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Motores trifsicos de induccin Generalidades


GeneralidadesLos motores cumplen con las normas, prescripciones y recomendaciones VDE, ICONTEC e IEC; especialmente pueden citarse: VDE 0530: Prescripciones para mquinas elctricas. Publ. IEC 34-1: Recomendaciones para mquinas elctricas rotativas. Publ. IEC 144 - Publ. IEC 72-2: Recomendaciones para motores normalizados. DIN 42673, hojas 1 y 2: Indicacin de potencias nominales y medidas de extremos de eje en relacin a los tamaos constructivos para motores con ventilacin de superticie y rotor en cortocircuito, en ejecucin normal. DIN 42 677, hojas 1 y 2: Indicacin de potencias nominales y medidas de extremos de eje en relacin a los tamaos constructivos para motores con ventilacin de superficie y rotor en cortocircuito, en ejecucin normal.

Las tensiones normalizadas para las redes de corriente trifsica, en baja tensin, son las siguientes:Tensin de lnea (V) 208 220 260 380 440 Tensin de fase (V) 120 127 150 220 254 Denominacin usual de la red (V) 208/120 220/127 260/150 380/220 440/254

En Colombia las redes pblicas y las industriales prestan servicio a la frecuencia de 60Hz.

Conexin de motores trifsicosLos motores trifsicos se conectan los tres conductores R,S,T. La tensin nominal del motor en la conexin de servicio tiene que coincidir con la tensin de lnea de la red (tensin de servicio). Conexin de servicio de los motores trifsicos y sus potencias nominales:

El sistema trifsicoLas redes trifsicas de baja tensin estn formadas por los tres conductores activos R, S y T, y pueden ejecutarse con o sin conductor neutro. Los conductores neutros estn unidos al centro de la estrella del generador o del transformador correspondiente al lado de baja tensin. Dos conductores activos, o uno de ellos y el neutro, constituyen un sistema de corriente alterna monofsica.

Ejecucin del devanado (V)

Tensin Devanado % Potencia Tipo de de la red en nominal arranque (V) de placa permitido1)

220-260/440Y Tamaos 71-160

220 260 380 440 208 220 440 208 220 380 440

YY YY Y YY

80 100 100 100 90 100 100 90 100 100

Directo/Y- Directo/Y- Directo Directo Directo Directo Directo Directo/Y- Directo/Y- Directo Directo/Y-

Tensin de servicioLa tensin existente entre dos conductores activos (R, S, T) es la tensin de lnea (tensin compuesta o tensin de la red). La tensin que hay entre un conductor activo y el neutro es la tensin de la fase (tensin simple).RUL UL

208 220 YY/ 440 Y Tamaos 71-112 208-220 / 440 Tamaos 132-280

Los motores que se arranquen en estrella-tringulo, la conexin de servicio ser en tringulo. 1) Esta ejecucin est siendo descontinuada debido a que cada vez son ms escasas las redes a 260 V en el pas. Se suministra bajo pedido.

UL

Se da la relacin: UL = 1,73 U UL = tensin de lnea (tensin compuesta) U = Tensin de fase (tensin simple)

RU U U

Red Trifsica

R

Conexin motores trifsicos 1LA... YB20

Conexin motores trifsicos 1LA4.../ LA6... B80 (serie 846)440 V - YW2 U1 R U2 V1 S R U1 V2 W1 T

220 - 260 V - W2 U1 R U2 V1 S R W2 V2 W1 T

208 - 220 V - Arranque directoW6 U1 U6 V1 V6 W1 W6

440 V - Arranque directoU1 U6 V1 V6 W1

W2

U5

U2

V5

V2

W5

W2

U5

U2

V5

V2

W5

R W6 RW2

S U5

T

R R W6 W5

S

T

W2 U2 T V2 V1 S W1 T

U2 V2 V1 S

U1

U1 U2

W2

U5

W5 T

W1 V2 V6

U2 V1 V5

U6 S

W1 T V6

V2 V5 V1

U6 S

Conexin motores trifsicos 1LA... YA60

208 - 220 V - YYW2 W2 U2 U2 V2 V2 U5 V5 W5 U1

440 V - YW2 W2 U2 U2 V2

Arranque Y - W6 U1 U6 V1 V6 W1 W6 U1 U6 V1 V6 W1

V2

V5 U5 W5

W2

U5

U2

V5

V2

W5

W2

U5

U2

V5

V2

W5

U1 U1 V1

V1 W1

W1

U1 V1

V1 W1

W1

ZT

U

X

V

Y

W

Z

U

X

V

Y

W

R

S R

T

R

S R

380 V - YY Arranque directoU5 W6 U1 U6 V1 V6 W1 U6 W2 W1V1 S

R U1

U1

U5 U5

U1 U2

U2 W2 W1 T W5 V2 V5 V1 S W1 T W2

U2 V6V2

W2W5 V5 V2

U5

U2

V5

V2

W5 T

V5 V1 S

R

S

T

W5

Conexin motores trifsicos 1LA... YB70

Conexin motores trifsicos 1LA6...

208 - 220 V - Arranque directoW5 W2 W2 U2 U2 V2 V2 U1 U5 V1 V5 W1 W5

440 V - Arranque directoU5 U2 U2 V5 V2 V2 U1 V1 U1 V1 W1 W1 W2 W2

440 V - Arranque directoW2 U1 R U2 V1 S R W2 U1 V2 W1 T

440 V - Arranque YW2 U1 U2 V1 V2 W1

U1

V1

W1

Arrancador Y - DR S T

W6

R

U6

S

V6

T

W6

R

U6

S R

V6

T

R W6 U5 W6 W5

W1U1 U2

U2 V2 V1 S

T

W2 U1

W2

U5

W5 T

1 W V2V5

U2 V1V5

Conexin Dahlander para dos velocidadesU6 V1 S

U6 S

W1 T V6

V2 V5

Devanado en conexin Dahlander realizacin, por ejemplo, para 1800/3600 rpm, es decir,4/2 polos; 900/1800 rpm, es decir 8/4 polos.R W2 U1 U2 V1 S R V1 W1 1W 1V 1U 2V S W2 U1 R 2U V2 W1 T S T

Arranque Y - W5 W2 W2 U2 U2 V2 U1 U5 V2 V1 V5 W1 W5

Arranque Y - U5 U2 U2 V5 V2 U1 W2 W2

W2 U1

U2 V1

W1

R V2

U1

V1

W1

U1

V1

W1

W6

Z

U6

X

V6

Y

W

V U

Z

W6

X

U6

Y

V6

W1 W V U T V2 V1

U2 S

2W T

W6 V2


Sentido de giro de los motoresLos bornes de los motores trifsicos estn marcados de tal manera, que el orden alfabtico de la denominacin de bornes U, V, W, coincide con el orden cronolgico si el motor gira hacia la derecha. Esta regla es vlida para todas las mquinas, cualquiera que sea su potencia y su tensin. Tratndose de mquinas que slo sean apropiadas para un sentido de giro, estar ste indicando por una flecha en la placa de caractersticas. Debajo de la flecha consta en qu orden se desconectarn los bornes con las fases correlativas de la red. Se consigue invertir el sentido de giro, intercambiando la conexin de dos conductores de fase. Antes de poner en marcha el motor debe revisarse la conexin y el sentido de giro.

