Rendimiento de la transmisión. llnll
m
La Tabla 12.3 muestra w1a estinlación de tomas por vivienda para la aplicación de la tabla anterior (potencia de la bomba de elevación).
POTENCIA PARA BOMBAS DE ELEVACIÓN DE AGUA EN EDIFICIOS
12.8.1. Potencia de bombeo en función del número de grifos y la altura del edificio La potencia viene determinada por la altura del edificio y el consumo de agua (número total de tomas de agua) (Tabla 12.2).
Tabla 12.3 Estimación de tomas por vivienda para la aplicación de la Tabla 12.2 1
Eatancia
Tomas de agua fria
Tomas de agua callante
TOTA[
Baño
4
3
7
Aseo
3·
2 1
5
8
1/
!!!!!!
Cocina 1
4
..
IUIAI
5
Tabla 12.2 Potencia de bombeo en edificios
1!11 POTENCIA PARA LA BOMBA DE DEPURACIÓN DEL AGUA DE LA
ota de grifos 150 300 4 5Ó
1 1 2
1 2 4
-900 1.800 3.500
4
6
4 6
9 11
2
PISCINA La potencia necesaria dependerá del volwnen de agua a depurar y se estima en:
P = 8 '\V/m3 · Q (m3) (W) Q - Volumen de agua a depurar, en m3 •
No está considerada la climatización, si la piscina la tuviera.
Ej emplo de aplicación de la tabla A un edificio de 6 alturas y 300 grifos le corresponde una potencia de 1 kW.
12.8.2. Potencia necesaria para accionar la bomba para elevar agua El bombeo de agua empieza en nuestra propia vivienda (grupos presores) y le siguen en la piscina, el riego, etc.
ma
POTENCIA PARA ACCIONAR UN COMPRESOR
La potencia de accionamiento puede determinarse a partir de la Tabla 12.4. Tabla 12.4 Potencia de accionamiento de un compresor Compresor de una etapa
p = Q • fa
• f¡m
(CV)
75 · " ·
Potencia del motor kW
Caudal
Potencia del motor
LN/min
kW 2
Caudal L N/mln
Q - Caudal, en m 3/s.
2
475
3
6.10
3
540 860
r, -
5
1.020 1.530
5
1.530
9
1.840
Densidad del agua en función de su temperatura, en kg/dm3 •
hm - Altura manométrica de la elevación o altura útil, en m. 250 •
Compresor de dos etapas
© Ediciones Paraninfo
9
-
1
© Edfciones Paraninfo •
251
Motores trifásicos
lf!f •
Potendo necesaria en el accionamiento de máquinas
POTENCIA PARA EL MOTOR QUE ACCIONA UNA BOMBA HIDRÁULICA
Las instalaciones hidráulicas son muy empleadas en muchas aplicaciones mecánicas (accionamiento de cilindros y pistones) y trabajan a elevadas presiones.
P
Q· p (CV) 150.000
Q - Caudal, en m3/h.
p - Presión, en mm de columna de agua (mm cda).
12.11.1. Caudal (Q)
12.12.3. Potencia para ventiladores centrífugos
La energía hidráulica se h·ansporta a través del .fluido térmico (caudal). Q= V·11·r¡,,, l.000
El gasto horario (Q/h) varía según los tipos de ventilador de que se trate. Entre 200 y 100.000 m3/h y para presiones comprenclidas entre 10 y 250 mm de cda, la fónnula con la que se calcula la potencia del motor, es la siguiente: p-
12.11.2. Potencia del motor que acciona la bomba hidráulica
Q·p
(CV)
210.000
La potencia que transporta el fluido hidráulico depende del caudal y de la presión. D·p
P= 600· r¡,,,, (kW) V - Caudal geométrico de la bomba, en cm3 •
n - Revoluciones de la bomba, en rpm. Q - Caudal, en l/rnin. P - Presión de servido, en bar. 11.., - Renclimiento total (0,8 a 0,85)
Q - Caudal, en m 3/h. p - Presión, en mm de colunu1.a de agua (mm cda).
mm
POTENCIAS PARA POLIPASTOS DE ELEVACIÓN DE CARGAS
Los polipastos necesitan motores freno para poder mantener la carga suspendida. También el reductor debe tener una construcción especial para facilitar el frenado y la suspensión de la carga.
11!1 POTENCIA PARA EL MOTOR QUE ACCIONA UN VENTILADOR 'KOL~l "~!1\.11
La potencia necesaria para el motor que acciona un ventilador depende del tipo de hélice de que se trate (helicoidales o centrífugas).
-
12.12.1. Fórmula general
A
P= Q · J> (CV) 75 ·ry Q - Caudal, en m3/s.
p - Presión, en mm de columna de agua (mm cda). ,¡ - Rendimiento del ventilador. Figuras 15.3 Polipastos y aplicación
12.12.2. Potencia motriz para ventiladores helicoidales El gasto horario (Q/h) varía según los tipos de ventilador de que se trate. Entre 200 y 100.000 m 3/h, y para presiones comprendidas entre Oy 60 mm de cda, la fórmula con la que se calcula la potencia del motor es la siguiente: 252 •
© Ediciones Paraninfo
12.13.1. Potencia calculada en kgm P=m ·v (kgm)
(Fórmula a no utilizar) © Edfciones Paraninfo •
253
Potendo necesaria en el accionamiento de máquinas
Motores trifásicos
Tabla 12.5 Potencias motrices en función de la carga a elevar o trasladar
12.13.2. Potencia calculada en CV P= m · v 75 'IJ (CV)
12.13.3. Potencia calculada en vatios (W) P=F ·v (W)
12.13.4. Potencia calculada en CV F ·v
p = 736 · 17
(CV)
3.000 5.000 7.500 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 40.000 50.000
F·v
P= - - (kW) J.000. 1/ P-Potenda. m - Masa, en kg.
-
5 75 9 11 '12,5 14 18 20 26
11
11
11
lf
...Ji
1 1,5 2 2 2 2 3,5 4,5 5 7,5
14 20 20
Nota: los valores de esta tabla son orientativos y aproximados.
mm
12.13.5. Potencia calculada en kW
POTENCIAS MOTRICES PARA GRÚA GIRATORIA Y MÓVIL
Las aplicaciones de las grúas son muchas y se adaptan a las necesidades, por lo que pueden ser fijas, giratorias o móviles. Cada una de ellas tiene sus particularidades (véase Tabla 12.6). Tabla 12.6 Potencias motrices en función de la carga a elevar o trasladar
v - Velocidad lineal, en m/s.
Uüa a manipular
F - Fuerza, en N. 17 - Rendimiento.
mm
Masa a manipular (kg)
POTENCIAS MOTRICES EN UN PUENTE GRÚA
l.-Os puestes grúa requieren paradas precisas en los desplazamientos del puente y carro. Además de elevar la carga, la desplazan.
..' '' . '' '
'
1.000 1.500 2.000 3.000 4.000 5.000 Nota: los valores de esta tabla son orientativos y aproximados.
mm
POTENCIA DEL MOTOR CONOCIDO EL PAR RESISTENTE DE LA MÁQUINA A ACCIONAR
La potencia necesaria para accionar w1a máquina se puede determinar a partir del par máquina requerido, pasando a continuación al motor, teniendo en cuenta las pérdidas que se puedan generar en la transmisión.
12.16.1. Par máquina (Mm6 ) M . =F ·r (Nm) ""'1
F - Fuerza, en N. Figura 12.4 Puente grúa sobre vigas carrileras
254 •
© Ediciones Paraninfo
r - Radio de giro, en m. © Edfciones Paraninfo •
255
Motores trifásicos
Potencio necesaria en el accionamiento de máquinas Tabla 12.7 Máquinas herramientas para metales
M~~ = 9550 · P= · r¡ (Nm) JI
1 P um -
Potencia útil cedida por el motor, en k\-V.
n-
Velocidad de rotación, en rpm .
r¡ -
Rendimiento de la transmisión desde el eje del motor hasta la máquina a accionar.
Taladradoras verticales. Taladradoras radiales. Mandrinadoras.
.J
um
=
M
...,
9.550 •·17
10a40 10a30
Méqulna
Poaincla motriz kW
Honnigoneras. Radiales, perforadoras, sierras. Cintas transportadoras.
1a3
1
•Jt
l !! .1ll.
