u07 motores electricos

8/22/2019 U07 motores electricos

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Seleccin y Aplicacin de Motores Elctricos

Contenidos

1. NOCIONES FUNDAMENTALES ................................................................ ........................................................... ............... 2

1.1. MOTORES ELCTRICOS .................................................. ........................................................... ............................................ 21.2. CONCEPTOS BSICOS .................................................... ........................................................... ............................................ 2

1.3. SISTEMAS DE CORRIENTE ALTERNA TRIFSICA...................................................... ........................................................... .... 21.4. MOTOR DE INDUCCIN TRIFSICO ..................................................... ........................................................... ........................ 3

2. CARACTERSTICAS DE LA ALIMENTACIN DE LOS MOTORES ............................................................. .............. 5

2.1. TENSIN NOMINAL ........................................................ ........................................................... ............................................ 52.2. FRECUENCIA NOMINAL (HZ) ................................................... ........................................................... .................................. 62.3. LIMITACIN DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE EN MOTORES TRIFSICOS ..................................................... ........................ 62.4. SENTIDO DE ROTACIN DE MOTORES DE INDUCCIN TRIFSICOS ....................................................... .................................. 9

3. CARACTERSTICAS DE ACELERACIN.................................................................... ................................................... 10

3.1. PAR........................................................... ........................................................... ............................................................ .. 103.2. INERCIA DE LA CARGA................................................... ........................................................... .......................................... 103.3. TIEMPO DE ACELERACIN ....................................................... ........................................................... ................................ 11

3.4. RGIMEN DE ARRANQUE ......................................................... ........................................................... ................................ 114. REGULACIN DE VELOCIDAD EN MOTORES DE INDUCCIN ASINCRNICOS............................................. 12

4.1. INTRODUCCIN ................................................... ........................................................... .................................................... 124.2. VARIACIN DE LA CANTIDAD DE POLOS ...................................................... ........................................................... ............ 124.3. VARIACIN DEL DESLIZAMIENTO ...................................................... ........................................................... ...................... 124.4. VARIACIN DE LA FRECUENCIA (U/F) ......................................................... ........................................................... ............ 13

5. CARACTERSTICAS EN RGIMEN ....................................................... ............................................................. ............. 14

5.1. AUMENTO DE TEMPERATURA, CLASE DE AISLACIN ...................................................... .................................................... 145.2. RGIMEN DE SERVICIO .................................................. ........................................................... .......................................... 145.3. FACTOR DE SERVICIO (FS) ...................................................... ........................................................... ................................ 175.4. VELOCIDAD NOMINAL ................................................... ........................................................... .......................................... 17

5.5. CORRIENTE NOMINAL (A) ........................................................ ........................................................... ............................... 175.6. RENDIMIENTO ..................................................... ........................................................... .................................................... 175.7. FACTOR DE POTENCIA ................................................... ........................................................... .......................................... 17

6. CARACTERSTICAS DEL AMBIENTE......................................................................... .................................................... 18

6.1. ALTITUD ................................................... ........................................................... ............................................................ .. 186.2. TEMPERATURA AMBIENTE....................................................... ........................................................... ................................ 186.3. ATMSFERA AMBIENTE........................................................... ........................................................... ................................ 186.4. AMBIENTES PELIGROSOS ......................................................... ........................................................... ................................ 18

7. SELECCIN Y APLICACIN DE LOS MOTORES ELCTRICOS TRIFSICOS.................................................... 20

Material elaborado por la Ctedra: Electrotecnia y Principios de Electrnica (9327)

2001Facultad de Ingeniera

Universidad Nacional de Ro Cuarto


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Electrotecnia y Principios de Electrnica (9327) 2/22

1. Nociones fundamentales

1.1. Motores elctricos

El motor elctrico es una mquina destinada a transformarenerga elctrica en energa mecnica. Es el ms usado detodos los tipos de motores, ya que combina las ventajas de lautilizacin de la energa elctrica - bajo costo, facilidad detransporte, limpieza y simplicidad de comando - con suconstruccin simple, costo reducido, gran versatilidad deadaptacin a las cargas ms diversas y mejores rendimientos.Los tipos de motores elctricos ms comunes son:

a) Motores de corriente continuaSon motores de costo ms elevado y adems precisan de

una fuente de corriente continua o un dispositivo queconvierta la corriente alterna en continua. Puedenfuncionar con velocidad ajustable entre amplios limites yse prestan a controles de gran flexibilidad y precisin. Poreso su uso es restringido a casos especiales en que estasexigencias compensan el costo mucho ms alto de lainstalacin.

b) Motores de corriente alternaSon los ms utilizados, porque la distribucin de energa

elctrica es hecha normalmente en corriente alterna. Losprincipales tipos son:- Motor sincrnico: Funciona con velocidad fija; utilizado

solamente para grandes potencias (debido a su alto costoen tamaos menores) o cuando se necesita de velocidadinvariable.

- Motor de induccin: Funciona normalmente con unavelocidad constante, que vara ligeramente con la cargamecnica aplicada al eje. Debido a su gran simplicidad,robustez y bajo costo, es el motor ms utilizado, siendoadecuado para casi todos los tipos de mquinas que seencuentran en la prctica.

Tabla 1.1: El universo tecnolgico en motores elctricos

1.2. Conceptos bsicos

1.2.1. Rendimiento

El motor elctrico absorbe energa elctrica de la lnea y latransforma en energa mecnica disponible en el eje. Elrendimiento define la eficiencia con que se realiza estatransformacin.

