Fuente: WEG
Proveedor de Soluciones Integrales Equipos y Sistemas Tecnológicos.
Todos Todo s sa sabe bemo mos s qu que e el mot motor or el eléc éctr tric ico o es un una a má máqu quina ina qu que e tra trans nsfo forma rma en ener ergí gía a eléctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje. De esta forma se pued pu ede e ac acci cion onar ar cu cual alqu quie ierr ti tipo po de ca carg rga a me mecá cáni nica ca,, si siem empr pre e y cu cuan ando do te teng ngam amos os disp di spon onib ibil ilid idad ad de un una a re red d el eléc éctr tric ica. a. El mo moto torr de in indu ducc cció ión n es el má más s co comú mún n y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden realizarse con este motor, generalmente el tipo Jaula de Ardilla, o con Rotor en Cortocircuito. Siempre que se tiene la necesidad de adquirir un motor, hay que hacer antes los siguientes cuestionamientos: ¿Es una instalación nueva o existente? ¿Cuáles son las condiciones de la red eléctrica? ¿Cuál es la carga que el motor va a accionar? ¿Cuáles son las condiciones medioambientales? ¿Cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión? ¿Qué tipo de normas debe cumplir el motor? ¿Cómo va a ser hecho el arranque del motor? Obviamente, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor?
Todos Todo s sa sabe bemo mos s qu que e el mot motor or el eléc éctr tric ico o es un una a má máqu quina ina qu que e tra trans nsfo forma rma en ener ergí gía a eléctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje. De esta forma se pued pu ede e ac acci cion onar ar cu cual alqu quie ierr ti tipo po de ca carg rga a me mecá cáni nica ca,, si siem empr pre e y cu cuan ando do te teng ngam amos os disp di spon onib ibil ilid idad ad de un una a re red d el eléc éctr tric ica. a. El mo moto torr de in indu ducc cció ión n es el má más s co comú mún n y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden realizarse con este motor, generalmente el tipo Jaula de Ardilla, o con Rotor en Cortocircuito. Siempre que se tiene la necesidad de adquirir un motor, hay que hacer antes los siguientes cuestionamientos: ¿Es una instalación nueva o existente? ¿Cuáles son las condiciones de la red eléctrica? ¿Cuál es la carga que el motor va a accionar? ¿Cuáles son las condiciones medioambientales? ¿Cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión? ¿Qué tipo de normas debe cumplir el motor? ¿Cómo va a ser hecho el arranque del motor? Obviamente, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor?
Dentro del universo de motores eléctricos, el motor jaula de ardilla es el más común y de uso más generalizado por diversas razones: Bajo costo Bajo mantenimiento Fácil de adquirir Alto grado de protección Pocos componentes Robusto Por carecer de chispas internas puede instalarse en ambientes de riesgo, además con el avance de la electrónica de potencia, hoy en día es el motor más práctico para realizar aplicaciones en donde se requiere variación de velocidad, llegando incluso a desplazar el motor de corriente continúa.
Existen dos normas bajo las cuales se fabrican los motores: Comisión Electrotécnica Internacional que es acogida por la gran mayoría de países y especialmente los europeos. Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos Eléctricos. Es una norma nacional de Estados Unidos, pero es común en muchos países.
Dimensiones en pulgadas Potencia en HP Número del frame indica todas las dimensiones del motor. Letras del frame indica características adicionales y especiales de construcción.
3ra letra
2da letra
Frame: XXY Letras Altura del Eje, d = numero/4 1ª. letra indica tipo de frame 2ª. letra indica largo del eje
d
3ª. letra indica tipo brida
2f
Puede existir una letra adicional que significa eje con medidas especiales
Altura del eje; d = numero/4 = 36/4 = 9 ” Primera letra indica frame del tipo T La segunda letra indica eje corto S La tercera letra indica tipo de brida La cuarta letra indica que el eje es de diámetro especial.