1
Tabla 12.8 Maquinaria para la construcción
12.16.2. Potencia útil del motor (P
P
Potencia mobiz kW
Méqulna
3.a.!l 2a5
Tabla 12.9 Máquinas agrícolas
(kW)
1
Empacadoras de paja. Trilladoras. Centrifugadoras de leche. Elevadores de grano. Elevadores de sacos. Limpiadoras de grano.
M,,,,,1 - Par de la máquina, en Nm. n-
Velocidad de rotación, en rpm.
,¡ -
Rendimiento de la transmisión (incluido reductor si lo tiene).
J
12.16.3. Potencia absorbida por el motor (P
P, =Pum · l]m (en W O kW)
PDl8ncla molnz kW 2a5 7 a 15
Méquina
0,5a3 1a3 1a3
1a 3
Tabla 12.10 Máquinas para trabajar madera
Pum - Potencia útil cedida por el motor en su eje, en W o k\"7. 17m -
1
Rendimiento del motor.
1
· Pot.ncla motriz kW
Máquina
1
Sierra de cinta.
Sierra circular. Taladradoras.
Dlfl ESTIMACIÓN DE POTENCIAS PARA ACCIONAR DIVERSAS MÁQUINAS
2,§!! 6
1
Cepilladoras. Tomos.
2oj.z¡¡ '1 a
Tabla 12.7 Máquinas herramientas para metales
Potencia absorbida en el corte por una máquina herramienta.
Tomo revólver. Torno paralelo. Torno automático. Fresadora. Rectificadora. Martillo pilón. Cizallas. Máquinas de roscar y cortar.
256 •
...,
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P=
Potencia motriz
F,· v, 60 · 75 · r¡
1
15
12.17.1. Otras fórmulas aplicadas
Máquina
1
2a6 2a4
En la Tabla 12.7 se muestran las potencias estimadas para accionar máquinas herramienta para mecanizar metales.
1
-
(CV)
il,!!.io 1
3a45
1
li.1§
1
F,.·vc P, = -6<->·-"-10-2"-·-r¡ (kv\~
1 a25 1 a 30 1Q a 100
1Q11c!Q 1 a 20
-
-
F, - Esfuerzo de corte, en kp/mm2 • v, - Velocidad de corte, en m/min. ,¡ -
Rendimiento mecánico. © Ediciones Paraninfo •
257
Motores trifásicos
lf!!=I
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS
Las máquinas se pueden clasificar atendiendo a la velocidad que desarrollan y a la potencia motriz de accionamiento. En las Tablas 12.11 y 12.12 se muestra la clasificación de las máquinas de acuerdo con los conceptos de velocidad y potencia. Tabla 12.11 En función de la velocidad
Báj~ e~ueñ~ velocldad Media velocidad Alta velocidad Extra alta velocidad
IC
Ha~ 30Q,¡pm ---, 300 a 1.500 rpm 1.500 a 6.000 rp'i!m=== Mayor de 6.000 rpm
CAPÍTULO
13
Tabla 12.12 En función de la potencia
Muy pequeña potencia
Hasta 500 W
OTROS MOTORES
hclueña E>25.:t!"' l' neac"'·a , a::======='!:===::'º:'·~·§:aáa;-J~Q ,,;k"W '_,,= ===e Media potencia 1Oa 100 kW ~ ~otenda Ma~ot_d,i}OO kW
13.1. Breve reseña histórica 13.2. Tipos de motores 13.3. Motores de gasolina 13.4. Motores de gasoil (diésel 13.5. Motores de gas 13.6. Motores de vapor 13.7. Motores térmicos o Stirling 13.8. Motores de hidrógeno 13.9. Turbinas hidráulicas 13.10. Motores de corriente continua
258 •
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Motores trifásicos
Motores de aviocidn que consumen queroseno
DII BREVE RESEfÍIA HISTÓRICA
13.1.3. Motores de vapor
En este capítulo se muestra la importancia de los motores en el desarrollo de la industria en general, y de los servicios en particular, a Jo largo del siglo xx. No podemos concebir la industria, en general y los servicios sin los motores.
Cuando el inglés Thomas Newcomen inventó el motor de vapor, se dio un gran paso a la industrialización en sus muchas aplicaciones, principalmente la textil . Fue a partir de 1785 cuando James Watt construye el primer motor de vapor aplicado a la industria textil.
La motorización de las máquinas y el alumbrado fueron una de las principales aplicaciones de la energía eléctrica en el momento de su descubrimiento industrial, en los años fina les del siglo XlX.
En 1804, Richard Trevithick inventa la locomotora de vapor. Jrunes Watt (inglés) inventó el regulador Watt para mantener constante la velocidad de la :máquina de vapor.
En este capítulo se muestran algunos de los principales motores utilizados en la industria, los servicios y los electrodomésticos.
En 1814, George Stephenson (inglés), construye locomotoras de vapor y da un gran impulso al desarrollo de los transportes ferroviarios. Es considerado como el padre del ferrocarril .
El movimiento que tiene su origen en una fuente de energía se viene empleando desde la antigüedad, como son algunos de los ejemplos que se citan en este apartado.
• • •
• • • •
•
Movimiento de los barcos por la acción del viento sobre las velas (fuerza eólica). 1fovimiento de molinos por la acción del viento sobre las aspas (fuerza eólica). Accionamiento de molinos por la acción del agua (hidráulica) . Accionamiento de sierras y telares por la acción de la paletas de una rueda, movida por el agua (hidráulica). Siglo xvm. Arrai,tre de trenes por w1a máquina de vapor. Finales del siglo XIX. Movimiento de vehículos con motores de gasolina y diésel. Siglo XIX (1880). Primera central hidráulica para generar electricidad. Producción de energía eléctrica a partir de una turbina movida por la acción del agua en una central hidráulica
13.1.1. Energía hidráulica a partir de una turbina o rueda de aspas movida poragua En 1849, James Bicheno Frru1cis inventa la turbina de agua, que después se aplicó a otros usos y a la generación de energía eléctrica. • Molinos de granos. • Aserraderos. • Elevación de agua a canalizaciones. • Generación de energía eléctrica.
13.1.2. Eólicas El aprovechamiento de la fuerza del viento se viene utilizando desde la antigüedad, como lo certifican muchos casos conocidos. • • 260 •
Transporte marítimo (barcos a vela). Molinos de grano (la Mancha y don Quijote, Países Bajos, etc.)
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El motor de vapor se aplicó a la motorización de los barcos a partir del año 1786, por el norterunericano John Fitch. La turbina de vapor fue inventada por Car! Gustav de Laval (sueco), en 1889.
13.1.4. Motores de gas, gasolina y diésel La motorización ha sido siempre básica para el desarrollo de la humanidad. • • •
En 1860, Étienne Lenoir (frru1cés) inventó el motor de gas. En 1885, Karl Benz (alemán) inventó el motor de gasolina. En 1892, Rudolf Diésel (alemán) inventó el motor diésel (gasoil).
1111 TIPOS DE MOTORES Muchos son los procedimientos para generar movimiento rotativo, y entre los más importantes están los que se relacionan a continuación. • Motores de gasolina. • Motores de gasoH. • Motores de gas. • Motores de vapor. • Motores de hidrógeno. • Motores de térmicos • Turbinas hidráu licas.
mi
MOTORES DE GASOLINA
La gasolina se obtiene de la destilación del petróleo por medio de un procedimiento descubierto en 1857. En 1876, Nikolaus August Otto construyó el primer motor de gasolina. © Ediciones Paraninfo •
261
Motores trifásicos
Motores·de avladón que consumen queroseno
En 1885, Karl Benz utilizó el motor de gasolina para accionar automóviles (Figura 13.1). El motor de gasolina es muy empleado en automoción, especialmente en automóviles y motos, así como en el accionamiento de diversos aparatos como generadores de electricidad y máquinas portátiles
Para motores de explosión rotativos.
P,, CVF= 5 152 ' P, - Potencia efectiva, en kW' .
Para motores eléctricos
P,, CVF= 5,152
P, - Potencia efectiva, en kv\12
13.3.2. Fórmula general para calcular la potencia fiscal de un motor de gasolina
P =T · - e f
( Ne
¡··· ·N,
(CV)
P1- Potencia fiscal, en CV. T - 0,08 para motores de cuatro tiempos.
Figura 13.1 Viejo y precioso automóvil accionado por motor de gasolina
0,11 para motores de dos tiempos.
13.3.1. Potencia fiscal de motores de explosión 1.a fórmula para el cálculo de la potencia de los motores de explosión dependerá de si se trata de dos o de cuatro tiempos. También se presenta la fórmula para el cálculo de la potencia de motores rotativos y motores eléctricos.