Llamando Potencia til Pu a la potencia mecnicadisponible en el eje y Potencia absorbida Pa a la potenciaelctrica que el motor absorbe de la red, el rendimiento ser larelacin entre ambas, o sea

( )

( )

( ) ( )

( )

W 736 CV 1000 kW

W 3. . .cos 3. . .cos

o

736 CV% 100

3. . .cos

u

a

P P P

P U I U I

P

U I

= = =

=

1.2.2. Relacin entre unidades de potencia

( ) ( ) ( ) ( )kW 0,736 CV CV 1,359 kWP P o P P= =

1.2.3. Relacin entre par y potencia

Cuando la energa mecnica es aplicada bajo la forma demovimiento rotativo, la potencia desarrollada depende del parCy de la velocidad de rotacin n.

Las relacin es:

( ) ( ) ( )W Nm . rad/segP C n=

1.3. Sistemas de corriente alterna trifsica

El sistema trifsico es formado por la asociacin de tressistemas monofsicos de tensiones U1, U2 y U3 tales que eldesfasaje entre las mismas sea 120.

El sistema es equilibrado si las tres tensiones tienen elmismo valor eficaz U1 = U2 = U3, segn la Figura 1.1.

Figura 1.1

Conectando entre s los tres sistemas monofsicos yeliminando los cables innecesarios, tendremos un sistematrifsico: tres tensiones U1, U2 y U3 equilibradas, desfasadas120 entre s y aplicadas entre los tres cables del sistema. Laconexin puede ser efectuada de dos formas, representadas enlos esquemas siguientes. En estos esquemas se acostumbrarepresentar las tensiones como flechas inclinadas o vectoresgiratorios, manteniendo entre s el ngulo correspondiente aldesfasaje (120), conforme a la Figura 1.2 y la Figura 1.3.

1.3.1. Conexin tringulo

Si conectramos los tres sistemas monofsicos entre s,como indica la Figura 1.2, podremos eliminar tres cables,dejando slo uno en cada punto de conexin, y el sistematrifsico quedar reducido a tres cablesL1,L2 yL3.

Figura 1.2: a) Conexiones. b) Esquema.


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Tensin de lnea (U)Es la tensin nominal del sistema trifsico aplicada entre dos

cables cualquiera de los tres cablesL1,L2 yL3.Corriente de lnea (I)Es la corriente en cualquiera de los tres cablesL1,L2 yL3.

Tensin y corriente de fase (Ufe If)Son tensin y corriente de cada uno de los tres sistemas

monofsicos considerados.Examinando el esquema de la Figura 1.2b, se ve que:

3.f

f

U U

I I

=

=

1.3.2. Conexin estrella

Conectando uno de los cables de cada sistema monofsico aun punto comn a los tres, los tres cables restantes forman unsistema trifsico en estrella (Figura 1.3a).

A veces, el sistema trifsico en estrella es "de cuatroconductores" o "con neutro". El cuarto cable es conectado alpunto comn a las tres fases. La tensin de lnea o tensinnominal del sistema trifsico y la corriente de lnea, sondefinidas del mismo modo que en la conexin tringulo.

Figura 1.3: a) Conexiones. b) Esquema.

Examinando el esquema de la Figura 1.3b, se ve que:

3.

f

f

I I

U U

=

=

1.4. Motor de induccin trifsico

El motor a induccin trifsico (Figura 1.4) est compuestofundamentalmente por dos partes: estator y rotor.

Estator

Carcaza (1) es la estructura soporte del conjunto;de construccin robusta en hierro fundido, acero oaluminio inyectado, resistente a la corrosin ypresenta aletas.

Ncleo de chapas (2) las chapas son de aceromagntico, tratadas trmicamente para reducir almnimo las prdidas en el hierro.

Bobinado trifsico (8) tres conjuntos iguales debobinas, una para cada fase, formando un sistematrifsico conectado a la red de alimentacin.

Rotor

Eje (7) transmite la potencia mecnicadesarrollada por el motor. Es tratado trmicamentepara evitar problemas como deformacin y fatiga.

Ncleo de chapas (3) las chapas poseen lasmismas caractersticas que las del estator.

Barras y anillos de cortocircuito (12) son dealuminio, fundidos a presin en una nica pieza.

Otras partes del motor a induccin trifsico: Tapas (4) Ventilador(5) Proteccin del ventilador(6) Caja de conexiones (9)

Placa de bornes (10) Rodamientos (11)

Figura 1.4: Motor de induccin trifsico

El motor de induccin ms utilizado es el de jaula deardilla, cuyo rotor est construido por un conjunto de barrasno aisladas e interconectadas por anillos de cortocircuito.

Lo que caracteriza al motor de induccin es que slo elestator es conectado a la red de alimentacin. El rotor no esalimentado externamente y las corrientes que circulan en l,son inducidas electromagnticamente por el estator, de dondesurge el nombre de motor de induccin.

1.4.1. Principio de funcionamiento. Campo giratorio

Cuando una bobina es recorrida por una corriente elctrica,se genera un campo magntico dirigido en direccin del eje dela bobina y de valor proporcional a la corriente.

Figura 1.5: a) b)

a) En la Figura 1.5a se muestra un bobinado monofsicorecorrido por una corriente I, y un campo Hes generado porella; el bobinado est constituido por un par de polos, un polonorte y un polo sur, cuyos efectos se suman paraestablecer el campo H. El flujo magntico atraviesa el rotorentre los dos polos y se cierra a travs del ncleo del estator.

Si la corrienteIes alterna, el campoHtambin lo ser, y suvalor vara a cada instante, tambin invirtiendo el sentido encada semiciclo.