4. Las prdidas en el rotor y, en general, en el estator sern menores. El calentamiento del motor depende de cmo se modifican las prdidas en el hierro y en el cobre. Por regla general, se modificar apenas prcticamente con las fluctuaciones normales de la tensin. 5. El rendimiento tampoco variar mucho, elevndose o reducindose en dependencia de si predomina la reduccin en las prdidas en el cobre o el aumento en la prdidas en el hierro. 6. La velocidad de reduccin aumentar ligeramente, por ser menores las prdidas en el rotor. b) Reduccin de la tensin. 1. La corriente magnetizante, la densidad de flujo, las prdidas en el hierro y, por lo tanto, en el calentamiento del mismo, sern menores. 2. La intensidad en el estator, que representa la suma geomtrica de la componente de corriente dependiente de la carga y de la corriente magnetizante, aumenta generalmente. En los motores de hasta 3kW, puede predominar la influencia de la corriente magnetizante y, en consecuencia, reducirse la intensidad en el estator. 3. Se mejora el factor de potencia (menor corriente magnetizante, mayor corriente activa). 4. Las prdidas en el rotor y en general las prdidas en el cobre del estator aumentan. Normalmente, ser mayor el calentamiento. 5. El rendimiento apenas de modificar. 6. La velocidad de rotacin descender ligeramente. B) Variacin de la frecuencia permaneciendo constante la tensin Con desviaciones de hasta +5% respecto a la frecuencia nominal, se puede suministrar la potencia nominal. El valor absoluto del par inicial de arranque y del par mximo varan en relacin inversamente proporcional a la frecuencia; la velocidad de rotacin vara, aproximadamente, en relacin directa con la frecuencia. Al modificar la frecuencia, las restantes propiedades de funcionamiento del motor varan en relacin inversa a como sucede en caso de producirse un cambio en la tensin. C) Variacin de la tensin y de la frecuencia simultneamente Si la tensin y la frecuencia aumentan o disminuyen aproximadamente en igual proporcin, no varan las condiciones magnticas. El motor desarrollar el par motor nominal. Aproximadamente, la velocidad de rotacin y la potencia varan en la misma proporcin que la frecuencia. El par resistente puede no alterarse. Tratndose de frecuencias reducidas, la potencia disminuye en mayor medida, por ser la ventilacin menos efectiva.

Puesta a tierraLos motores tienen en la caja de conexiones un tornillo para empalmar el conductor de tierra. Si se trata de motores, superiores al tamao constructivo 180, para la puesta a tierra se dispone adicionalmente un borne en la pata o bien en la carcasa.

Variacin en la tensin y en la frecuencia de la redPara motores provistos de devanado normal. Comportamiento de los valores de servicio: A) Modificacin de la tensin sin que vare la frecuencia El par de arranque y el par motor mximo varan aproximadamente con el cuadrado de la tensin; la intensidad de arranque se modifica en una relacin aproximadamente proporcional a la tensin. Con desviaciones de hasta + 5% respecto a la tensin nominal, se puede suministrar la potencia nominal. En este caso, se podr sobrepasar en 10C la temperatura lmite. a) Aumento de la tensin (suponiendo que la potencia suministrada permanece constante). 1. La corriente magnetizante en motores de elevada saturacin, limitan el aumento que puede experimentar la tensin; en este caso se encuentran especialmente los motores cuya potencia asciende hasta 3kW, aproximadamente, los cuales ya presentan, a la tensin nominal una intensidad en vaco relativamente elevada. 2. La intensidad en el estator, que representa la suma geomtrica de la componente de corriente dependiente de la carga y de la corriente magntica, se reduce generalmente. En los motores de hasta 3kW puede predominar la influencia de la corriente magnetizante y, en consecuencia, aumentar la intensidad en el estator. 3. El factor de potencia ser menor a la misma potencia: el origen de ello es el aumento de la corriente magnetizante y la reduccin de la corriente activa.

PotenciaPara elegir un motor adecuado, se tedrn en cuenta los datos siguientes: la carga de trabajo (potencia), la clase de servicio, el curso de ciclo de trabajo, los procesos de arranque, frenado e inversin, la regulacin de la velocidad de rotacin, las variaciones de la red y la temperatura del medio refrigerante.

Servicio continuo S1Segn VDE 0530, el servicio continuo se define como el servicio prestado bajo carga constante (potencia nominal) durante un tiempo que baste para alcanzar la temperatura de equilibrio trmico. Segn VDE 0530, no se ha previsto que se sobrepase, de una forma permanente, el valor de la potencia nominal. Se admite, sin embargo, una sola vez, una sobrecarga del 150% de la intensidad nominal durante 2 minutos. Si las sobrecargas son superiores, por ejemplo, durante el arranque, el tiempo tendr que acortarse correspondientemente. La red de baja tensin se alimenta directamente con un generador o por medio de un transformador conectado, a su vez, a la red de alta tensin. La potencia nominal del generador o del transformador, medida en kVA, tiene que ser, como mnimo, igual a la suma de las potencias aparentes de todos los motores que, en el caso ms desfavorable, se encuentren simultneamente en servicio. La potencia de los motores que puedan conectarse a la red, considerando la intensidad en el arranque (la potencia aparente de arranque) para una cierta carga previa de la red, est determinada por la diferencia de tensiones que se considera admisible si la alimentacin se hace a travs de un transformador, y, si la alimentacin se realiza por medio de un generador, por el diseo y excitacin del mismo. La potencia nominal del motor debe aproximarse lo ms posible a la demanda de potencia de la mquina accionada. Si el motor est dimensionado en exceso, resultan las siguientes consecuencias: Mayor intensidad de arranque, por lo cual se necesitan fusibles mayores y una mayor seccin en el conductor; servicio antieconmico, puesto que el factor de potencia y, bajo ciertas circunstancias, el rendimiento a carga parcial es menor que a plena carga. Entre 3/4 y 1/1 de la carga, vara poco el rendimiento. El motor toma de la red las siguientes potencias:Potencia activa: Potencia aparente: Potencia reactiva: Pw = Ps = P 100 P 100 cos

Siendo P = potencia suministrada en el eje (kW) Pw = potencia activa (kW) absorbida de la red Ps = potencia aparente (kWA) Pb = Potencia reactiva (kVAr) U = Tensin de servicio (V) I = intensidad en el estator (A) = rendimiento (%) cos = factor de potencia Para sistemas trifsicos Potencia aparente: Intensidad (A) Ps = I= U I 1,73 1000 Pw 1000 = U cos 1,73 P 1000 100 U cos 1,73

Para sistemas monofsicos: Intensidad (A) I= Pw 1000 U cos = P 1000 100 U cos

Calentamiento y ventilacinLa vida til de un motor es igual a la del aislamiento de sus devanados, si se prescinde del desgaste propio del servicio de los cojinetes, escobillas, anillos rozantes o colector, elementos que se pueden sustituir por otros nuevos sin que, relativamente, se realicen gastos de importancia. Por este motivo, se tendrn especialmente en cuenta las condiciones de servicio que afecten al calentamiento y, por tanto, al aislamiento. El calentamiento es una consecuencia de las prdidas originadas en toda transformacin de energa (en caso de motores, por ejemplo, transformacin de energa elctrica en energa mecnica). El calentamiento del motor se produce, principalmente, por las prdidas en el hierro de las chapas magnticas y del ncleo y por las prdidas en el cobre del devanado. Estas ltimas calientan tambin el aislamiento de cada conductor. La temperatura admisible del aislamiento utilizado determina fundamentalmente la capacidad de carga del motor.Pprd. = Pabs. - Pced

En la prctica no se indican las prdidas del motor, sino su rendimiento, el cual se calcula de la siguiente forma: = = Pced. 100 Pabs. = (Pabs. - Pprd.) 100 Pabs.