Dimensiones en milímetros Potencia en HP, CV o KW Numero de tamaño o carcaza indica todas las dimensiones del motor Letras del tamaño o carcaza indica el largo del rotor El resto de las características se especifican por separado
Tamaño: Números + Letras
Altura del eje, d = numero
d
Letras
La letra indica el largo del rotor ó laminado de la chapa.
Altura del eje; d = numero = 200 mm La letra indica largo de carcaza/rotor: L = Large, M = Medium, S = Short
Letras adicionales especifican fabricaciones especiales (Ejes, Bridas, Etc.)
Por norma, todos los motores están diseñados para operar en un ambiente con temperatura no superior a 40 ºC y en una altura no superior a 1000 metros sobre el nivel del mar.
Otro tema a considerar son las condiciones propias del ambiente: Contaminación, presencia de agentes químicos, utilización en lugares abiertos o cerrados, etc. Para garantizar una adecuada selección de motor, es importante conocer el significado de grado de protección IP, definido según la norma IEC.
significa y determina el grado de protección (mecánico) o de encerramiento del motor. Viene seguido de dos cifras características; la primera de ellas indica la protección contra el ingreso de cuerpos sólidos y la segunda indica la protección contra el ingreso de líquidos. La norma NEMA no usa una clasificación similar, el grado de protección lo identifican con abreviaciones.
Sin protección
Sin protección
Protegido contra cuerpos sólidos mayores a 50mm.
Protegido contra caída vertical de gotas de agua
Protegido contra cuerpos sólidos mayores a 12mm.
Protegido contra caída vertical de gotas de agua a 15º de inclinación.
Protegido contra cuerpos sólidos mayores a 2.5mm.
Protegido contra agua en forma de rocío hasta 60º de inclinación
Protegido contra cuerpos sólidos mayores a 1mm.
Protegido contra salpicaduras de agua en todas las direcciones
Protegido contra el polvo
Protegido contra chorros de agua en cualquier dirección
Totalmente protegido contra el polvo
Protegido contra chorros fuertes de agua (comparable al golpe de una marea) Protegido contra los efectos de una inmersión
Protegido contra una sumersión continua
Aperturas, impiden la entrada de gotas o partículas sólidas en una inclinación entre 0 a 15º de vertical. Cumple con las condiciones mínimas requeridas para ODP y es construido de manera tal que no permite la introducción de varilla de 3/4” de diámetro.
Cumple con las condiciones mínimas para WP I, incluyendo 3 curvas de 90º con área de baja velocidad para el aire de entrada.
Refrigeración vía ventilador externo soplando a través de tubería. El aire interno circula vía ventilador interno acoplado al eje.
Refrigeración vía intercambio aire-agua. El aire es enfriado vía agua y enfría la parte interna del motor. Refrigeración vía ventilador externo soplando sobre aletas de la carcaza del motor. El aire interno circula vía ventilador acoplado al eje.
Refrigeración vía ventilador externo con accionamiento independiente soplando sobre aletas de la carcaza del motor. El aire interno circula vía ventilador independiente al eje del motor. Cumple con las necesidades mínimas de la refrigeración por aletas o tuberías, pero preparado para soportar un explosión interna para prevenir una explosión externa
En caso de ambientes agresivos, es necesario prestar especial atención, pues en ocasiones los motores estarán expuestos a vapores ácidos, álcalis y solventes, como industrias químicas, petroquímicas y fábricas de pulpa y papel. Es también importante considerar si el motor será instalado en un área clasificada (lugares donde se almacenen productos inflamables), pues en estos casos se requieren cuidados especiales que garanticen el mantenimiento de los equipos y especialmente, no pongan en riesgo la vida humana.