El campo H es pulsante pues su intensidad varaproporcionalmente a la corriente, siempre en la mismadireccin norte-sur.

b) En la Figura 1.5b se muestra un "bobinado trifsico",conformado por tres monofsicos espaciados entre s 120. Sieste bobinado fuera alimentado por un sistema trifsico, lascorrientes I1, I2 e I3 crearn, del mismo modo, sus propios


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campos magnticos H1, H2 y H3. Estos campos estnespaciados entre s 120. Adems, como son proporcionales alas respectivas corrientes, estarn desfasados en el tiempo120 entre s, y pueden ser representados por un grfico igualal de la Figura 1.1. El campo total H resultante, en cadainstante, ser igual a la suma grfica de los tres camposH1,H2yH3 del instante correspondiente.

En la Figura 1.6 representamos esta suma grfica para seisinstantes sucesivos.

Figura 1.6

En el instante (1), la Figura 1.1, muestra que el campo H1 esmximo y los campos H2 y H3 son negativos y del mismovalor, iguales a 0.5H1.

Los tres campos son representados en la Figura 1.6 (1), partesuperior y teniendo en cuenta que el campo negativo serepresenta con un vector (flecha) en sentido opuesto al que

sera el normal; el campo resultante (suma grfica) esrepresentado en la parte inferior de la Figura 1.6 (1) y tiene lamisma direccin que el campo de la fase 1.

Repitiendo la construccin para los puntos 2, 3, 4, 5 y 6 dela Figura 1.1, se observa que los campos resultantes Htienenintensidad constante, pero su direccin gira, completandouna vuelta cada fin de ciclo.

As, cuando un bobinado trifsico es alimentado porcorrientes trifsicas, se genera un "campo giratorio" como sihubiese un nico par de polos giratorios de intensidadconstante. Este campo giratorio, creado por el bobinadotrifsico del estator, induce tensiones en las barras del rotor(las lneas de flujo cortan las barras del rotor) las cuales

generan corrientes, y por consecuencia, un campo en el rotorde polaridad opuesta a la del campo giratorio. Como los polosopuestos se atraen y como el campo del estator (campogiratorio) es rotativo, el rotor tiende a acompaar la rotacinde este campo. Entonces, en el rotor se genera un par motorque hace que gire, moviendo la carga.

1.4.2. Velocidad sincrnica (ns)

La velocidad sincrnica del motores definida por lavelocidad de rotacin del campo giratorio, la cual depende dela cantidad de polos (2p) del motor y de la frecuencia (f) de lared, en hertz.

Los bobinados pueden ser construidos con uno o ms pares

de polos, que se distribuyen alternadamente (un norte y unsur) a lo largo de la periferia del ncleo magntico. Elcampo giratorio recorre un par de polos (p) en cada ciclo. As,como el bobinado tiene polos o pares de polos, la velocidaddel campo ser:

( )60 120

r.p.m.2s

f fn

p p

= =

Ejemplos:a) Cul es la rotacin sincrnica de un motor de 6 polos, 50Hz ?

120 501000 r.p.m.

6sn

= =

b) y un motor de 12 polos, 60 Hz?120 60

600 r.p.m.12s

n

= =

Para las frecuencias y polaridades usuales, las velocidadessincrnicas son:

Tabla 1.2: Velocidades sincrnicas

Para motores de dos polos, como en el tem 1.4.1, elcampo recorre una vuelta en cada ciclo. As, los gradoselctricos equivalen a los grados mecnicos.

Para motores con ms de dos polos tendremos un girogeomtrico menor e inversamente proporcional a 360 lacantidad de dos polos.

Por ejemplo: para un motor de seis polos tendremos, en unciclo completo, un giro de campo de 360 y un girogeomtrico de 360 x 2/6 = 120. Esto equivale a 1/3 de lavelocidad en dos polos de donde se concluye que:

Grados elctricos = Grados mecnicos x p

1.4.3. Deslizamiento (s)

Si el motor gira a una velocidad diferente que la velocidadsincrnica, o sea, diferente a la velocidad del campo giratorio,el bobinado del rotor "corta" las lneas de fuerza magnticasdel campo y, por las leyes de electromagnetismo, en lcircularn corrientes inducidas.

Cuanto mayor sea la carga, mayor tendr que ser el parnecesario para moverla. Para obtener el par necesario, tendrque ser mayor la diferencia de velocidades para que lascorrientes inducidas y los campos producidos sean mayores.

Por lo tanto, a medida que la carga aumenta, decae lavelocidad del motor. Cuando la carga es nula (motor en

vaco), el rotor gira prcticamente con la velocidad sincrnica.La diferencia entre la velocidad del motor n y la velocidadsincrnica ns se llama deslizamiento s, que puede serexpresado en r.p.m., como una fraccin de la velocidadsincrnica o como un porcentaje de sta.

( ) ( )r.p.m. ; ; % 100s sss s

n n n ns n n s s

n n

= = =

Para un deslizamiento s(%), la velocidad del motor seexpresa:

( )%1

100ss

n n

=

Ejemplo: Qu deslizamiento tiene un motor de 6 polos, 50Hz, si su velocidad es de 960 r.p.m.?

( )1000 960

% 100 4%1000

s

= =


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2. Caractersticas de la alimentacin de los motores

2.1. Tensin nominal

Es la tensin para la cual el motor fue proyectado.