Pced. 100 Pced. + Pprd.

P tg 100 Pb =

siendo: Pprd. = prdidas totales (kW) Pabs. = potencia activa (kW) tomada de la red

Pced. = potencia (kW) que se entrega en el eje = rendimiento (%)

Para las prdidas, rige, por tanto, lo siguiente Pprd. = (100 - ) Pabs. 100 = 100 - Pced.


La energa consumida en prdidas = prdidas por tiempo en kWh (calor), se acumula en el motor, de acuerdo a su capacidad trmica, conducindose una gran parte al medio ambiente, a travs de la ventilacin. Si la carga es constante, se alcanzar un estado de equilibrio cuando la cantidad de calor absorbida sea igual a la disipada, en servicio continuo, una vez que hayan transcurrido de 3 a 5 horas. La sobretemperatura entonces motivada (calentamiento) en los devanados y en el resto de las partes del motor es igual a la diferencia que hay entre la temperatura de la parte considerada y la del medio refrigerante. La sobretemperatura resulta de la relacin existente entre las prdidas que en el motor se transforman en calor y la capacidad de disipacin del calor:ST = Pprd. Wa

siendo: ST = sobretemperatura (C) Pprd. = prdidas (W) Wa = capacidad de disipacin del calor (W / C)

La capacidad de disipacin de calor depende de la superficie exterior del motor y de las condiciones de ventilacin. Como la duracin del aislamiento de los devanados decrece al aumentar la temperatura (cada 10 C, aproximadamente en la mitad), segn sea el material utilizado habr que observar los valores lmites fijados por VDE 0530 para la temperatura del devanado (temperatura lmite). Estos valores estn de acuerdo con la respectiva resistencia trmica de los materiales aislantes subdivididos en clases. La duracin media prevista es, aproximadamente, de 20 aos.

La temperatura mxima permanente admisible de los diferentes materiales aislantes se compone, como queda representado en la figura anterior, de la temperatura del medio refrigerante, de la sobretemperatura lmite y de un suplemento de seguridad. Este ltimo suplemento se ha introducido porque, aplicando el mtodo de la medida usual, o sea la elevacin de la resistencia del devanado, no se determina la temperatura en el punto ms caliente, sino que se mide el valor medio del calentamiento. Las indicaciones de potencia de los motores estn basadas en una temperatura del medio refrigerante de 40C para todas las clases de aislamiento. Si el fabricante da garanta, la sobretemperatura lmite para aislamiento clase F puede sobrepasarse en 10 C y en 20 C para clase H. Las sobretemperaturas lmite de los colectores, anillos rozantes y cojinetes, rigen para medidas por termmetro, contrariamente a como sucede con las sobretemperaturas lmites de los devanados. - Salvo algunas excepciones, los motores de baja tensin de ejecucin normal van provistos de aislamiento que protege el devanado contra la influencia de gases agresivos, vapores y polvo conductor, y permite su instalacin en lugares donde la humedad del aire sea muy elevada y tengan lugar frecuentes condensaciones de agua (trpicos, cerveceras, estaciones de bombeo, etc.). - Los fabricantes ofrecen aislamiento clase F en todos sus motores. - Para condiciones especiales (por ejemplo, peligros debidos a la accin de aceite, existencia de polvo de fundicin) es posible un aislamiento de ejecucin especial.

Materiales aislantes y clases de aislamientoEn las normas internacionales se han clasificado los materiales aislantes, incluyendo sus medios impregnados, en clases de aislamiento, habindose fijado los correspondientes valores exactos de temperatura.180 155 130 150 40 0 C 5 75 40 E 10 15 15

Determinacin de la potencia al variar la temperatura del medio refrigerante o la altitud de emplazamientoLa potencia nominal de los motores indicada en la placa de caractersticas rige normalmente para las condiciones siguientes: temperatura del medio refrigerante, hasta 40C; altitud de emplazamiento, hasta 1000 m sobre el nivel del mar. La sobretemperatura lmite admitida por VDE 0530, para cada caso, depende del aislamiento utilizado. Si por razones propias del servicio o por haberse diseado los motores en conformidad con otras prescripciones diferentes de VDE, se modificasen estos valores, habra que alterar, en general, la potencia. La variacin de potencia se deduce de las tablas siguientes:Temperatura del medio refrigerante C 30 35 40 45 50 55 60 Potencia admisible en % de la potencia nominal 107 104 100 96 92 87 82 Altura de instalacin sobre el nivel del mar (mt.) 1.000 2.000 3.000 4.000 Potencia admisible en % de la potencia nominal 100 94 86 77

60 40 A

80 40 B

100 40 F

125 40

TMPA = temperatura mxima permanente admisible (C) TMR = temperatura del medio refrigerante (C) STL = sobre temperatura lmite (calentamiento) (C)

Sobretemperatura lmite en C (STL) Clase de aislamiento A E Devanado aislado 60 75 Colectores, anillos rozantes 60 70 Cojinetes de rodamiento 50 50 y de deslizamiento Cojinetes de rodamiento 60 60 con grasas especiales

B 80 80 50 60

F 100 1) 80 50 60

TMR

H

TMPA

STL

5

H 125 1) 80 50 60

Para temperatura del medio refrigerante de 40 C

Si las temperaturas del medio refrigerante y las alturas de instalacin discrepan simultneamente, debern multiplicarse los factores indicados, para calcular la potencia admisible. En caso de que la temperatura mxima del medio refrigerante por encima de los 1.000 m se reduzca en 5C por cada 1.000 m, no ser necesario reducir la potencia, por influencia de la altura.

Refrigeracin y ventilacinTodos los motores tienen un ventilador exterior cubierto con una caperuza. Independientemente del sentido de giro del motor, dicho ventilador impulsa el aire de refrigeracin sobre la superficie. El ventilador y su caperuza correspondiente estn conformados para que la corriente de aire refrigerante no pueda acumular suciedad ni fibras que podran obstaculizar la refrigeracin.