Motor de cuatro tiempos:
C- Cilindrada, en cm3. N, - Número de cilindros.
13.3.3. Aprovechamiento de la energía consumida por el motor de explosión la energía aprovechada por un motor de explosión es muy pequeña, dado que las pérdidas son muy elevadas.
Potencia fiscal del motor H = 0,08 (0,785 · d' ·R) n".,. (CVf)
Tabla 13.1 Energía perdida y energía útil en un motor de explosíón
H - Potencia del motor, en caballos fiscales (CVf). d - Diámetro del cilindro, en centímetros (cm). R - Recorrido del cilindro, en centímetros (cm).
n - Número de cilindros. Motor de dos tiempos:
Porcantaju (%)
P6rdldaa de anargla
33%
Por disípación de calor
37%
En el escape de gases
6%
Por rendimiento mecánicas del motor
24%
ENERGIA UTIL
Nota: para quemar un litro de gasolina(~ 0.780 kg/dm 3) se necesitan aproximadamente 17 kg de aire
H = 0,11 (0,785 · d' · R) 11°-" (CVf)
(n 10.000 litros de aire).
Cilindrada del cilindro (C): C = 0,785 · d' · R (cm3 o ce) 262 •
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l Determinada por el Laboratorio 06cial designado por e l Ministerio d e Industria. Determinada por e l Laboratorio Oficial designado por e l Ministerio de lndushia.
1
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263
Motores trifásicos
Motores de aviación que consumen queroseno
Ejemplo de cálculo de la potencia de tracción para una máquina que arrastra un apero de labranza P
(a·p·p·v) + (¡)·m · v+M~ · w l.()()() . ,¡ . ,; '1 . 1z
(kV,I)
P - l'otencia nominal del motor, en kW. 11 -
Anchura del apero predeterminado, en dm.
p - Profundidad de la labor, dm. {J -
ReSJstencia especifica del terreno a dicha labor, en N/dm
Figura 13.2 Barcos en el puerto del Helsinki accionados por motores diésel 2•
v - Velocidad de trabajo, en m/s. c¡J - Coeficiente de rodadura del elemento arrastrado.
m - Peso del elemento arra.strado. r - Rendimiento global por pérdida de potencia (del motor a la barra).
r'', _ 'Rendimiento global por pérdida de potencia (del motor a la toma de fuerza).
r, - Coeficiente de empleo efectivo para dicha operaci(m de la potencia a la barra.
r' - O,eficiente de empleo efectivo para dicha úperaci
Figura 13.3 Camiones y automóviles accionados por motores de gasoil y gasolina
Mu;- Par mútor en Nm requerido en la toma de fuerza.
13.4.1. Potencia calorífica de un combustible conocida su composición química
'
(u - Vélocidadangular deJa toma de fuer-.
La potencia caJorífica de un combustible depende de su composición química y en
111 MOTORES DE GASOIL (Dl~SEL)
el caso de los hidrocarburos es elevada.
P El motor diésel fue inventado por el alemán Rudolf Diésel en 1895, y consume gasoil como combustible. Los motores diésel tienen muchas aplicaciones en todos los campos (Figuras 13.2 y 13.3), como son:
• • • • • • • • •
264 •
En maquinaria agrícola . Tracción ferroviaria. PropuJsión marina. Aviación. Automoción: coches, cam.iones y motos. MateriaJ rodante en las Fuerzas Armadas. Accionamiento de grupos generadores portátiles. Accionamiento de diversas máquinas. Generación eléctrica.
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= 8.080·C + 34.462 (H - O)+ 2.240·5
'
8
P, - Potencia calorifica en calorías por kg (cal/kg) de combustible.
C - % de carbono en el combustible. H - % de hidrógeno en el combustible. O - %de oxígeno en el combustible. S - % de azufre en el combustible.
111 MOTORES DE GAS En 1860, Étienne Lenoir (francés) inventó el motor de gas. Hay motores de gas para diferentes gases como lo son preferentemente el metano que se produce en de explotaciones agrícolas (biogás) y el gas natural . © Ediciones Paraninfo •
265
Motores trifásicos
Este tipo de motores tiene muchas aplicaciones, algunas de las cuales se citan a continuación: • Aplicaciones marinas • Grupos electrógenos. • Generación de electricidad. • Perforados subterráneos. • Plataformas elevadoras. • Equipos de soldadu ra . • Grupos de cogeneración. • Maquinaria de la construcción. • Bombeo de agua.
Motores de aviación que consumen queroseno
m
MOTORES TtRMlCOS O STIRLING
Este tipo de motor (Figura 13.5) fue inventado por Robert Stirling, clérigo escocés en 1816. Se trata de una gran idea que cas i no ha tenido aplicación industrial. El motor fw1ciona por calor (energía térmica) que se transforma en trabajo mecánico aprovechando el gradiente de temperatura entre w1 fuerte foco de calor y otro foco frío (ambiente).
DII MOTORES DE VAPOR El motor más conocido es la máquina de vapor, que proporcionaba tracción a los trenes durante los siglos xvm, XIX y más de la mitad del pasado siglo XX. La máquina de vapor fue inventada el año 1712 _por Thomas Newcoman y su ayudante John Calley (era el primer motor de vapor), aunque el impulsor real y a quien se le atribuye es al inglés James \i\/'att entre los años 1768 a 1782. La máquina de vapor trajo el desarrollo e industrialización, en primer lugar al Reino Unido con la Primera Revolución Industrial, y luego, al resto de países de Europa y América (Figura 13.4). La máquina de vapor tiene su principio de funcionamiento en un cilindro (pistón) que se acciona por vapor a presión proveniente de una caldera. 81 vapor empuja a 1 émbolo, produciendo un movimiento lineal alternativo que mediante una biela se transforma en movimiento rotativo. Fig ura 13.5 Motor Stirling en la instalación experimental del centro PSA de Almería
Es una aplicación del calor del Sol concentrado por u n gran espejo, para alimentar
energía térmica a un motor térmico (Stirling), que mueve un alternador con el que se genera energía eléctrica.
m Figu ra 13.,4 Máquina de vapor traccionando un tren de viajeros
266 •
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MOTORES DE HIDRÓGENO
Los motores que utilizan como combustible el hidrógeno están muy de actualidad. Hay que tener presente que el hidrógeno se obtiene por el procedimiento de electrólL~is (electricidad). Si para generar electricidad hay que consumir energía, que en su mayoría es contaminante y finita, con bajo rendimiento en la transformación y para obtener hidrógeno hay que volver a transformarla, con nuevas pérdidas, podremos deducir que este no es el momento para la tecnología del hidrógeno como solución a nuestros problemas energéticos. © Ediciones Paraninfo •
267
Motores trifásicos
13.8.1. El hidrógeno El hidrógeno puede ser una de las energías que se utilicen en el futuro. Tiene ventajas e inconvenientes, como que es rnuy abundante en la naturaleza, pero está combinado con el oxígeno en el agua (H,O) y su obtención se consigue por electrólisis (electricidad). Si la generación de electricidad supone contaminar el ambiente, y para la obtención de hidrógeno hace falta la electricidad, significa que hay que seguir contaminando, salvo que el hidrógeno se consiga a través de electricidad que se obtenga a partir de energías limpias o de baja contaminación (eólica, fotovoltaica o nuclear). En la actualidad, el hidrógeno se obtiene a partir de combustibles fósiles, principalmente gas natural, pero con un proceso contaminante.
Motores·de avladón que consumen queroseno
ID
TURBINAS HIDRÁULICAS
Las turbinas hidráulicas están accionadas por la fuerza del agua que incide directamente sobre los álabes de la turbina para proporcionarle movimiento rotativo y mover, normalmente alternadores, con los que se genera energía eléctrica al transformar la energía mecánica del agua. Se trata de la primera forma de energía que se utilizó industrialmente para generar electricidad a partir de los saltos de agua. La ventaja de la energía mecánica que proporciona el agua está en que la misma masa de agua puede ser reutilizada varias veces a Jo largo del curso de un río.
El hidrógeno se viene utilizando como energía de propulsión en los cohetes que van al espacio. El lúdrógeno como energía, tiene muchas posibilidades, tanto para aplicaciones en el hogar, los servicios, la industria y los medios de transporte.