2.1.1. Tolerancia de variacin de tensin

Segn la norma IEC 34-1 (tem 12.3) el motor elctrico deinduccin debe ser capaz de funcionar de manera satisfactoriacuando se alimenta con tensiones hasta 10% por encima odebajo de su tensin nominal, siempre que la frecuencia sea la

nominal. Si hubiera simultneamente variacin en lafrecuencia, la tolerancia de variacin de tensin es reducida demanera que la suma de las dos variaciones (tensin yfrecuencia) no pase del 10%. El efecto aproximado de lavariacin de la tensin sobre las caractersticas del motor semuestra en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1: Efecto aproximado de la variacin de tensin

2.1.2. Tensin nominal mltiple

La gran mayora de los motores son proporcionados con losterminales del bobinado reconectables de modo de poderfuncionar en redes de por lo menos dos tensiones diferentes.Los principales tipos de conexin de terminales de motorespara funcionamiento en ms de una tensin son:

a) Conexin serie-paraleloEl bobinado de cada fase es dividido en dos partes (recordar

que la cantidad de polos es siempre par, de modo que este tipode conexiones siempre posible). Conectando las dos mitadesen serie, cada una quedar con la mitad de la tensin de fasenominal del motor. Conectndolas en paralelo, el motor podrser alimentado con una tensin igual a la mitad de la tensinanterior, sin que se altere la tensin aplicada a cada bobina.Vea los ejemplos numricos de la Figura 2.1.

Este tipo de conexin exige nueve terminales en el motor yla tensin nominal (doble) ms comn es 220/440V, o sea, elmotor es conectado en paralelo cuando se alimenta con 220Vy en serie cuando se alimenta con 440V. El mismo esquemasirve para cualquier otro par de tensiones, siempre que una seael doble que la otra, como por ejemplo 230/460V.

Figura 2.1: Conexin serie - paralelo

b) Conexin estrella-tringuloEl bobinado de cada fase tiene las dos puntas accesibles

desde fuera del motor. Si conectamos las tres fases entringulo, cada fase recibir la tensin de lnea, como porejemplo 220 volts (Figura 2.2). Si conectamos las tres fases enestrella, el motor puede ser conectado a una lnea con tensinigual a 220 3 380 = volts sin alterar la tensin en elbobinado que contina siendo de 220 volts por fase, ya que

3fU U=

Figura 2.2: Conexin estrella - tringulo

Este tipo de conexin exige seis terminales en el motor ysirve para cualquier par de tensiones nominales, siempre que

la segunda sea igual a la primera multiplicada por 3 .

Ejemplos: 220/380 V - 380/660 V - 440/760 V

En los ejemplos 380/660 V y 440/760 V, la tensin mayordeclarada sirve slo para indicar que el motor puede seraccionado por un arrancador estrella - tringulo. Los motoresque poseen tensin nominal de operacin arriba de 600Vdebern tener un sistema de aislacin especial apto para esta

condicin.c) Triple tensin nominalPodemos combinar los dos casos anteriores: el bobinado de

cada fase es dividido en dos mitades para conexin serie-paralelo. Adems, todos los terminales son accesibles parapoder conectar las tres fases en estrella o tringulo. De estemodo tenemos cuatro combinaciones posibles de tensinnominal:

1) Conexin tringulo paralelo;

2) Conexin estrella paralela, siendo igual a 3 veces laprimera;

3) Conexin tringulo serie, valiendo el doble de la primera;

4) Conexin estrella serie, valiendo 3 veces la tercera.Como esta tensin sera mayor que 600 volts, se indicaapenas como referencia de conexin estrella-tringulo.

Ejemplo: 220/380/440/(760) V


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Este tipo de conexin exige 12 terminales y la Figura 2.3muestra la numeracin normal de los terminales y el esquemade conexin para las tres tensiones nominales.

Figura 2.3.

2.1.3. Tensiones de conexiones normales

La Tabla 2.2 muestra las tensiones nominales mltiples mscomunes en motores trifsicos y su aplicacin a las tensionesde red usuales.

Observaciones:- El arranque directo o con llave compensadora es posible en

todos los casos de la tabla;- La conexin para 660 V o 760 V es usada solamente para

conexin con llave estrella-tringulo. Todas las

conexiones para las diversas tensiones son efectuadas conlos terminales localizados en la caja de conexiones;- Todos los motores tienen el esquema para estas conexiones

en la placa de identificacin.

Tabla 2.2: Conexiones normales de los bobinados de motorestrifsicos.

2.2. Frecuencia nominal (Hz)

Es la frecuencia de la red para la cual el motor fueproyectado.

2.2.1. Tolerancia de variacin de frecuencia

Segn la norma IEC34-1 (tem12.3) el motor elctrico deinduccin debe ser capaz de funcionar satisfactoriamente confrecuencias hasta 5% por encima o debajo de su frecuencianominal. Si al mismo tiempo hubiera variacin de tensin,debe ser tal que la suma de las dos variaciones (frecuencia ytensin) no pase de 10%. El efecto aproximado de la variacinde la frecuencia sobre las caractersticas del motor se muestraen la Tabla 2.3.

2.2.2. Conexin en frecuencias diferentes

Los motores trifsicos bobinados para 50 Hz podrn serconectados tambin en redes de 60 Hz,

a) conectando el motor de 50 Hz, con la misma tensin en60 Hz

- la potencia del motor ser la misma;- la corriente nominal ser la misma;

- la corriente en el arranque disminuye 17%;- el par de arranque disminuye 17%;- el par mximo disminuye 17%;- la velocidad nominal aumenta 20%;

NOTA: Se deber tener en cuenta los valores de potenciarequeridos para motores que mueven equipos que poseen parresistente variable con la velocidad,

b) Si se altera la tensin en proporcin a la frecuencia:- aumenta la potencia del motor 20%;- la corriente nominal es la misma;- la corriente en el arranque ser aproximadamente la

misma;- el par de arranque ser aproximadamente el mismo;- el par mximo ser aproximadamente el mismo;

- la velocidad de rotacin nominal aumenta 20%;Si el motor fuese conectado en 60 Hz con bobinado para

50 Hz podremos aumentar la potencia en un 15% para II polosy 20% para IV, VI y VIII polos.

Tabla 2.3: Variacin en el funcionamiento de motores de 50Hz conectados en 60 Hz.