Temperatura de la carcasaDe acuerdo a las tcnicas constructivas modernas, y tomando en cuenta las normas sobre materiales aislantes y clases de aislamiento, los fabricantes de motores utilizan la particularidad de unir lo ms cerca posible el paquete del estator a la carcasa, de manera que se evacue rpida y eficientemente el calor interno generado por las diferentes partes constitutivas del motor. Es por esto que el mtodo antiguamente utilizado, para determinar si un motor est sobrecargado o no, tocando con la mano la carcasa, es completamente inadecuado para motores elctricos modernos.

Rendimiento y factor de potenciaEl rendimiento y el factor de potencia cos se indican en las tablas de seleccin, referidos a la potencia nominal (100% de carga), a la tensin nominal y a la frecuencia nominal. En los diagramas que a continuacin se exponen, se han supuesto valores medios para y cos , para motores con rotor de jaula de 1800 rpm y potencias comprendidas entre 0,1 y 1000 kW.% 100 90

Calentamiento del localEl calentamiento del local depende exclusivamente de las prdidas, y no de la temperatura de la carcasa. Adems, las mquinas accionadas frecuentemente contribuyen al calentamiento del local en mayor proporcin que los motores. En todas las mquinas elaboradoras y modificadoras de materiales, se transforma prcticamente la totalidad de la potencia y accionamiento en calor, y en las mquinas transportadoras de material la transformacin se extiende a una gran parte de la potencia de accionamiento. Estas cantidades de calor tienen que ser eliminadas por el aire ambiental en el local de servicio, a no ser que los motores tengan refrigeracin independiente, consistente en un sistema de tubos a travs de los cuales se evacua el calor directamente al exterior. Habr que considerar lo siguiente:VL = Pprd. 0,77 J

Rendimiento

% 1.0cos

Factor de potencia

0.9 0.8 0.7 0.6

80 70 60 50 0.1 1 10 100 1000 kW

0.5 0.1

1

10

100 1000 kW

VL = caudal de aire necesario (m3/s) Pprd.= potencia total de prdidas (kW) = sobretemperatura admisible del aire (C) LW / h= VLu JV

Cuando haya que reducir mucho la potencia, los motores tendrn valores de servicio ms desfavorables, que son los indicados en este catlogo. Los valores de servicio de los motores con potencias diferentes a las nominales varan del siguiente modo: el deslizamiento se altera, aproximadamente, en proporcin directa con la potencia. El rendimiento y el factor de potencia cos deben ser extrados de la tabla siguiente para cargas parciales.Rendimiento en % a la carga parcial de: 1/2 3/4 4/4 de la carga nominal 93.5 92.5 91.5 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83

5/4 94.5 93.5 92.5 91.5 90 89 88 87 86 85 83.5 82.5 81.5

LW / h= nmero de renovaciones de aire por hora VLu = caudal de aire en circulacin (m3/h) JV = volumen del local (m3)

Durante el servicio hay que conseguir un buen abastecimiento de aire fresco para refrigerar los motores. Los motores de gran tamao provistos de refrigeracin interna necesitan un caudal horario de aire que es, aproximadamente, 4 5 veces mayor que su peso propio (a 760 Torr y 20 C, 1 m3 de aire pesa 1,2 kg). Un motor de 120 kW y 1.800 rpm provisto de refrigeracin interna necesita en una hora 2.000 m3 de aire. Tratndose de motores con refrigeracin de superficie de la misma potencia y velocidad de rotacin, el caudal de aire, es aproximadamente 1,6 veces mayor.

Contina en la pgina siguiente...


Rendimiento en % a la carga parcial de: 1/2 3/4 4/4 de la carga nominal ...Continuancin 81 80 79 77 75.5 74 73 72 71 70 68 67 66 65 64 62 61 60 59 57 56 55 54 53 52 51 49 47 46 45 82 81 80 79.5 78.5 77.5 76 75 74 73 72 71 70 69 67.5 66.5 65 64 63 62 60.5 59.5 58.5 58 57 55 54 52 51 50 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53

5/4

Compensacin de la potencia reactiva en los motores trifsicosLos motores trifsicos absorben de la red potencia elctrica aparente, compuesta por una parte activa y otra reactiva. La potencia activa (menos las prdidas elctricas) es transformada por el motor en potencia mecnica, disponindose de la misma en el eje de la mquina. La potencia reactiva sirve solamente para formar el campo magntico, es decir, para magnetizar el motor. La relacin existente entre la potencia activa y la aparente es el factor de potencia cos . Entre mayor sea el factor de potencia cos , tanto mayor ser la potencia elctrica transformada en relacin con la absorbida de la red.U IQ = I sin Q = U I sin (var)

80.5 79.5 78.5 77.5 76.5 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60.5 59.5 58.5 57 56 55 54 53 52 51

P = U I cos (W)

IW = I cos

Factor de potencia (cos j) a la carga parcial de: 1/2 3/4 4/4 5/4 de la carga nominal 0.83 0.80 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 0.88 0.86 0.85 0.84 0.83 0.81 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 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 0.90 0.89 0.88 0.87 0.86 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.80 0.79 0.78 0.78 0.77 0.76 0.77 0.76

Con el fin de mejorar el factor de potencia, se compensa la potencia reactiva de magnetizacin, utilizando para ello condensadores de potencia. De esta manera, se descargan los generadores, las lneas de transporte y los transformadores de distribucin de la generacin y transmisin de la potencia reactiva, con lo cual se colabora a mantener la tensin en la red, y se eleva la potencia activa a transportar. Se distinguen las clases siguientes de compensacin. A) Compensacin individual En este caso, el condensador se dispone junto al motor a compensar, conectndose y desconectndose junto con este ltimo. B) Compensacin por grupos y central En caso de compensacin por grupos, se dispone un condensador para varios motores. De esta manera, la potencia del condensador conectado se aprovecha mejor que en el caso de compensacin individual. La compensacin por grupos se aplica ventajosamente cuando se tiene un nmero considerable de pequeos motores, y cuando los motores slo funcionan temporalmente. En caso de compensacin central, la potencia reactiva necesaria en una red o en un servicio se cubre con una batera de condensadores dispuesta centralmente. Esta batera estar subdividida en varios grupos. En concordancia con la demanda de potencia reactiva, se conectarn y desconectarn a mano o automticamente los diferentes grupos.