13.8.2. Instalación básica para la aplicación del hidrógeno como energía Una instalación para producir y suministrar lúdrógeno, consta de: • • • • •
Equipo donde se realiza la electrólisis para la obtención de hidrógeno. Equipo compresor para reducir el volumen del hidrógeno para así almacenarlo a una determinada presión y menor volwnen. Almacenaje en botellas o tanques a una presión de 200 bares. Distribución del hidrógeno transportado por camión o por tuberías. Aplicación del hidrógeno como fuente de energía.
13.8.3. Pilas de combustible Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos capaces de convertir energía química (hidrógeno), en energía eléctrica o energía calorífica (calor). Para producir electricidad se genera una reacción contraria a la de la electrólisis. Tiene muy buen rendimiento, mejor que el que se da en otros procesos de transformación de energía como es el ca~o de los térmicos, los motores de combustión interna, turbinas, etc. Las pilas de combustible tienen múltiples aplicaciones, tanto en la vida domésti ca (generación de electricidad y calor), como en la automoción, y en otras muchas y variadas aplicaciones. El futuro próximo puede estar en la aplicación de este gas, que puede aportar u na solución a los problemas que actualmente se padecen por escasez de energía y cuya investigación y desanollo viene realizándose a lo largo de bastantes años y que ya se utilizó en los años 60 para el programa Gemini de la NASA. En España, es la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2), la que fomenta el desarrollo de las tecnologías del hidrógeno corno fuente de energía, y las pilas de energía para su aplicación industrial y comercial. 268 • © Ediciones Paraninfo
Figura 13.6 Pantano del Pisuerga en Aguilar de Campoó (Palencia) con la central al pie de presa
13.9.1. Potencia de una central hidráulica (Pu) Pu= 9,81 · rJ, · 'Is · Q · H
(kW)
IJ, - Rendinúento de la turbina (0,75 a 0,90).
'1s - Rendimiento del generador eléctrico (0,92 a 0,97). Q- Caudal del agua que pasa por la turbina, en m3/s. H - Desnivel del salto entre nivel superior y el agua a nivel de la turbina, enm.
13.9.2. Turbinas Las turbinas son el medio a través del cual la energía potencial del agua o el vapor se transforman en energía mecánica y, a partir de ésta, en energía eléctrica por medio de generadores (alternadores). Existen varios tipos de turbinas para el agua que se aplican según sean las características del salto de agua, como se recoge en las Tablas 13.2 y 13.3. © Ediciones Paraninfo • 269
Motores trifásicos
Motores de aviación que consumen queroseno
Tabla 13.2 Principales turbinas utilizadas en saltos de agua r1- -·1i"u"' ' rb°' •1,n =a=a=---,.---,-Alt ra:u"'r"'a"'v'"ca = u'"il"'a,. I ilil "c:,c:a=ali"' o °"c""°' hi, ~= ·u" a,-
Pelton Francis Kaplan
--,
ll==~Pc:a=rn ==l: @ ;; ª ';'º ;.=§~Q !ár@ ¡;,n;;,:d¡¡¡es = yá::: _¡¡a = ud == ª '=e= s P!l =9=u.,é,.ñ,. o;;, s ..,...,. 1 P11111 ~altos medianos y~ yores, caudale% , 1 _J Saltos pe'l'!eños ~ caudales muy grandes.
Tabl a 13.3 Clasificación de los sallas de agua por su presión
1
Altura m , v caudal IQI ilél salto de aaua
Prulón Atta Presión
h ~ 200 m Q ~ 20 rri'/s por turbina. Turbinas Pelton y Francis.
h : enlre 20 y200 m Media Presión
Q ~ 200 m'ls por turbina. Turbinas Francis y Kaplan. Pelton para grandes
Los motores de ce se regulan y controlan por medio de reguladores electrónicos, mediante los cuales se consigue controlar sus principales parámetros y obtener de ellos sus mejores prestaciones. La posibilidad de obtener velocidad variable de los motores de corriente alterna, ha reducido el campo de aplicación de los motores de corriente CC. Los motores de ce precis,m de una fuente de alimentación de corriente continua (eC) que se obtiene por rectificación de corrientes alternas. Se trata de una aplicación generalmente cara, por los elevados precios del motor, el equipo de rectificación y el equipo electrónico de regulación y control.
13.10.2. Fórmulas aplicadas a los motores de CC a) Potencia (P): P=U ·I (\'\~
saltos.
= Baja Presión
hS 20 m Q > 300 m'ls por turbina. Turbinas Kaplan y Francis.
b) Par suministrado por el e je del m otor (M.):
DEI MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
J\f ,,.
Los motores de corriente continua (Figura 13.7) en sus cuatro versiones principales tienen muchas aplicaciones, au nque se encuentran con el problema de las escob illas y el colector que requiere un mantenimiento especial.
= 9550 · P
(Nm)
/J
P - Potencia, en kW.
N - Velocidad de rotación, en r pm.
Fig u ra 13.7 Motor de corriente continua preparado para su transporte
13.10.1. Cuatro tipos de motores de corriente continua • • • • 270 •
Motor de excitación independiente. Motor de excitación serie. Motor de excitación derivación o shunt. Motor de excitación compuesta o rompoun.d.
© Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo •
271
CAPÍTULO
14
TABLAS Y VARIOS PARA CONSULTA 14.1. Tensiones eléctricas normalizadas 14.2. Frecuencias y tensiones en diferentes países 14.3. los motores en el REBT 14.4. Dimensionado de los fusibles de protección para motores trifásicos 14.S. Relés térmicos para la protección de motores trifásicos 14.6. Protección exterior de los motores eléctricos 14.7. Motores trifásicos conectados a redes monofásicas 14.8. Sección de los conductores 14.9. Datos generales aplicados a motores trifásicos
Tablas y varios para consulto
Motores trifásicos
m
Tabla 14.3 Te nsiones especiales o de seguridad
TENSIONES ELlCTRICAS NORMALIZADAS
Los motores funcionan conectados a redes eléctricas, la irunensa mayoría conectados a redes eléctricas de baja tensión. Para conectar un motor debemos conocer la tensión de la red eléctrica, y en función de la misma, podremos tener dos opciones de conexión (estrella o triángulo). Varios son los valores de la tensión en redes de baja tensión, segfu1 sean de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC), tal como se indica a continuación:
14.1.1. Baja tensión (BT)
1. Muy Bajas Tensiones de Seguridad (MBTS) 1
b) Para corriente continua (CC). Igual o inferior a 1.500 V. Tabla 14.1 Clasificación de las tensiones
Tensionu
Corrianta allama {valor eficaz)
Corriente continua {valor medio arllrnMico)
Muy baja tensión
Un s 50V
Un s75V
Tensión usual
50
75
Tensión especial
500 < Un s1.000 V
750 < Un s 1.500-V
3. Muy Baja Tensión Funcional (MBTF)
Corriente alterna: s 50 V
Corriente alterna: s 50 V
Corriente continua: -s 75 V
Corriente continua: s75 V
Corriente alterna: s 50 V Corriente continua: s 75 V
Alimentación a través de transformador de seguridad o fuentes equivalentes.
Alimentación por fuente sin aislamiento de protección, según indica la ITC-BT-24, "protección contra contactos directos e indirectos".
puestas a tierra.
Alimentación a través de transformador de seguridad o fuentes equivalentes. Puesta a tierra del conductor de protección del circuito primario de la instalación.
Según normas UNE-EN 60742 o UNE-EN 61558-2-4.
Según normas UNE-EN 60742 o UNE-EN 61558-2-4.
las masas no deben ser
a) Para corriente alterna (CA). Igual o inferior a 1.000 V.
2. Muy Bajas Tenslonu de Protacci6n (MB11')
111 FRECUENCIAS Y TENSIONES EN DIFERENTES PAÍSES Como se ha indicado, la frecuencia de la red repercute en la velocidad que proporciona el motor. A más frecuencia, más velocidad. En la Tabla 14.4 se muestran las principales tensiones y frecuencia de diferentes países.
Tabla 14.2 Tensiones nominales usualmente utilizadas
Tabla 14.4 Tensiones y frecuencias en diferentes países
230 V entre fases para las redes trifásicas de tres conductores.
:::J
230 Yentr§ fas,¡, y neutro, 400 V entre fases para las redes trifásicas de cuatro conductores.
14.1.2. Frecuencia de las redes La frecuencia en las redes eléctricas es de 50 Hz.
Toda Europa
230/400
Canadá
1207240 - 460 - 575
Estados Unidos
120/240 - 277/480 - 600
Nota: en varios países de América, la frecuencia es de 60 Hz (ver Tabla 14.4).