2.3. Limitacin de la corriente de arranque en motores

trifsicos

Siempre que sea posible, el arranque de un motor trifsicode jaula de ardilla deber ser directo, por medio decontactores. Debe tenerse en cuenta que para un determinadomotor, las curvas de par y de corriente son fijas,independientemente de la dificultad del arranque, para unatensin constante. En los casos en que la corriente de arranquedel motor es elevada pueden ocurrir las siguientesconsecuencias perjudiciales:

a) gran cada de tensin en el sistema de alimentacin de lared. Esto provoca interferencia en los equipos que seencuentran instalados en el sistema;

b) el sistema de proteccin, (cables, contactores) deber sersobredimensionado, ocasionando costos elevados;

c) la imposicin de las empresas de energa elctrica quelimitan la cada de tensin de la red.

En el caso que el arranque directo no sea posible debido alos problemas mencionados, se puede usar un sistema dearranque indirecto para reducir la corriente de arranque.

Estos sistemas de arranque indirecto (tensin reducida) son:- llave estrella-tringulo- llave compensadora- llave serie-paralelo- resistencia primaria- reactor primario- arranque electrnico (Soft Start)

2.3.1. Arranque con llave estrella-tringulo (Y )

Para el arranque estrella-tringulo es fundamental que elmotor tenga la posibilidad de conexin en dos tensiones, o seaen 220/380 V, 380/660 V o 440/760 V. Los motores deberntener por lo menos seis bornes de conexin. El arranqueestrella-tringulo podr ser usado cuando la curva del parmotor es suficientemente alta como para poder garantizar laaceleracin de la mquina con una corriente reducida. En laconexin estrella, a cada fase del motor se le aplica unatensin que es 1 3 de la tensin nominal del motor. De esta

forma, la corriente absorbida de la lnea queda reducida a 1/3


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de la de plena tensin; por otro lado, el par motor quedareducido tambin a 1/3 del par a plena tensin (conexintringulo). Por este motivo, siempre que sea necesario elarranque estrella-tringulo, se deber usar un motor con curvade par elevada.

Antes de decidirse por un arranque estrella-tringulo sernecesario verificar si el par de arranque ser suficiente paramover la mquina. El par resistente no podr ser mayor que elpar de arranque del motor (ver Figura 2.4), ni la corriente enel instante del cambio a conexin tringulo podr ser de valor

inaceptable. Existen casos en los que este sistema de arranqueno puede ser usado, tal como lo demuestra la Figura 2.5.

Figura 2.4: Corriente y par para arranque estrella-tringulo deun motor de jaula accionando una carga con par resistente C.

I - corriente en tringuloIY - corriente en estrellaCY - par en estrellaC - par en tringuloCr- par resistenteC/Cn relacin entre par del motor y par nominalI/In - relacin entre la corriente del arranque y la corriente

nominal

En la Figura 2.5 tenemos un par resistente Cr alto. Si elarranque es en estrella, el motor acelera la carga hastaaproximadamente 85% de la velocidad nominal, momento enel que la llave debe cambiar a tringulo. En este instante, lacorriente, que era aproximadamente la nominal, o sea 100%,salta repentinamente a 320%, lo que no significa ningunaventaja ya que el arranque era solamente de 190%.

Figura 2.5.

En la Figura 2.6 tenemos un motor con igualescaractersticas pero el par resistente Cr es mucho menor. En laconexin Y el motor acelera la carga hasta 95% de lavelocidad nominal. Cuando la llave se conecta en la

corriente, que era de aproximadamente 50% sube a 170%, osea prcticamente igual a la del arranque en Y. En este caso laconexin estrella-tringulo presenta ventajas porque si fueraconectado directo, absorbera de la red 600% de la corrientenominal. La llave estrella-tringulo en general slo puede serempleada para arranques en vaco, o sea sin carga. La cargapodr ser aplicada slo despus de haber alcanzado lavelocidad nominal. El instante en el cual la llave cambia deestrella a tringulo debe ser criteriosamente determinado paraque este mtodo de arranque sea efectivamente ventajoso

cuando el arranque directo no es posible. En el caso de losmotores con tres tensiones nominales (220/380/440/(760 V)),se debe optar por la conexin 220/380 V o 440/(760) V,dependiendo de la red de alimentacin.

Figura 2.6.

Esquemticamente la conexin estrella-tringulo en unmotor para una red de 220 V se realiza de la forma indicadaen la Figura 2.7, teniendo en cuenta que la tensin por fase

durante el arranque se reduce a 127 V.

Figura 2.7.

2.3.2. Arranque con llave compensadora(autotransformador)

La llave compensadora puede ser usada para el arranque encarga de motores. Esta reduce la corriente del arranqueevitando una sobrecarga en el circuito pero dejando al motorcon un par suficiente para el arranque y aceleracin.

La tensin en la llave compensadora es reducida a travs deun autotransformador que normalmente cuenta con taps en 50,65 y 80% de la tensin nominal.