S=

U

I

I(

va

)

Forma de dimensionar los condensadores para compensacin individualCon el fin de evitar una sobrecompensacin y, por tanto, el peligro de que sobrevenga una autoexcitacin, despus de desconectar el motor, se compensa, por regla general, aproximadamente el 90% de la potencia reactiva en vaco. Las condiciones tcnicas de conexin de VDE, considerando lo expuesto anteriormente, indican para la compensacin individual de motores las siguientes potencias de los condensadores aproximadamente: Los condensadores se conectan directamente a los bornes U.V.W. del motor.Potencia del motor (kW) 4.0 a 4.9 5.0 a 5.9 6.0 a 7.9 8.0 a 10.9 11.0 a 13.9 14.0 a 17.9 18.0 a 21.9 22.0 a 29.9 A partir de 30.0 Potencia del condensador (kVar) 2 2.5 3 4 5 6 8 10 35% aprox. de la potencia nominal del motor

siendo: M = par motor (Nm) F = fuerza (N) V = velocidad (m/s) n = velocidad de rotacin (rpm)

Conversin de potencia en kW a potencia en CV (HP mtricos), y viceversaPotencia (kW) = 0.73 potencia (CV) Potencia (CV) = 1.36 potencia (kW)

Conversin de potencia en kW a potencia en HP del sistema ingls (horse power)Potencia (kW) = 0.746 potencia (HP) Potencia (HP) = 1.34 potencia (kW)

Curva caracterstica del par resistentePara comprobar los procesos de arranque y de frenado, y para seleccionar la velocidad del motor a utilizar, se necesita conocer la curva del par resistente de la mquina accionada (par de carga), en dependencia de la velocidad de rotacin. Las formas bsicas representativas de los pares resistentes se reproducen en la figura inferior izquierda. En la figura inferior derecha se muestra el curso correspondiente de la potencia necesaria.Par resistente en dependencia de la velocidad de rotacin Potencia en dependencia de la velocidad de rotacin

Clculo de la potencia y del par motorLa potencia (kW) o el par motor de accionamiento (Nm) y la velocidad del rotor (rpm), durante el servicio nominal de la mquina impulsada, tienen que conocerse con la mayor exactitud posible. La potencia se expresa de la siguiente forma:

1Par resistentePar resistente

4 1

P (kW) =

Mn 9.55 1000

2 3 Velocidad de rotacin

4

2 3

siendo: P = potencia (kW) M = par motor (Nm) n = velocidad de rotacin (rpm)

Velocidad de rotacin

Trantndose de una fuerza F que describa un movimiento rectilneo con una velocidad v, la potencia es:P = Fv

siendo: P = potencia (Nm/s) F = fuerza (N) v = velocidad (m/s)

El par motor equivalente de una fuerza sometida a movimiento rectilneo es:M = 9.55 FV n

1.Par resistente prcticamente constante, potencia proporcional a la velocidad de rotacin. Se establece normalmente, en mecanismos elevadores, bombas y compresores de mbolo que impulsen venciendo una presin constante, laminadores, cintas transportadoras, molinos sin efecto ventilador, mquinas herramientas con fuerza de corte constante. 2.El par resistente crece proporcionalmente con la velocidad de rotacin y la potencia aumenta proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad. 3.El par resistente crece proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad de rotacin, y la potencia con el cubo de la velocidad de rotacin. Rige normalmente para bombas centrfugas, ventiladores y soplantes centrfugos, mquinas de mbolo que alimenten una red de tuberas abiertas.


4.El par resistente decrece en proporcin inversa con la velocidad de rotacin, permaneciendo constante la potencia. Solamente se considerar este caso para procesos de regulacin, presentndose en los tornos y mquinas herramientas similares, mquinas bobinadoras y descortezadoras. Si la transmisin se ejecuta con correas o engranajes, el par resistente se reducir a la velocidad de rotacin del motor.M n2 M1 = 2 n1 siendo: M1 = par resistente en el eje de motor M2 = par resistente en el eje de la mquina n1 = velocidad de rotacin del motor n2 = velocidad de rotacin de la mquina

Para reducir el momento de inercia de un cuerpo con una velocidad de rotacin cualquiera, a la velocidad de giro del eje del motor, o para pasar de una masa sometida a un movimiento rectilneo a un momento de impulsin equivalente, se har uso de la relacin que a continuacin se expone:- J ext. referido a n mot: (Jext) nmot = Jext - J total, referido al eje del motor:

( )na nmot

2

nmot Jmot

El par de arranque tiene que conocerse con la mayor exactitud posible.

Jext na ( J) nmot = Jmot + (Jext) nmot

Determinacin del momento de inerciaEn los procesos de arranque y frenado habr que conocer, adems de la curva representativa del par resistente, el momento de inercia de la mquina y del acoplamiento, expresado en kg m2 y reducido a la velocidad de rotacin del motor. El par de inercia no es un par de giro sino una caracterstica propia de un cuerpo referido a su eje de giro. El par de inercia es la suma (integral) de todas las partculas (Dm) de un cuerpo, multiplicada cada una por el cuadrado de su distancia al eje de giro es decir,J = m1 r2 + m2 r2 + ... = mr2

Si se trata de masas sometidas a movimientos rectilneos, tales como los accionamientos de mesas o de carros, el momento de inercia equivalente referido al eje del motor se calcula de la forma siguiente:m J = 4

En caso de cuerpos complicados, se determinar el momento de inercia de la parte giratoria mediante una prueba de parada por inercia. A continuacin se presentan dos ejemplos del clculo del momento de inercia, a)Siendo un disco de espesor constante y radio geomtrico ra:ra rc Radio de aplicacin de la inercia ri = r2 2 Par de inercia m1 d J = 1 mra2 2 J = par de inercia (Kg m ) m = masa (Kg) d = dimetro geomtrico (m)2

siendo: J = momento de inercia (kgm2) de la mquina accionada m = carga (kg) V = velocidad (m/s) nmot = velocidad de rotacin (rpm)

( )60V nmot

2

Si vara la carga, as como en casos de servicio de breve duracin o servicio intermitente, tiene que conocerse adems el ciclo de trabajo (par motor en dependencia del tiempo).

Proteccin del motorEn trminos generales, los motores se pueden proteger de las siguientes maneras: a)Con un guardamotor cuya funcin es proteger el motor contra sobrecargas y cortocircuitos por medio de disparadores de sobreintensidad regulables que se deben graduar exactamente a la intensidad nominal del motor y disparadores de sobreintensidad electromagnticas sin retardo, que actan al originarse un cortocircuito. b)Mediante fusibles, contactor y rel bimetlico; de esta forma se obtiene tanto la proteccin de cortocircuito y sobrecarga como la de marcha en dos fases. Permite adems, mando a distancia.

disco

b) Si se trata de una corona circular de espesor constante y dimetros geomtricos d1, d2:Dimetro de aplicacin de la inercia D = d12 + d22 Par de inercia J = m d12 + d22

2

8

El campo magntico giratorio generado en el estator corta las barras conductoras de corriente del rotor, produciendo en ellas un momento de giro (par motor) que origina el movimiento rotativo. La potencia y el par nominal de un motor caracterizan su capacidad de carga, a la velocidad nominal, bajo condiciones de servicio normales. En las ranuras del estator formado de chapa magntica va introducido el devanado primario, el cual determina fundamentalmente los datos elctricos del motor y genera el campo magntico de velocidad sincrnica, por ejemplo, 3.600 r.p.m. en el caso de dos polos, 1.800 r.p.m. en el caso de cuatro polos, si la frecuencia de la red es de 60 Hz. Las ranuras ejecutadas en la periferia de las chapas magnticas del rotor alojan el devanado secundario, que tiene forma de jaula y se fabrica de aluminio. La construccin de la jaula ejerce decisiva influencia sobre el comportamiento del par durante el proceso de arranque. Las secciones de las barras de las jaulas de los rotores son muy diferentes, segn tamao del motor, clase y serie de fabricacin. Cada forma de la seccin de la barra da como resultado una conduccin diferente de corriente y, consecuentemente, otra curva del par motor.Ejemplo de diferentes secciones de ranuras en los rotores de la jaula de ardilla