Costa Rica
60
14.1.3. Tensiones especiales
Cuba El Salvador Guatemala
§O
Haití
50 60
Honduras
60
Jamaica
50
Segfu1 ITC-BT-37 • •
En corriente alterna: tensión nominal superior a 500 V de valor eficaz. En corriente continua: tensión nominal superior a 750 V de valor medio aritmético.
14.1.4. Instalaciones a muy baja tensión Segfu1 ITCBT-36, las especificaciones son (Tabla 13.3)
274 • ©Ediciones Paraninfo
120/240 - 127/220 - 254/440
60 60
1
120/240 - 220/230 - 2771480 110/220 - 127/220 - 240/440 120/208 - 120/240 - 277/480 220/380 110/220 110/220 - 1277220 - 277/480 110/220 - 440 1f0/220 - 440
México
§O
Nicaragua
60
Panamá Puerto Rico
60
127/220 - 440 110/220 - 120/240 - 254/440 120/240 - 254/440 - 277/480 120/208 - 480
República Dominicana
60
120/208 - 120/240 - 480
o
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Motores trifásicos
Tablas y varios para consulto (Viet1e de la pági11a ,mterior)
1
Paí989
11
1
1
FNcuencia ~ 11 AUltRICA DEL SUR
Argentina
so
Bolivia
50 60
Brasil
60
Colombia Chile Ecuador
60 50 60 50 60 50 60 60
Guyana Paraguay Pérú Surinam Uruguay
l
=-=
1
\
50 50 50 50
África del Sur Angola Argelia Egipto
Nigeria Túnez
1
= ~
50 50 50
Marruecos
1
'!!!!!!!!
so
1
1
50 50 50
60
~·
50
Indonesia Japón Pakistán República Popular China Vietnan
se se
50 50
1
1
276 •
Australia Nueva Zelanda
© Ediciones Paraninfo
lil
50 ...
!L-
50
~
'
1
_J¡
1
240/415 - 254/440 230/400
Los motores deben instalarse de manera que la aproximación a sus partes en movimiento no pueda ser causa de accidente. Los motores no deben estar en contacto con materias fácilmente combustibles y se situarán de manera que no puedan provocar la ignición de estas.
14.3.2. Sección de los conductores
'220/380 - 400 110/220 - 440 220/380 - 230/400 - 240/415 127/220 - 220/380 - 400 100/200 - 400 230/400 220/380 220/380
60
Corea del Sur Filipinas India
yan de ser instalados.
1
-_ ..,.,..: (QBlliNIE L~l~QI
1
La instalación de los motores será conforme a las prescripciones de la norma UNE 20460 y las especificaciones aplicables a los locales (o emplazamientos) donde ha-
127/220 - 220/380 - 480 220/3~0 220/380 230/400 220/380 115/200 - 220 - 380 - 400 220/380
~·
1
14.3.1. Instalación de los motores
240/415 115/200 - 220/380
50
Jordania Siria Turquía
LOS MOTORES EN EL REBT
La instrucción ITC-BT-47 del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT} trata sobre la «Instalación de receptores. Motores». El contenido de dicha instrucción es interesante que sea conocido, así como los conceptos más importantes en lo que se refiere a los motores trifásicos.
1151200 - 127/220 - 220/380 - 500
sq _
ltak Israel
mi
220/380 - 500 220/380 127/220 - 220/380 110/220 - 220/380
60
Arabia Saudí Irán
Cuando se importa maquinaria de países con valores diferentes de tensión y frecuencia, deberá tenerse en cuenta esta circw1stancia, para que los motores que se instalen en las máquinas o aparatos correspondan a los valores nominales (tensión y frecuencia) de los países donde van a ser puestos en servicio.
1
ASIAlORIENTE PR6XIM01
1
1
220/380 220/380 - 480 110/220 - 220/380 110/220 - 220/440 127/220 - 220/380 110/220 - 150/260 - 440 220/380 120/208 - 127/220 110/220 110/220 - 240/480 220/380 - 220/440 220 - 220/380 - 440 115/230 - 127/220 220 120/208 - 120/240 2081416 - 240/480
=
60
Venezuela
TenslónJYJ
Hay que prestar atención a las diferentes tensiones y frecuencia. Como se puede deducir de los valores recogidos en la tabla, existen redes con diferentes tensiones y dos valores de frecuencia, 50 y 60 Hz.
'
Los conductores que alinlentru1 a los motores tendrán la sección adecuada _para evitar que se produzca un calentamiento excesivo y perjudicial. a) Los conductores que alimentan a un solo motor estarán dimensionados para una intensidad del 125% de la intensidad a plena carga del motor. b} En motores de rotor bobinado los conductores también estru·án dimensionados para una intensidad del 125% de la intensidad a plena carga del motor. c) Para motores trabajando en servicio intermitente, los conductores pueden ser de menor sección que la que le correspondería si trabajaran en funcionruniento continuo, pero en ningún caso la sección será inferior al 85% de la que le correspondería a plena carga del motor. d) Cuando la conexión es para varios motores, los conductores deben estar dimensionados para una intensidad no inferior a la suma del 125% de la intensidad a plena carga de los motores.
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Motores trifásicos
14.3.3. Protecciones de los motores y sus circuitos Los motores y circuitos estarán protegidos (Figura 14.1) contra:
• • • •
Sobreintensidades. Falta de tensión. Sobreintensidad en el arranque . Otras anomalías contra las que convengan proteger la instalación y el motor.
Tablas y varios para consulto
Cuando un motor arranca automáticamente en condiciones preestablecidas, no se exigirá el dispositivo de protección contra la falta de tensión, pero debe quedar excluida la posibilidad de un accidente en caso de arranque espontáneo. Si el motor tuviera que llevar dispositivos li.mitadores de la potencia absorbida en el arranque, es obligatorio, para quedar incluidos en la anterior excepción, que los dispositivos de arranque vuelvan automáticamente a la posición inicial al originarse una falta de tensión y parada del motor. Protección contra la sobreintensidad de arranque
Los motores tendrán limitada la intensidad absorbida en el arranque, cuando se pudieran produár efectos que perjudicasen a la instalación u ocasionasen perturbaciones inaceptables al funcionamiento de otros receptores o instalaciones. Cuando los motores vayan a ser alimentados por una red de distribución pública, se necesitará la conformidad de la empresa distribuidora respecto a la utilización de los mismos, cuando se trate de:
Figura 14.1 Fusibles que protegen contra intensidades muy elevadas o de cortocircuito
Protección contra sobreintensidades
Los motores se protegerán contra las sobreintensidades que tienen su origen en: cortocircuitos, sobrecargas en todas sus fases y falta de tensión en alguna de las fases. Los dispositivos de protección adecuados para este problema son los cortacircuitos o fusibles y los il1terruptores automáticos con dispositivo magnético. En el caso de motores que se arrancan en conexión estrella-triánguJo, se asegurará la protección, tanto para la conexión estrella como para la conexión triánguJo. Las caracteristicas de los dispositivos de protección deben estar de acuerdo con las de los motores a proteger y con las condiciones de servido prevL,tas para estos, debiendo seguirse las indicaciones dadas por el fabricante de los mismos.
• • • • •
_Motores de gran inercia. Motores de arranque lento en carga. Motores de arranque o aumentos de carga repetida o frecuente. Motores para frenado. Motores con inversión de marcha
En general, los motores de potencia superior a 0,75 kW deben estar previstos de reóstato de arranque o dispositivos equivalentes que no permitan que la relación de la corriente entre el período de arranque y el de marcha normal que corresponda a su plena carga, según las características del motor que debe indicar su placa, sea superior a la señalada en la Tabla 14.5. Tabla 14.5 Relación entre la potencia del motor y la intensidad de arranque Motoras de corriente alterna Polenda nominal del motor
Protección contra la falta de tensión Los motores deben estar protegidos contra la falta de tensión por un dispositivo de corte automático de la alimentación que evite el arranque espontáneo del motor, como consecuencia del restablecimiento de la tensión y pueda provocar accidentes, o perjudicar el motor, de acuerdo con la norma UNE 20460-4-45. El dispositivo puede formar parte de la protección contra las sobrecargas o del arranque, y puede proteger a más de un motor si se da una de las circunstancias siguientes:
• •
Que los motores a proteger estén instalados en un mismo local y la suma de potencias absorbidas no es superior a 10 kW. Que los motores a proteger estén instalados en un mismo local y cada uno de ellos queda automáticamente en el estado inicial de arranque después de u na falta de tensión.