Para los motores que arrancan con una tensin menor que latensin nominal, la corriente y el par de arranque deben sermultiplicados por los factores K1 (factor de multiplicacin dela corriente) y K2 (factor de multiplicacin del par) que seobtienen de la grfica de la Figura 2.8.

Sin embargo, se puede, en una primera aproximacin,admitir que la curva de par motor vara en toda su extensincon el cuadrado de la variacin de la tensin, y que la curva


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de corriente vara en forma lineal con dicha variacin detensin.

2

m m

Um Un Um Un

n n

U UC C I I

U U= =

siendo Un = Tensin nominalUm = Tensin reducidaCUn = Par a tensin nominalCUm = Par a tensin reducidaIUn = Corriente a tensin nominalIUm = Corriente a tensin reducida

Figura 2.8: Factores de reduccin K1 y K2 en funcin de lasrelaciones de tensin del motor y de la red (Um/Un)

2.3.3. Comparacin entre llaves estrella-tringulo ycompensadoras "automticas"

1) Estrella-tringulo (automtica)Ventajas:

a) La llave estrella-tringulo es muy utilizada por sucosto reducido.

b)No tiene lmite en cuanto al nmero de maniobras.c) Los componentes ocupan poco espacio.

d) La corriente del arranque permanece reducida enaproximadamente 1/3.

Desventajas:a) La llave slo puede ser utilizada en motores donde los

seis bornes o terminales sean accesibles.b) La tensin de la red debe coincidir con la tensin en

tringulo del motor.c) Con la corriente en el arranque reducida a 1/3 de la

corriente nominal tambin se reduce el par dearranque a 1/3.

d) Si el motor no alcanza por lo menos un 90% de su

velocidad nominal, el pico de corriente en laconmutacin de estrella a tringulo ser casi como sifuese un arranque directo, lo que es perjudicial paralos contactos de los contactores y no tiene ningunaventaja para la red elctrica.

2) Llave compensadora (automtica)Ventajas:

a) En el tap de 65% la corriente de lnea esaproximadamente igual a la de la llave estrella-tringulo, pero en el pasaje de tensin reducida a latensin de la red el motor no es desconectado y elsegundo pico es reducido ya que elautotransformador por un breve lapso se convierte en

una reactancia.b) Es posible variar el tap de 65% a 80% o hasta 90% dela tensin de la red para que el motor pueda arrancarsatisfactoriamente.

Desventajas:

a) La gran desventaja es la limitacin de su frecuencia demaniobras. En la llave compensadora automticasiempre es necesario conocer cual va a ser lafrecuencia de maniobras para determinar elautotransformador adecuado.

b) La llave compensadora es mucho ms cara que lallave estrella - tringulo debido al autotransformador.

c) Debido al tamao del autotransformador laconstruccin es voluminosa necesitndose paneles

ms grandes, lo que aumenta el precio.2.3.4. Arranque con llave serie-paralelo

Para arrancar en serie-paralelo es necesario que el motor seaconectable para dos tensiones, la menor igual a la de la red yla otra el doble.

Este tipo de conexin exige nueve terminales en el motor yla tensin nominal ms comn es 220/440 V o sea: durante elarranque el motor es conectado en la configuracin serie hastaalcanzar su velocidad nominal para cambiar a la configuracinparalelo.

2.3.5. Arranque con resistor primario

En este mtodo de arranque se colocan resistores en seriecon una de las fases provocando una cada de tensin en losbornes del motor y consecuentemente una reduccin de lacorriente absorbida. Naturalmente el par de arranque tambinse reduce. Cuando el motor est prximo a su velocidadnominal, se conecta directamente a la red. Este mtodo dearranque mejora el factor de potencia en el arranque, perotiene el inconveniente de producir mayor prdida de energaen los propios resistores. En la prctica es un mtodo pocoutilizado.

2.3.6. Arranque con inductancia primaria

Este mtodo de arranque es similar al anterior. Se conecta

una reactancia inductiva en las fases de alimentacin. As setienen prdidas menores, mayor factor de potencia y parmximo mayor que en el caso del resistor primario. Pero lasinductancias son ms caras y se utilizan en la prctica slopara el arranque de motores de gran potencia y en mediatensin.

2.3.7. Arranque electrnico (soft start)

Los avances en la electrnica permitieron la creacin de lallave de estado slido, la que consiste de un conjunto de paresde tiristores (SCR) (o combinaciones de tiristores/diodos), unoen cada borne de potencia del motor.

Figura 2.9: Topologa de un arrancador suave.

El ngulo de disparo de cada par de tiristores es controladoelectrnicamente para aplicar una tensin variable a losterminales del motor durante la aceleracin. Estecomportamiento muchas veces es llamado arranque suave


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(soft start). Al final del perodo del arranque, normalmenteajustable entre 2 y 30 segundos, la tensin alcanza su valormximo luego de una aceleracin suave o una rampaascendente, en vez de ser sometido a incrementos o saltosrepentinos, como ocurre con los mtodos de arranque porautotransformador, conexin estrella tringulo, etc. De estamanera se consigue mantener, como es deseable, la corrientede arranque (de la lnea) prxima a la nominal y con variacinsuave. Adems de la ventaja del control de tensin (corriente)durante el arranque, la llave electrnica tambin presenta la

ventaja de no contar con partes mviles o que generen arco,como sucede en las llaves mecnicas. Este es uno de lospuntos fuertes de las llaves electrnicas, pues su vida til esms larga (hasta centenas de millones de maniobras).