Pares e lntensidades

Mk

M

Ma

Ms

MN

ns nN n

0

M M M M M M M n nN s

n m L b a k s

= par nominal = par motor = par resistente = par de aceleracin = par de arranque = par mximo = par mnimo = velocidad nominal = velocidad sncrona

Mn ML

Puntos caractersticos de la curva son el par de arranque, Ma, el par mnimo Ms y el par mximo Mk. Segn las definiciones recogidas en VDE 0530. - Par de arranque es el par mnimo que desarrolla el motor partiendo del estado de reposo, estando el rotor en la posicin ms desfavorable, a la tensin y frecuencia nominales, una vez terminados los procesos de compensacin. - Par mnimo es el par ms pequeo en la gama de velocidades comprendida entre el estado de reposo y el par mximo, a la tensin y frecuencia nominales. - Par mximo es el mayor par que desarrolla un motor durante el proceso de arranque a la tensin y frecuencia nominales. Los valores correspondientes al par de arranque, al par mnimo y al par mximo, as como la intensidad en el arranque para un cierto motor, se indican en las tablas de seleccin respectivas. Como la caracterstica del par motor durante el proceso de aceleracin depende del dimensionamiento elctrico, la caracterstica del motor tiene que elegirse en correspondencia con el concurso del par resistente de que se trate, es decir, que habr que tomar una de las clases de pares posibles, de acuerdo con las tablas de seleccin. Los motores con clases de pares, por ejemplo KL 10 KI 16, por la clasificacin de sus pares dan a conocer que estn proyectados, en caso de conexin directa, para acelerar venciendo un par resistente del 100% 160% del nominal. Esto significa que el par motor est con seguridad por encima del mencionado valor, de forma que se cuenta con un par de aceleracin suficientemente elevado para que la mquina accionada, partiendo de la velocidad de rotacin cero, llegue a la propia del servicio.

El par que desarrolla un motor en su eje presenta una magnitud muy variable para las velocidades comprendidas entre n=0 y n=ns. El curso caracterstico del par respecto a la velocidad de rotacin del motor trifsico con rotor de jaula queda representado en el diagrama siguiente. (Curva caracterstica del par).

Mb


Tratndose de motores con 2 clases de par (si esto se hubiese previsto), el inferior se utilizar, principalmente, para accionar con conexin directa. La clase de par superior se utilizar cuando la intensidad de arranque deba ser baja, recurriendo para ello a la conexin en Y , o cuando si se conecta directamente, se pretenda conseguir un par de arranque elevado (para arranque pesado).Para conexin directa% 600 500Par motor e intensidad

La velocidad nominal de rotacin del motor se diferencia de la velocidad de sincronismo en el deslizamiento nominal SN.SN = nS - nN 100 nS

siendo: SN = deslizamiento nominal (%) nS = velocidad de sincronismo (rpm) nN = velocidad nominal de rotacin (rpm)

El par motor nominal se calcula de la siguiente forma:MN = 9,55 PN 1.000 nS

400 300 200 100 0 20 40 60 80 Velocidad de rotacin 100

MN = par motor nominal (Nm) nS = velocidad sincrnica (rpm) PN = potencia nominal (kW)

Caractersticas del par motor para accionamientos especialesA) Motores con rotor de jaula mecanismos elevadores En el servicio de los mecanismos elevadores, los motores funcionan raras veces durante largo tiempo a la plena velocidad de rotacin. No tiene, por tanto, gran importancia que se establezca una elevada prdida de deslizamiento, debido a ello es posible ejecutar los motores con un deslizamiento mximo mayor. De esta manera resulta un arranque elstico. Para el servicio de los mecanismos elevadores, los motores con rotor de jaula se construyen con par de las clases KL 13h y KL 16h, es decir, que el motor puede arrancar con seguridad venciendo un par resistente del 130% del 160% del par nominal. La letra "h" indica que el curso de la caracterstica del par motor se ha adaptado a las condiciones particulares del servicio de esta clase de mecanismos. Por ejemplo, con una duracin de conexin del 40%, estos motores, en lo que afecta a la potencia, ofrecen un par de arranque doble o triple de normal y una intensidad de arranque aproximadamente cuatro o cinco veces mayor que la normal. En este caso, el par de arranque es el par mximo que puede presentarse en la gama comprendida entre el estado de reposo y la velocidad de rotacin nominal. B) Motores con rotor de jaula para accionamiento de prensas

... = Par resistente durante el arranque

Para conexin directa y arranque en estrella - tringulo% 600 500

Par motor e intensidad

400 300 200 100

I

IY MY0 20 40 60 80 Velocidad de rotacin 100 %

% 600 500

Par motor e intensidad

400 300 200 100

I IY

MY

0 20 40 60 80 Velocidad de rotacin

100 %

Para accionar prensas con grados de inercia elevados, se utilizan frecuentemente motores provistos de rotores llamados de deslizamiento o de resistencia. Estos motores tienen aproximadamente slo el 80% de la potencia nominal normal, y presentan un deslizamiento doble del de la ejecucin normal. La clasificacin del par es, por ejemplo, KL 10s (rotor de deslizamiento). Los motores tienen un par de arranque de 1,7 veces el par nominal aproximadamente, y absorben una intensidad inicial en el arranque que es unas 4 veces la nominal (para ms detalles, hgase la consulta correspondiente).

Determinacin del tiempo de arranqueSi se conoce el par medio de aceleracin, se puede determinar aproximadamente el tiempo de duracin del ciclo de arranque, desde n = 0 hasta n = nb de la siguiente forma:ta = ta J nb Mbmi J nb 9,55 Mbmi = tiempo de arranque (s) = momento de impulsin total (kgm2) = velocidad de rotacin de servicio (rpm) = par medio de aceleracin (Nm)

Tiempos de arranque aproximados de motores con rotor de jaula que arrancan en vacoEl diagrama de la figura da a conocer los tiempos aproximados de arranque en vaco (sin contar el momento de impulsin adicional externo) de motores tetrapolares con rotor de jaula, provistos de refrigeracin de superficie (valores medios).S 1.0Tiempo de arranque en vaco

La figura expone un mtodo sencillo para determinar, de forma relativamente exacta, el par medio de aceleracin. Grficamente se obtendr el valor medio (por ejemplo, contando los cuadros sobre un papel milimetrado) de la caracterstica del par motor y del par resistente.Determinacin del par medio de aceleracin

0.6 0.4 0.2 0.1 0.04 0.02 0.01 0.1 0.4 1.0 4.0 10 40 100 400 1000 kW

M

Mm

Potencia del motor

Mbmi

Los tiempos de arranque en vaco no deben considerarse para estudiar los procesos de arranque, en lo que a la solicitacin trmica de los motores se refiere.