(Presencia de Gas)
(Tipo de Gas)
(Motor y Gas)
Región en la cual la atmósfera explosiva está siempre presente La atmósfera explosiva está frecuentemente presente La atmósfera explosiva está presente accidentalmente Similar a la zona 0, pero aplicada a polvo o detritos Similar a la Zona 1, pero aplicada a polvo o detritos Equipos eléctricos para minas donde pueda haber liberación de gas grisu (gas a base de metano). Equipos eléctricos para aplicación en otros locales con atmósferas explosivas de gas. Es subdividido en IIA, IIB, IIC. Equipos eléctricos para aplicación en locales con atmósferas explosivas de polvo.
El Grupo II se subdivide en: : Gases del grupo propano : Gases del grupo eteno : Gases del grupo hidrógeno OBS: Equipos del grupo IIB son adecuados para aplicación en grupo IIA. La temperatura máxima en la superficie de los equipos eléctricos debe ser inferior a la temperatura de ignición de la atmósfera explosiva para la cual el equipo eléctrico es proyectado.
Clase de Temperatura Temperatura Máxima de Superficie (°C)
T1
T2
T3
T4
T5
T6
450
300
200
135
100
85
OBS: Temperatura Ambiente de 40 °C
La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En la gran mayoría de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puede atender cualquier carga en su eje, pero es conveniente hacer un estudio detallado de cuál será el momento de inercia y la curva Par-Velocidad de la carga. Cuando hablamos de Par o Torque podemos encontrar aplicaciones de Par Variable o aplicaciones de Par Constante. Las características de Par-Velocidad son tratadas por las normas de acuerdo al tipo de Diseño.
N
A
B
H
C
D
D
***
F
Torque de arranque normal, Corriente de arranque normal, Bajo deslizamiento. Torque de arranque alto, Corriente de arranque normal, Bajo deslizamiento. Torque de arranque alto, Corriente de arranque normal, Alto deslizamiento. Torque de arranque normal, Corriente de arranque baja, Bajo deslizamiento.
Las principales características que identifican un red eléctrica son la tensión (voltaje), la frecuencia y el numero de fases. 110/220, 115/230, 220/440, 230/460.
60Hz (Norteamérica, Centroamérica y Suramérica, con excepción de los países del cono Sur). 50 Hz (Europa). Trifásica y Monofásica
Uno de los momentos más críticos para el motor, la red y la carga es el arranque. Por sus características propias, el motor jaula de ardilla consume durante el arranque una corriente que puede oscilar entre 5 y 8 veces la corriente nominal. El arranque es el periodo en el que el motor hace la transición desde su estado de reposo hasta su velocidad de régimen.
El motor tendrá una corriente de arranque normal (hasta ocho veces la corriente nominal) y un par de arranque normal. La corriente y el torque se reducen a la tercera parte (hasta tres veces la corriente nominal).
El autotransformador es fabricado para entregar al motor una tensión menor de la nominal. Esta tensión puede estar entre el 30% y el 70% dependiendo de la aplicación. La corriente y el torque variarán en proporción cuadrática a la tensión de alimentación. En este método, el arrancador alimenta el motor con una tensión reducida y gradualmente aumenta la tensión hasta la tensión de régimen. El comportamiento inicial de la corriente y el torque será idéntico al arranque por autotransformador, pero el comportamiento durante todo el periodo de transición dependerá de la manera como el arrancador suave sea controlado. Mediante este método, se logra limitar la corriente de arranque a valores de hasta dos veces la corriente nominal, mientras se obtiene un torque de arranque adecuado para cualquier aplicación. Además, la transición será la más suave posible de todos los métodos. Mecánicamente, es la mejor forma de hacer la operación, además de que permite realizar control de velocidad preciso, gracias a los avances de la electrónica de potencia y control.
Es el factor que aplicado a potencia nominal, indica la carga permisible adicional no continua que puede ser aplicada en el motor, se debe tener presente que el funcionamiento continuo dentro del intervalo del factor de servicio hará que se reduzca la duración esperada del sistema de aislamiento. Los factores de servicio más comunes son de 1.00, 1.15 y 1.25.