278 • © Ediciones Paraninfo
De 0,75 kW a 1,5 kW De 1,5 kWa 5,0 kW De 5,0 kW a 15,0 kW De más de 15,0 kW
Constante mulma de proporcionalidad entre la Intensidad de la corrlenta de arranque y la de. la alana "--""'•
3.0 2,0 1._L_
En los motores de ascensores, grúas y aparatos de elevación en general, tanto de corriente continua como de a lterna, se computará como mtensidad normal a plena carga, a los efectos de las constantes señaladas en la tabla anterior, la necesaria para elevar las cargas fijadas como normales a la velocidad de régimen una vez pasado el período de arranque, multiplicada por el coeficiente 1,3. No obstante lo expuesto, y en casos particulares, las empresas podrán prescindir de las limitaciones impuestas cuando las corrientes de arranque no perturben el funcionamiento de sus redes de distribución. © Edlclone,s Paraninfo •
279
Toblas y varios para consulto
Motores trifásicos
111 DIMENSIONADO DE LOS FUSIBLES DE PROTECCIÓN PARA MOTORES
(Vietlt.' de la pághtll m,teriM')
TRIFÁSICOS Si un motor se arranca directamente a la tensión de la red y en carga, puede llegar a absorber hasta ocho veces la intensidad nominal durante un corto período. El fusible o elemento de protección debe estar dimensionado para que admjta esta sobreintensidad. Los dispositivos de protección se elegirán en función del tipo de arranque y de la intensidad absorbida en dicho período. 14.4.1. Fusibles para motores trifásicos en arranque directo y arranque estrella- triángulo
Para motores de cuatro polos (2p = 4} y 1.500 rpm de construcción estándar.
a)
Arranque directo • •
b)
•
Nota: el mismo fusible para el motor de rotor bobinado.
Los fusibles de la Tabla 14.5 son retardados (gL) según (VDE 0636) Pueden instalarse fusibles de características aM con intensidad correspondiente a la intensidad nominal Tabla 14.5 Características de los fusibles en arranque directo y estrella- triángulo
Palllncla nomlnal dal motor kW
coo
0,06 CfilJ 0,09 0,7 0,12 0,7 0,18 DJ.J 0,25 0,7 0,37 0,72 0,55 CQ;m 0,75 0,79 1,1 0,81 1,5 []E 2,2 0,81 3 O82 4 ~ 15 0,84
~ %)
...ble
Corrlonlil
nomtnal
Arnnque
del mOIDr A
58 C o,~O 60 0,54 60 0,72 62 1 1,0~-::J 62 1, 4 66 2 69 27 74 3,2 74 74 78 80 83 88
280 • © Ediciones Paraninfo
A
2 2 4 4 4 8 10 10 10 16 20 25 32 100
- nominal
Y/11
del motor
A
Á
0,21 0,31 0,41 0,6 0,8 1,1 1,5 1,9 2,6 3,6 5 6,6 8,5 29,3
Arranqu• A
11
,.
6
Y/t,.
nomtnal A
A
12 0,18 0,24
2 2 2 2 2 2 4 4 4 6 10 10 16 32
lt:::2.g
"
63
2 2 2 1
0,9~
4
1,1
4 6 10 1 10 32
Y/11
del mOIDr
A
4
:.cJ 10 16
cooW
18,5 0,84 22 0,84 30 D.M) 37 o:MJ 45 0,86 55 ~ 75 0,86 90 0,86 110 0,86 132 0,87 160· 200· 250 "o,87 315 0,87 400 0,88 450 0,88 500 [M§J 560 0,88 630 ..Q,8-ª-,
0,5 0,7
m
nomlnal dal molor
n {%)
Ananque
Y/li
A
A
A
92 63 92 71 92 92 D I O 93 141 93 173 94 1 "233:J 94 279 94 342 401 95 95 C 48§J 607 95 95 96 96 98 97 97 97 _ -: ..- ,
125 125 200 200 250· 250· 315 400 500 630
630 800
'400V
-~ di..::
890 V
nominal
Ananqua
dalmolor
dlnldo
A
36 41 55 68 81 99 134 161 198 231 279 349 437 544 683 769
Y/li
nominal dal molor
A
A
A
63 80 100 12s 160 200 200
40 50 63
20,9 23,8 32
Y//1
A
32 50 63 80 80 100 160 160 200
ªº c 47an
100 125 180 200 315 200 250 400 315 400 630 50Ó ;;::::::"' 80•~0=:;: 63ó 1.000 800 :1=1"."0~00~ : 800 1
C ??D =:ioo=
;:::so:a;:;
58
78 9:s 114 134 162
250 250
DO
315 400 500 630 630 630 800 800
253 316 396
# CJ - Q91
. ..
•
A
550
,--....:·- ..,.. . -filª-
RELtS TlRMICOS PARA PROTECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS
l-0s relés térmicos (Tabla 14.6} protegen al motor y su circuito contra corrientes de sobreintensidad, también denomiI1ada sobrecarga, hasta un 15% de la intensidad nominal del motor.
Corrlonlil
- C P,3S..:J
11
kW
º:~
Corriente máxima de arranque: 2 a 3 I,¡ . Tiempo máximo de arranque: 15 s . Ajuste del relé de sobrecarga instalado en la lfaea principal: 0,58 In .
Corr!an11>
Palllncla nomlnal dal motor
=o~lll l
Corriente máxima de arranque: 6 a 8 In. Tiempo máximo de arranque: 5 s.
Arranque en conexión (Y-6)
• •
-o -
230V
Tabla 14.5 Valores del relé térmico y fusibles en circuito para motores
A
3Fuaibl8B
Motor lrlflblco
-
220/230• ·,;.
1,1 1,5 2,2 3 4
-
5,5 7,5 10 11 15
,
..
c:::J~
.1j.[
145
1
-
2Q 27 35 39
r-mn
380/400V
~·-·
M-
4,4 6, 1
1
2,2 3 4 5,5 7,5 9 11 15 18,5
.
R•" "rmlco
, ........ •"'1l@ie.
Cla-• 11
5 6.~ 8,5
1 1 1
11,5 15 5 18,~
1
22
1
~
1
:p
.
.
22
44
52
25
52
--
8 12 12 16 20 25 25 40 40 63 63 63
Intensidades
Talla
A
...
10x3e= 0 :0x38
c:::IBsa 1
,, x38 10x38 10x38 10x38 14xID::]
c:::l.ix.~
~ x58 = 22x58 22v58
4a6 5,5a8 7a 10 9a 13 12 a 18 17 a 25 17a25 23a 32 30a40 37a 50 37a 50 48a65
© Ediciones Paraninfo • 281
Motores trifásicos
Tablas y varios para consulto
Tabla 14.6 Clasificación de los relés térmicos en atención al tiempo de disparo
(Viene de la página anterior) PRIMERA CIFRA
7 2 Ir 10 20 >2h
30
<2h <2h
<8min
2s |
<2h
<12 min
9s |
SEGUNDA CIFRA
Prolllccl6n contra la penalracl6n da 11
3
Protegido contra cuerpos sólidos superiores a 2,5 mm.
4
Protegido contra cuerpos sólidos superiores a "1 mm.
Tabla 14.6 Reglaje del relé térmico para diferentes potencias Polancla del motor a:
Protección contra la penetración da llquldos. Protegido contra el agua de lluvia hasta 60º de la vertical.
3
4
Protegido contra las proyecciones de agua en todas las direcciones.
s
Protegido contra el lanzamiento de agua en todas las direcciones.
Protegido contra
[g]
s ll
0,37 0,75 1,1
1,6 a 2,5 2,5a4 4a6
3,5 44
66
6
1,5 2,2 3
87
4 5,5
85
1,5
4
m
27 35
5
5,5a8 7 a 10 9 a 13
18,5
12 a 18
ou ~5
30 37 44
52 64
75
37
52 60 72
85
5
98
30a40
j
3 !! ~
1
48p) 5
11
8
55a70
[i]
el polvo sin s~dimentos perjudiciales.
¡1\/6\
;¡;
ftv1\
8-º-ª-93
PROTECCIÓN EXTERIOR DE LOS MOTORES EÚCTRICOS 8
14.6.1. Grados de protección para las envolventes
--
• •• 111
Totalmente protegido contra el polvo.