Mtodos de arranqueML nbMm ML Mbmi nb = par motor = par resistente = par medio de aceleracin = velocidad de rotacin de servicio

n

El momento de inercia total es igual al momento de inercia del motor ms el correspondiente a la mquina accionada y al acoplamiento o bien ms el correspondiente a las poleas (reducido a la velocidad de rotacin del eje del motor). Si el tiempo de arranque as determinado fuese superior a 10 s. aproximadamente, sera preciso consultar para determinar si el arranque es admisible, considerando el calentamiento del motor. Igualmente ser necesario verificar el clculo en caso de que en pequeos intervalos se repitan los arranques. En caso de que, por ser grande el momento de inercia y elevado el par resistente, no se pueda conseguir un arranque correcto utilizando un motor con la clase de par ms elevada de las que figuran en las tablas de seleccin, habr que tomar un motor mayor.

Los motores trifsicos con rotor de jaula se debern conectar directamente, siempre que sea posible. Hay que observar que, para un determinado motor, existe ya una curva caracterstica del par motor y de la intensidad, con independencia de la dificultad del arranque. El mtodo de arranque ms usado es la conexin Y. Se realizar el arranque en estrella-tringulo, cuando se requiera un par motor especialmente bajo (arranque suave) o se exija que las intensidades en el arranque sean reducidas (por ejemplo, porque as lo solicite la compaa distribuidora de energa elctrica). El par de arranque, el par mximo y todos los otros valores del par motor, as como de la intensidad de arranque, se encuentran comprendidos entre el 25% y el 30% de los valores que rigen en caso de conexin directa. El par resistente durante el tiempo de arranque en que se establece la conexin en Y tiene que ser bastante menor que el par motor. En la mayora de las ocasiones, esto equivale a arrancar en vaco. La conmutacin de estrella a tringulo se realizar slo cuando el motor se encuentre en un rgimen de velocidades que est prximo al de servicio.


En el diagrama que a continuacin se presenta, la primera figura muestra un caso en el que el arranque en estrella-tringulo no es conveniente, puesto que, por ser demasiado elevado el par resistente, la conmutacin origina una cresta inadmisiblemente elevada en los valores representativos de par y de la intensidad, por cuyo motivo pierde su justificacin la conexin en Y .Arranque desfavorable en estrella - tringulo% 250 200 150M /MN

Calor por prdidas durante el arranqueSi el arranque no tiene lugar en vaco, el calor por prdidas de los motores que arrancan en estrella-tringulo es mayor que cuando el arranque se verifica por conexin directa.Calor por prdidas en el motor para arranque estrella - tringulo

Calor de arranque

8 6 4 2 1 0.1 0.2 0.3

100 50 0 100

Par resistente Par motor

Y ML Y n / nS

I / IN

200 300 400 500 0 20

40 60 80 100 %

Si el arranque se hace venciendo exclusivamente la inercia de las masas (sin par resistente), el trabajo por prdidas del rotor es prcticamente igual en magnitud al trabajo de aceleracin, que, a su vez, es igual a la energa cintica acumulada en las masas al final del proceso de arranque:w = J W J nN 2 1 = J 2 2

Arranque correcto en estrella - tringulo% 250 200 150M /MN

(

2 nN 60

)2

100 50 0 100

= energa cintica (WS) = memento de inercia (Kgm2) = velocidad angular (1/s) = velocidad de rotacin de servicio (rpm)

Y ML Y n / nS

200 300 400 500 0 20

40 60 80 100 %

Si se trata de grandes momentos de inercia o de pares resistentes mayores del 15% al 20% del par motor correspondiente a la conexin en tringulo, habr de proceder con la debida precaucin, y consultar si fuese necesario.

Adems, el trabajo por prdidas en el rotor, al tratarse de arranque venciendo solamente las masas de inercia, es independiente de la forma constructiva del rotor, de la clase de arranque, del par de aceleracin y del tiempo de duracin del arranque; depende solamente del momento de inercia total y del cuadrado de la velocidad de rotacin final. Este caso se presenta prcticamente en el servicio de las centrfugas, de los trenes de rodillos de las laminadoras y en muchas mquinas herramientas. El trabajo por prdida en el rotor, de forma contraria a como ocurre con el arranque bajo un par resistente, no se puede influir modificando la caracterstica del par motor de la mquina. En el diagrama siguiente se representa, para el caso especial de que sean constantes el par de aceleracin o bien el par motor. Mb = Mm = constante en forma de una superficie determinada por la potencia P y el tiempo t, la distribucin del trabajo til o de aceleracin (Ab) y el trabajo por prdidas en el rotor (Av2).

I / IN

P

AV2

(maniobras) por hora (frecuencia de maniobra), debindose distinguir entre maniobras de arranque, de frenado y de inversin de marcha.Pd = potencia de entrada al rotor Pb= potencia de aceleracin PV2 = potencia por prdidas en el rotor22613

PV2

Ab

t

Maniobra de arranque Arranque con parada libre o frenado mecnico Maniobra de frenado Arranque con frenado consecutivo por corriente continua Maniobra de frenado equivalente a una maniobra de inversin del sentido de marcha

Pd

Pb

n

n

ta

t

22612

t

Trabajo til y trabajo por prdidas en el rotor, en forma de superficies, considerado constante el par de aceleracin para el arranque de un motor con una sola velocidad de rotacin.

n

22611

t

Inversin del sentido de marcha de +n a -n

Servicio de corta duracin S2, servicio intermitente S3 y servicio continuo con carga Intermitente S6Durante el servicio de corta duracin, el motor alcanza en el tiempo determinado (por ejemplo, 10, 30, 60 90 minutos) la sobretemperatura lmite; la pauta que se establezca a continuacin tiene que permitir que el motor se vuelva a enfriar hasta alcanzar la temperatura del medio refrigerante. En el servicio intermitente o en el servicio continuo con carga intermitente, a los tiempos de conexin o de carga suceden las pausas durante las cuales el motor est en reposo (S3) o marcha en vaco (S6). Los tiempos de carga y reposo o bien marcha en vaco, son tan breves, que no se alcanzan las temperaturas de equilibrio. La sobretemperatura media a que se llega en el estado final no debe sobrepasar la sobretemperatura lmite. La duracin del ciclo (tiempo de conexin ms pausa) asciende a 10 min, si no se ha convenido nada en contrario. La duracin relativa de conexin es la relacin existente entre el tiempo de conexin o carga y el ciclo de trabajo; normalmente, los valores de esta relacin son: 15%, 25%, 40% y 60%. Adems de la duracin relativa de conexin, tienen que conocerse las cargas, que en la mayora de las ocasiones son variables, el momento de inercia adicional de la mquina adicionada y el nmero de maniobras por hora. Los motores normales previstos para servicio permanente pueden utilizarse tambin para los servicios de corta duracin e intermitente. Dentro de ciertos lmites puede elevarse la potencia si se acepta la reduccin de la capacidad de sobrecarga que esto trae consigo. Los motores para los mecanismos elevadores estn proyectados especialmente para servicio intermitente.