El circuito de la Figura 2.9 tambin puede usarse enaccionamientos de velocidad constante para minimizar lasprdidas del motor. La minimizacin de prdidas se basa en elprincipio de que un motor ligeramente cargado opera mseficientemente cuando el flujo magntico se reduce paraobtener una ptima relacin entre las prdidas en el hierro yen el cobre.

En un motor de induccin (monofsico y trifsico) a untorque de salida dado, las prdidas del motor varan con la

tensin de estator. La tensin de estator a la cual ocurren lasprdidas mnimas disminuyen cuando disminuye la carga. Porlo tanto, es posible usar el circuito de la Figura 2.9 parareducir la tensin con cargas pequeas y, as, ahorrar energa.

Tpicamente, como se ilustra en la Figura 2.10, puedendistinguirse tres etapas de operacin: arranque, marcha, yahorro de energa. En el primer y ltimo modo, la tensin delestator se reduce en funcin de la corriente. El tiempo dearranque puede ser ajustado por el usuario, mientras lafuncin de ahorro de energa es establecida por el fabricante.

La cantidad de energa ahorrada es significativa (comparadacon las prdidas extra en el motor debido a los armnicos decorriente y en los tiristores debido al valor finito de la tensin

de conduccin) solo si el motor opera a cargas muy pequeaspor perodos de tiempo substanciales. En aplicaciones dondese requiere el arranque a tensin reducida (arranque suave), yase tienen implementadas las llaves de potencia y slo senecesita agregar el control para minimizar las prdidas. Entales casos, este concepto puede ser econmico.

Varios arrancadores suaves comerciales proveen tambinuna proteccin de imagen trmica del motor calculando elcalentamiento del motor y el arrancador a partir de lascorriente nominal del motor y la corriente realmente absorbida

Figura 2.10: Perfil de tensin de un arrancador suave con lafuncin de ahorro de energa.

2.4. Sentido de rotacin de motores de induccin

trifsicos

Un motor de induccin trifsico trabajar en cualquiersentido dependiendo de la conexin con la fuente elctrica.Para invertir el sentido de rotacin, se invierte cualquier parde conexiones entre el motor y la fuente elctrica.

Algunos motores poseen ventilador bidireccional,proporcionando su operacin en cualquier sentido de rotacin,sin perjudicar la refrigeracin del motor.


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3. Caractersticas de aceleracin

3.1. Par

3.1.1. Curva par x velocidad

DefinicinSegn lo explicado en el captulo 1.4.3, el motor de

induccin tiene par nulo a la velocidad sincrnica. A medidaque la carga aumenta, la velocidad del motor cae

gradualmente hasta un punto en el que el par alcanza el valormximo que el motor es capaz de entregar a velocidad normal.Si el par resistente aumentara ms, la velocidad de rotacindel motor caera bruscamente, pudiendo llegar a trabar elrotor. Si representamos en un grfico la variacin del par conla velocidad para un motor normal, vamos a obtener una curvacon el aspecto representado en la Figura 3.1.

Figura 3.1: Curva par x velocidad

Co : Par bsico - es el par calculado en funcin de lapotencia y la velocidad sincrnica (ns).

o

s

PC

n

=

Cn : Par nominal o a plena carga - es el par desarrolladopor el motor a potencia nominal, bajo tensin yfrecuencia nominales.

Cp : Par con rotor bloqueado o par de arranque - es el parmnimo desarrollado por el motor bloqueado, paratodas las posiciones angulares del rotor, bajotensin y frecuencia nominales.

Comentarios1) Esta definicin tiene en cuenta que el par con rotor

bloqueado puede variar un poco segn la posicin enla que se traba el rotor.

2) Este par puede ser expresado en Nm o, ms

comnmente, en porcentaje del par nominal.

( )( )

( )% 100pp

n

C NmC

C Nm=

3) En la prctica, el par con rotor bloqueado debe ser loms alto posible para que el rotor pueda vencer lainercia de la carga y pueda acelerarla rpidamente,principalmente cuando el arranque es con tensinreducida.

En la curva de la Figura 3.1 destacamos y definimos algunospuntos importantes. Los valores de los torques relativos aestos puntos son especificados por la norma IEC 34-12, y sondefinidos como sigue:

Cmn: Par mnimo - es el menor par desarrollado por el motoral acelerar desde velocidad cero hasta la velocidadcorrespondiente a su par mximo. En la prctica, este valor nodebe ser muy bajo, o sea que la curva no debe presentar una

depresin acentuada en la aceleracin para que el arranque nosea muy largo, lo que recalentara el motor especialmente encasos de inercia alta o arranque con tensin reducida.

Cmx: Par mximo - es el mayor par desarrollado por elmotor, bajo tensin y frecuencia nominales, sin disminucinbrusca de la velocidad.

En la prctica el par mximo debe ser lo ms alto posible,principalmente por dos razones:

1) El motor debe ser capaz de vencer sin grandesdificultades, eventuales picos de carga como puede ocurrir en

ciertas aplicaciones como ser molinos, prensas, mezcladores,etc.

2) El motor no debe perder bruscamente la velocidad cuandomomentneamente ocurren disminuciones de tensinexcesivas.

3.1.2. Categoras - valores mnimos normalizados

De acuerdo a las caractersticas del par en relacin a lavelocidad y corriente en el arranque, los motores trifsicos deinduccin con rotor de jaula de ardilla, son clasificados encategoras, cada una adecuada a un tipo de carga.

Estas categoras son definidas por norma (IEC34-12) y sonlas siguientes:

Categora NPar de arranque normal, corriente en el arranque normal,

bajo deslizamiento. Constituyen la mayora de los motoresencontrados en el mercado y se prestan para ser utilizadosmoviendo cargas normales como ser bombas, mquinasoperatrices, ventiladores.