63a 80
En este apartado se presentan las normas correspondientes a la conservación del interior de los motores (bobinados, circuitos magnéticos y mecánica) contra agentes exteriores como polvo, objetos, agua, gases, líquidos, etc., asi como contra golpes e inclemencias del tiempo.
~t,1;~
. . .. . m
li]
Protegido contra el lahzamienfo de agua similar a los golpes de mar. Protegido contra los efectos de la inmersión. Protegido contra los efectos prolongados de la inmersión bajo presión.
Protección complementaria
Opcionalmente puede añadirse una letra aJ grado de protección (Tabla 14.8) contra la penetración de cuerpos extraños. Tabla 14.8 Letra que acompaña al grado de protección IPXX
Según norma UNE 20.324-94 (EN 60529/91) (Tabla 14.7).
1Letra
Tabla 14.7 Grados de protección para envolventes
PRIMERA CIFRA
SEGUNDA CIFRA
Prolacclón contra la penetración da aólldos
o
Sin protección.
~ 2
~
Protegido contra cuerpos sólidos superiores a 50 mm. Protegido contra cuerpos sólidos superiores a 12 mm.
282 • © Ediciones Paraninfo
Pr-cción contra la penatración da líquidos
o 1
Sin protección.
•
............
....::[g}::.... .. .. ·. ·.: :: :: : :::
2
ITJ T.il'
Protegido contra la caída vertical de gotas de agua. Protegido contra la caída vertical de agua hasta 15" de la vertical.
A
===:: B
=
e
-.....:: D
l
Significado da las letras adlclonalas:
Una gran superficie del cuerpo humano tal como la mano (pero no impide una penetración deliberada). Prueba con esfera de 50 mm. Los dedos u objetos análogos que no excedan de una longllud de 80 mm. Prueba con dedo de 12 mm de diámetro y longitud de 80 mm.
Herramientas, alambres, etc., con diámetro superior a 2 ,5 mm. Prueba oon varilla de 2,5 mm de diámetro y longitud de 100 mm. Alambres o cintas con un espesor superior a 1 mm. prueba con varilla de 1 mm de diámetro
y longitud de 100 mm.
Ejemplo: IP45D. © Ediciones Paraninfo •
283
Motores trifásicos
Toblas y varios para consulto
14.6.2. Grados de protección IK Según la norma UNE-EN 50102 (Tabla 14.9). Tabla 14.9 Grados de protección para envolventes contra los impactos mecánicos externos
NºIK
00
Caracteristlcu:
Repn,aentaclón
Sin protección Figura 14.2 Cajas o envolventes de protección
01
Energ ía de choque: 0,15 J Masa (martillo). m = 0,2 kg Altura de caída: h = 70 mm
02
Energ ía de choque: 0,2 J Masa (martillo). m = 0,2 kg Altura de caída: h = 100 mm
03
Energ ía de choque: 0,35 J Masa (martillo). m = 0,2 kg Altura de caída: h = 175 mm
04
Energ ía de choque: 0,5 J Masa (martillo). m = 0,2 kg Altura de caída: h = 250 mm
Figura 14.3 Carcasas de motores (envolvente del bobinado)
os
Energía de choque: O, 7 J Masa (martillo). m = 0,2 kg Altura de caída: h = 350 mm
m
06
Energ ía de choque: 1 J Masa (martillo). m = 0,5 kg Altura de caída: h = 200 mm
07
Energía de choque: 2 J Masa (martillo). m = 0,5 kg Altura de caída: h = 400 mm
08
Energ ía de choque: 5 J Masa (martillo). m = 1,7 kg Altura de caída: h = 295 mm
09
Energ ía de choque: 10 J Masa (martillo). m = 5 kg Altura de caída: h = 200 mm
10
Energ ía de choque: 20 J Masa (martillo). m = 5 kg Altura de caída: h = 400 mm
Tanto los motores como los armarios o envolventes tendrán el aislamiento adecuado que permita trabajar en su entorno sin riesgos y que protejan el material eléctrico (Figuras 14.2 y 14.3). A continuación se presentan algunos ejemplos de protección o envolventes para materiales eléctricos. 284 • © Ediciones Paraninfo
MOTORES TRIFÁSICOS CONECTADOS A REDES MONOFÁSICAS
Se pueden conectar motores trifásicos de pequeña potencia a redes monofásicas, mediante la conexión Steirunetz. Esta conexión presenta ciertas particularidades:
• • •
• • • •
• 14.6.3. Ejemplos de envolventes
--=-~-1 1
Se utiliza para motores trifásicos de pequeña potencia El par de arranque se reduce entre el 40 y el 50% de su par nominal. La inversión de giro se consigue cambiando la conexión del condensador. La potencia se reduce entre 10 y 20% respecto a la potencia nominal del motor cuando se conecta a red trifásica Con tensión de red de 230 V y 50 Hz de frecuencia corresponderá una capacidad de 70 µF por cada kW de potencia. El condensador se dimensionará para una tensión de 1,25 superior a la de la red. Para red de 400 V y 50 Hz, 20 ¡tF por kvV. Para red de 132 V y 50 Hz, 200 µF por kW.
14.7.1. Motor trifásico conectado a red trifásica Son varia~ las conexiones que se pueden realizar para conectar un motor trifásico a una red monofásica, conectando el condensador a uno u otro conductor activo. En este esquema se representa la conexión del motor trifásico a una línea monofásica, en espera de elegir la conexión de los bornes del motor y del condensador. © Ediciones Paraninfo •
285
Motores trifásicos
Tablas y varios para consulto
A continuación se muestran unos esquemas (14.1, 14.2 y 14.3) para un motor trifásico en conexión triángulo (~).
L------
N
L
N
L
e
N---+--,,-'E---+--11--u
V
Para derivaciones trifásicas cortas que alimentan motores trifásicos:
1 1 1
i
L-
La sección de los conductores debe ajustarse a la intensidad circulante, no será menor, porque habrá caídas de tensión, y tampoco mayor, porque es innecesaria y el coste de los conductores sería más elevado que el que le correspondería.
14.8.1. Sección para conductores activos (L1-L2- L3)
w
OFt-83- s-
mi SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES
z
i=+c::..i
En función de la intensidad de corriente:
I> I>
a) Sección (S):
Esq uem a 14.2 Conexiones triángulo
fi · t • [ ' COS<{> x· "
Esq uema para un m otor trifásico en conexión estrella (Y) N
L
S =~ - - - (mm')
N
L
b) Caída de tensión (e):
?
e
U
V
W
fi·t· l · cos q>
u
e - -'-------
u
x·S
(V)
M
3··
En función de la potencia; a) Sección (S):
Esquema 14.1 Motor trifásico conectado a red monofásica
l .p S= - - (rrun~
x·e·U
Esq uema 14.3 Conexión estrella
b)
14.7.2. Procedimiento de inversión de giro Para motores trifásicos conectados a redes monofásicas, el procedimiento para invertir el sentido de giro (Esquema 14A) para las conexiones triángulo y estrella que se representan en los E.~quemas 142 y 14.3 consiste en cambiar la conexión del condensador de u n conductor al otro. Si estaba conectado a la fase (L), pasarlo al neutro (N) y viceversa. L
N
u
e=
%·U
100
(V)
1- Longitud de la lú,ea, en metros (m).
T- Intensidad, en amperios (A). cos
x - Conductividad del material conductor.
e
e
Caída de tensión (e):
Para el cobre, X =56 V
w
u
V
w
Para el aluminio, x =36
P - Potencia, en vatios (\/\/). U - Tensión, en voltios (V).
z Esquema 14.4 Inversión de giro 286 • © Ediciones Paraninfo
© Ediciones Paraninfo • 287
Motores trifásicos
Tablas y varios para consulto
Tabla 14.11 Sección mínima del conductor neutro en función de la sección de los conductores de fase
Ejemplo de aplicadón 14.1 Deternúnar la sección de los conductores que aliméntan a un motor de 7 kW conectado a una red de 400 V, admitiendo una caída de tensión del 1,5%, con conductores de material cobre y 100 mettos de longitud de la lín.e a •
Sección del conductor neutro
mm2J 6 (Cu) 10 (Cu) 16 (Cu)
mm')
16 (Al)
16
25
16
35
16
50
25 35 50 70 70 95 120 150
Caída de tensión (e).
e
•
Conducto.- fase (L1-L2-L3)
= % ·U _l,5 x400= V 6 100
100
Sección del conductor (S). S=
l·P
x·e·U
6
10 10
70 95 120 150
100 >< 7.000
56 x 6x 400 • 5,208 mm 2
185
Se elegirán conductores de 6 mm', tanto pára las tres fases (L1-L2-L3), como para el c'ónductor de protección (PE).