Hay que distinguir entre: Servicio intermitente con flujo del arranque sobre la temperatura (S4), Servicio intermitente con influjo del arranque y del frenado sobre la temperatura (S5), y Servicio interrumpido con arranque y frenado (S7). Representacin simplificada de las clases de servicio con inversin del sentido de marcha.Periodo de trabajo Inversin de marcha Marcha a derechas

Duracin del ciclo

Marcha a derechas

n

11884

tMarcha a izquierdas

n

Pausa Duracin de conexin Marcha a izquierdas

t

Clase de servicio S7 t22610 22611

Clase de servicio S5

n

1 ciclo de maniobra = 2 inversiones de marcha

Servicio de maniobra S4, S5 y S7El servicio de maniobra es un caso especial de servicio intermitente con elevado nmero de ciclos. El calentamiento del motor no se determina, en esencia, por la carga que supone el trabajo, sino por los procesos de arranque, de frenado y de inversin del sentido de marcha. El factor determinante es el nmero de ciclos

Uno de los datos principales a considerar en los motores que presten servicio de maniobra adems de la potencia nominal, es la frecuencia de inversin de marcha zo. Este es el nmero de inversiones por hora que realiza el motor en vaco sin masa de inercia adicional, en el que se alcanza la sobretemperatura lmite. Para algunos motores con refrigeracin de superficie y 1800 rpm se relacionan en la tabla siguiente la frecuencia de maniobra en vaco y el momento de impulsin.


Potencia nominal kW HP

J del motor aprx. kg. m2

Frecuencia Potencia de maniobra nominal en vaco Zo (maniobras/ hora) kW HP

J del Frecuencia motor de maniobra aprx. en vaco Zo (maniobras/ kg. m2 hora)

0.12 0.18 0.25 0.37 0.55 0.75 1.1 1.5 2.2

1/6 1/4 1/3 1/2 3/4 1 1.5 2 3

0.0003 0.0004 0.0006 0.0008 0.0015 0.0018 0.0027 0.0036 0.0052

4.000 4.000 3.500 3.500 3.000 3.000 3.500 3.000 2.800

3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30

4 5.5 7.5 10 15 20 25 30 40

0.0058 0.0110 0.0212 0.026 0.051 0.060 0.147 0.162 0.3

2.500 2.000 1.400 1.200 1.100 600 300 300 240

rodos de arranque y frenado permanecer, aproximadamente, constante, suponiendo unos valores de ML/Mm < 0.5, de manera que el factor Kg. en las inversiones de marcha en esta gama, no necesita, prcticamente, ser considerado (Kg=1). Con valores de ML/Mm> 0.5 ser preciso consultar. 3.Considerando la carga en el perodo de trabajo mediante el factor de carga KL (una parte del calentamiento se origina por la frecuencia de maniobra, y la otra por la carga):KL = 1

( )P PN

2

La frecuencia de maniobra admisible durante el servicio se deduce de las condiciones de este ltimo, y es menor que la frecuencia de maniobra en vaco, debido esto principalmente al momento de impulsin externo correspondiente a la mquina accionada y a la carga de trabajo exigida. La reduccin de la frecuencia de maniobra en vaco a la frecuencia de maniobra admisible se obtiene de la forma siguiente: 1.Considerando el momento de impulsin externo de la mquina accionada y de los elementos de transmisin de fuerza a travs del factor del momento de impulsin Ks:FI Jm = Jm + Jext. Ks 1 = FI

siendo: P = potencia necesaria en la mquina accionada (kW) PN = potencia nominal del motor (kW)

En el servicio de maniobra, la potencia nominal del motor tiene que ser siempre mayor que la potencia necesaria en la mquina accionada. Si la carga y el tiempo de marcha a izquierdas y a derechas fuesen diferentes, resultara lo siguiente:KL = 1 t R PR 2 + t L P L 2 (tR + tL) PN2

siendo: tR ; tL = tiempo de marcha a derecha o a izquierda (s) PR ; PL = potencia necesaria en la mquina accionada marchando a derecha o a izquierda (kW)

siendo: FI = factor de inercia Jm = momento de inercia del motor (Kgm2) Jext. = momento de inercia externo referido a la velocidad de rotacin del eje del motor (Kgm 2)

Con estos factores se calcula la frecuencia de maniobra en la clase de servicio S7 de la siguiente forma:Z' = Ks Kg KL ZO

Si la velocidad de rotacin del eje del motor y la de la mquina accionada fuesen diferentes, por ejemplo, si se utiliza una transmisin por ruedas dentadas, la velocidad de rotacin del motor tendr que elegirse, bajo ciertas circunstancias, de tal forma que Z=FIzO resulte mnimo. 2.Considerando la carga durante el proceso de maniobra (es decir, cuando el motor tenga que arrancar venciendo un par de carga), por medio del factor Kg:Kg = 1 ML Mm

4.Considerando el coeficiente de disipacin de calor en motores de 4 y 6 polos, en dependencia de la frecuencia de maniobra, a travs del factor Kw. Este factor se obtendr del diagrama de la figura siguiente, en funcin de la relacin z' zo.Factor de correccin para el coeficiente de disipacin de calor kW 1.0 De 4 polos De 6 polos 0.9

siendo: ML = par de carga (Nm), que, en la prctica, en el servicio de maniobra se podr suponer casi siempre como constante. Mm = par motor medio (Nm) (para efectuar un clculo aproximado, puede suponerse igual al par de arranque).

0.8

0

0.2

0.4

0.6

0.9

1.0 z / z1

1

El factor Kg se considerar slo al efectuar maniobras de arranque. Cuando se hagan operaciones de inversin de marcha, se incrementar la energa de prdidas del rotor en el perodo de arranque debido al par de carga, y se reducir, por el contrario, en el perodo frenado. La suma de las prdidas en los pe-

5.La frecuencia de maniobra admisible en la clase de servicio S7 es: Para inversiones de marcha: z= kwz' (maniobras de inversin hora) Para maniobras de arranque: z= fkwz' (maniobras de arranque/hora) Para maniobras de frenado por corriente continua: z= 2.5kwz' (maniobras de frenado/hora)

siendo: f = factor de aumento: maniobras de arranque respecto a inversiones de marcha f = 2.5 para motores de hasta 15 kW f = 2.2 para motores de ms de 15 kW

La frecuencia de maniobra admisible durante el servicio determinada de esta forma tiene que ser igual o superior a la que exige el ciclo de trabajo. Si la frecuencia de maniobra es extremadamente alta, habr que consultar. En las clases de servicio S4 y S5, al hacerlo indquese tambin el ciclo de trabajo.

IM B14

IM V18

IM V19

Regulacin de la velocidad de rotacinLa regulacin de la velocidad de rotacin en los motores con rotor de jaula se puede alcanzar modificando la frecuencia de la red de alimentacin. Dado que, marchando a una velocidad de rotacin baja, se reduce el efecto de refrigeracin del ventilador, si se manda constantemente en el sentido decreciente, habr que reducir el par motor y la potencia de la mquina en concordancia con la tabla que a continuacin se expone, o ser preciso recurrir al empleo de un motor de mayor tamao.Velocidad de rotacin (%) 100 Par motor (%) 100 Potencia (%) 100

IM B35

IM B34

IM B9

IM V8

IM V9

90 96 86

80 91 73

70 85 60

60 80 48

50 72 36

40

catalogo motores ind

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