Indica la clase de materiales de aislamiento utilizados en el devanado del estator, respecto a la temperatura permisible. A E B F H (105º) (120º) (130º) (155º) (180º)
Indica el periodo de trabajo del motor, lo cual significa que el motor puede operar a plena carga durante ese tiempo. Una vez transcurrido éste, hay que parar el motor y esperar a que se enfríe antes de que arranque de nuevo. El régimen de servicio se identifica con la letra S y un numero que va desde el 1 al 8 según el tipo de servicio.
S1
Servicio continuo
S2
Servicio temporal
S3
Servicio intermitente
S4
Servicio intermitente con arranque
S5
Servicio intermitente con arranque y frenado
S6
Servicio interrumpido con carga intermitente
S7
Servicio interrumpido con carga y frenado
S8
Servicio interrumpido con cambio de velocidad
Están normalizadas e indican la manera como ira instalado el motor.
Según los requerimientos y necesidades del área de aplicación y funcionamiento del motor se pueden especificar características y accesorios adicionales con el objetivo de evitar daños imprevistos en el motor y garantizar la durabilidad de los materiales que lo conforman: Protección en devanados y rodamientos (RTD`s, Termistores, Termoguardas). Calentadores de espacio (Space Heaters). Electrofrenos, Encoders, Ventiladores metálicos, Rodamientos reforzados o aislados, Voltajes, Posición de cajas de bornes, Pintura especial, Sellos VBXX Impro/Seal (norma IEEE 841), Etc.
Puede decirse que la eficiencia de un motor eléctrico es la medida de la capacidad que tiene el motor de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. La potencia eléctrica correspondiente medida en watts (w) entra por los terminales del motor y la potencia mecánica medida en watts o HP que sale por el eje. La eficiencia (EF) del motor puede expresarse como:
EF% =
Potencia Mecánica de Salida x 100 Potencia Eléctrica de Entrada
Esta conversión de energía ocasiona perdidas que por su naturaleza se pueden clasificar en 5 áreas: pérdidas en el cobre del estator, pérdidas en el cobre del rotor, pérdidas en el núcleo, pérdidas por fricción y ventilación y pérdidas adicionales. El incremento de la eficiencia en los motores asincrónicos de jaula de ardilla se logra con la reducción de estas pérdidas. Cada norma tiene su propio método para garantizar la eficiencia de sus motores, siendo el mas preciso el método del Dinamómetro utilizado por la norma NEMA.
Actualmente existen tres niveles de eficiencia que se pueden solicitar al especificar un motor:
Standard Efficiency
IE1 – Eficiencia Estándar
Energy Efficiency (Epact 92)
IE2 – Alta Eficiencia
Nema Premium Efficiency
IE3 – Eficiencia Premium
Los motores de alta eficiencia pueden aplicarse favorablemente en los siguientes casos: Cuando el motor opera a una carga constante y muy cerca del punto de operación nominal. Cuando se usan para reemplazar a motores sobredimensionados. Cuando se aplican conjuntamente con Variadores electrónicos de frecuencia (Variable Frecuency Drives) para accionar bombas y ventiladores, pueden lograr ahorros de hasta mas del 50% de la energía. Como parte de un Programa de Uso eficiente de la Energía Eléctrica. En instalaciones nuevas. En reparaciones donde el costo de rebobinado supere el 50% del costo de un motor nuevo.
El ahorro de dinero al aplicar un motor de alta eficiencia se puede calcular usando la siguiente ecuación:
100 100 S 0.746 HP L C T E E B A S HP L C T EA EB
: Ahorro en pesos por año : Potencia de placa en HP : Porcentaje de carga respecto a la potencia nominal : Costo de la Energía en pesos por KW/h : Tiempo de funcionamiento en horas por año. : Eficiencia del motor estándar : Eficiencia del motor de alta eficiencia