240 300 400
8
14.8.2. Color del aislamiento de los conductores
Nota: en lineas monofásicas (fase y neutto) la sección del conductor neutro será siempre la misma que la del conductor fase.
Se utilizan en líneas trifásicas con conductor de protección y líneas trifásicas con neutro y conductor de protección (Tabla 14.10).
14.8.4. Sección del conductor de protección (PE)
Tabla 14.10 Color del aislamiento de los conductore.s
Primer conductor fase
L1
Marrón
Segundo conductor fase
L2
Negro
Tercer conductor fase
L3
Gris
Conductor neutro
N
Azul
Conductor de protección
PE
Verde-amarillo
Se aplicará lo indicado en la norma UNE 20.460-5-54 en su Apartado 543. Como ejemplo, para los conductores de protección que estén constituidos por el mismo metal que los conductores de fase o polares, tendrán una sección mú,ima igual a la _fijada en la Tabla 14.12, en función de la sección de los conductores de fase o polares de la instalación; en caso de que sea distinto material, la sección se determinará de forma que presente una conductividad equivalente a la que resulte de aplicar la tabla. Tabla 14.12 Sección para el conductor de protección en función de la sección de los conductores de fase o polares
Los conductores se identifican por su marca o por el color de su aislamiento.
14.8.3. Sección del conductor neutro (N) en lineas trifásicas con neutro Dependiendo del número de conductores con que se haga la distribución, la sección mínima del conductor neutro será: a) Con dos o tres conductores: igual a la de los conductores de fase. b) Con cuatro conductores, la sección del neutro será como mínimo la de la Tabla 14.11:
288 •
© Ediciones Paraninfo
1 •
Secciones de los conducto,.... de la fase o polares da la Instalación
SecclonN mlnlmaa d• los conductoras de protección
(mm')
(mm')
Ss 16 16
S('J
S ~35
S/2
16
(') Con un mínimo de: 2,5 mrrf si los conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y tienen una protección mecánica. 4 mm2 si tos conductores de protección no forman parte de la canalización de alimentación y no tienen una protección mecánica.
© Ediciones Paraninfo •
289
Motores trifásicos
Ea
Tabla 14.14 Potencia reactiva y capacidad del condensador para compensar el factor
DATOS GENERALES APLICADOS A MOTORES TRIFÁSICOS
de potencia 0,5586
En la Tabla 14.13 se muestran las características principales de pequeños motores trifásicos (hasta 9,2 kW), con polaridades de 2 y 4 polos (3.000/1.500 rpm), para servicio 51 y una tensión de la red de 400 V Tabla 14.13 Características de pequeños motores trifásicos
Poblncla
Poblncia
i..;v
·-
1
Polos del
2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4
Potencia motor
0,20 0,15 0,28 0,20 0,37 0,25 0,45 0,30 0,00 0,37 0) 5 0,5
~ 1,5 1, 1 2,0 1,5 3,5 25 4,0 33 5,5 44 7,5 6,0 9,2 7,3
Par nominal
2.760 1.380 2.700 1.370 2.780 1.400 2.800 1.410 2.700 1.380 2.710 1.380 2.790 1.390 2.780 1.390 2 .820 1.420 2 .860 1.420 2 .880 1.410 2.890 1.430 2.900 1430 2.900 1.440
0,69 1,04 0,99 1,39 1,27 1,71 1,54 2,00 1,9 2.6 2,6
Factor da
62 67 63 68 63 70 65 72
3,8
52 5.2 7,6 7,5 10,1 11,7 16 8
fil
_ 22
rn rn 30 48
63 65 69 71 75 78 80 83 80 81 81 82 82 83 82 84
0,79 0,58 0,82 0,73 0,73 0,65 0,75 0,86 0,80 0,78 0,83 08 0,81
0,19 0,85 0,81 0,82 0,79 0,84 080
[ ~:
rn
1
O!: 1 0,87 0,83
lnblnaldad (In) Is/In A 0,65 0,72 0,86 0,65 1, 18 0,83 1,37 0,96 1,58 0,98 2,01 1,36 3,11 2, 11 3,7 2,76 5,2 3,5 7,5 5,4 8,4 7,4 11,5 9,6 15,5 12,9 18,6 15,1
1
-
0,75
11/s/Nln 11/a/Mn
= 3,5 2,6 2,9 3,1 3,5 3,7 3,6 3,8 3,5 38
[ill 4,2 4 4,5 4,6 4,5 4,7 5,4 5,2
tiTI
6, 5,9 53 6,1 53 6,0 5,5
2,6 2,5 1.9 1.8 2,0 2,2 2,1 2,3 2,1 2,0 2,1 2, 1 2,3 2,3 2,4 2,5 1,9 2,2 2,2 2,2 2,2 2,1 2, 1 2,2 2,2 2,3 2,2 2,3
2,2 2,1 1.6 1,7 1,9 1,9 2,0 2,0 2,0 1.9 1,8 9 2,0 Q 2,1 2,2 1,9 2 1 2,1 2.2 2,0
1,5
1.1 11
' 2
3
1.5
11
2,2
= 4
5,5
=
4
2
DTI
7 .5
1.9
5,5
=
=
2 1.8 2,0
11
10
7,5
14.9.1. Condensadores para motores trifásicos Para compensar del factor de potencia (cos ,p) de motores trifásicos conectados a red de 400 V y frecuencia de 50 Hz (Tabla 14.14).
11 15
11
= 20 11
290 •
© Ediciones Paraninfo
= 15
750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750
1".000
3
11
Intensidad a plena carga (In)
Velocidad da sincronismo
1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000
Potencia reactiva (Px)
A
2.475 2,275 1
1
2.0~ 1,838 3,475 321'5 2,763 2,550 4,0~ 3,976 3,600 3J..17 6,000 5,525 5.150 4,925 7.813
7,463 t:::6,950
1
6,288 10,215 Q875 8,600 8,140 13.800 13,500 11 ,750 j 1,3j 3 18,225 16,850 15.650 14,763 25,815 24.520 22,000 22.038 33,800 31.480 30,060 28,840
Poblncla reactiva del condensador
•v•• 0,5586 0,5173 0,3800 0,2750 0,9387 0,7210 0.6538 0,3570 0,9147 0,8533 0,7686 0,3740 1,5176 1,0213 0,9247 0,4450 2,0300
•v•• 075 0,50 0 ,5
1,5500
1,00
1,3400 0,5660 2,6700 1,9950 1,5500 0,6600 3,3675 2,6100 1,8500 0,6900 4,3290 3,3300 2,5500 0,8100 5,8600 4,5100 3,2240 1,7600
1.00 0,50 3,00 200 1,00 0,75 300 2,00 2,00
1
.
1,00
0.7!, 0,75 0,50 1 00 1,00 0,75 0.50 2,00 1,00 1,00 0,50 200
1
1
1
8,0000 5,3800 4 ,6370 2,3200
1
O,Z§ 4,00 3,00 200 0,75 6,00 5.00 3,00 2.00 8,00 5.00 5,00 2,00
1
Motores trifásicos
-
(Viene de la µágin,i anltriM)
Polancla
Powncla
Velocidad da •incroniamo
CV
kW
~
25
18,5
= 30
40
292 •
= 22
30
© Ediciones Paraninfo
750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000 750 1.000 1.500 3.000
11 11
11
11
" 11
"
-
Intensidad a plana carga (In)
Potancla reactiva (Px)
Potancla reactiva dal conclanudor
A 38,00~ 28200 38,100 34 750 44,000 45,380 44.,620 41,780 60,000 58,000 56,850 56,430_
kVAr 7,5600 7,3200 5,0150 3,5000 10,3200 8,9600 6,4100 4,8900 12,3200 10,7600 9,4000 6,6200
kVAi 7,00 7,00 5,00 3,00 10,00 9,00
'
-
6,00 5,00 12,00 10,00 10,00 7,00
1
Motores trifásicos
Características, cálculos y aplicaciones-
'
...
.
. .. .
••
..
1SOH 10: 84· Ull•l202•'
1$8N \3: 911!3.flo4•183•3l02•0
Paranin fo
www.paraninto.es
1 íll 111
9 788428 332026