Categora HPar de arranque alto, corriente de arranque normal, bajo

deslizamiento. Usados para cargas que exigen mayor par dearranque como ser zarandas, transportadores, cargadores,cargas con inercia alta, molinos, etc..

Categora D

Par de arranque alto, corriente de arranque normal, altodeslizamiento (ms de 5%). Son usados en prensas excntricasy mquinas similares, donde la carga presenta picosperidicos. Tambin son usados en elevadores y cargas quenecesitan un par de arranque muy alto y corriente de arranquelimitada.

Las curvas par x velocidad de las diferentes categoraspueden ser vistas en la Figura 3.2.

Figura 3.2: Curvas Par x Velocidad para las diferentescategoras

3.2. Inercia de la carga

El momento de inercia de la carga accionada es una de lascaractersticas fundamentales para verificar, a travs del

tiempo de aceleracin, si el motor consigue mover la cargadentro de las condiciones exigidas por el ambiente o por laestabilidad trmica del material aislante.


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Momento de inercia es una medida de la resistencia queofrece un cuerpo a un cambio en su movimiento de rotacinalrededor de un eje dado. Depende del eje en torno al cual giray tambin de la forma del cuerpo y de la manera en que lamasa se encuentra distribuida. La unidad utilizada para elmomento de inercia es kgm2.

El momento de inercia total del sistema es la suma de losmomentos de inercia de la carga y del motor ( Jt = Jm + Jc).

En el caso de una mquina que tiene velocidad diferenteque el motor (por ejemplo, en los casos de accionamientos a

travs de poleas o engranajes), se deber tener en cuenta lavelocidad nominal del motor segn se indica abajo:

Figura 3.3: Momento de inercia en velocidades diferentes

Figura 3.4: Momento de inercia en velocidades diferentes

2 2 2 2

31 21 2 3

cce c

n n n n

N NN NJ J J J J

N N N N

= + + +

donde: Jce Momento de inercia de la carga referido al ejedel motor

Jc Momento de inercia de la carga

Nc Velocidad de la cargaNn Velocidad nominal del motor

t m ceJ J J= +

La inercia total de una carga es un factor importante para ladeterminacin del tiempo de aceleracin.

3.3. Tiempo de aceleracin

Para verificar si el motor consigue accionar la carga, o paradimensionar una instalacin, equipo de arranque o sistema deproteccin, es necesario conocer el tiempo de aceleracin(desde el instante en que el equipo comienza a ser movidohasta que alcanza la velocidad nominal).

El tiempo de aceleracin puede ser determinado de forma

aproximada por el par medio de aceleracin.

( )

( )

2 .rps.2 .rps. m ceta

a mmed rmed

J JJt

C C C

+= =

ta tiempo de aceleracin en segundos.Jt momento de inercia total en kgm

2.rps velocidad nominal en rotaciones por segundo.Cmmed par medio de aceleracin del motor en Nm.Crmed par medio de aceleracin de la carga relativo al

eje en Nm.Jm momento de inercia del motor.Jce momento de inercia de la carga relativo al ejeCa par medio de aceleracin.

El par medio de aceleracin se obtiene a partir de ladiferencia entre el par motor y el par resistente. Su valordebera ser calculado para cada intervalo de velocidad (la

sumatoria de los intervalos dara el tiempo total deaceleracin). Pero en la prctica es suficiente calcular el parmedio grficamente, o sea, la diferencia entre la media del parmotor y la media del par resistente. Esa media puedeobtenerse grficamente observndose que la suma de las reasA1 y A2 sea igual al rea A3 y que el rea B1 sea igual al reaB2 (ver Figura 3.5).

Figura 3.5.

3.4. Rgimen de arranque

Debido al valor elevado de la corriente de arranque de los

motores de induccin, el tiempo utilizado en la aceleracin decargas de inercia considerable implica aumento en latemperatura del motor. Si el intervalo entre arranquesconsecutivos es corto, resulta en un aumento excesivo de latemperatura en los bobinados, dandolos o reduciendo suvida til. La norma IEC 34-12 establece un rgimen dearranque mnimo que los motores deben ser capaces desoportar:a) Dos arranques sucesivos, el primero con el motor fro, o sea

con sus bobinados a temperatura ambiente, y el segundoinmediatamente despus, pero luego de haberlodesacelerado hasta lograr el reposo.

b) Un arranque con motor caliente, o sea, con los bobinados atemperatura de rgimen.La primer condicin simula el caso en que el primer

arranque del motor es malogrado, como por ejemplo cuandola proteccin lo desenergiza, permitiendo un segundo intento.La segunda condicin simula el caso de una desenergizacindel motor en forma accidental durante el funcionamientonormal, como por ejemplo por falta de energa en la red,permitindose retomar el funcionamiento luego delrestablecimiento de la energa.

Como el calentamiento durante el arranque depende de lainercia de las partes giratorias de la carga movida, la normaestablece los valores mximos de inercia de la carga para loscuales el motor debe ser capaz de cumplir las condicionesmencionadas.


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4. Regulacin de velocidad en motores deinduccin asincrnicos

4.1. Introduccin

La relacin entre velocidad, frecuencia, nmero de polos ydeslizamiento est expresada por:

( )( )

2.60. 1

2n f s

p=

donde: n = velocidad (r.p.m.)f= frecuencia (Hz)2p = cantidad de poloss = deslizamiento

Analizando la frmula, podemos ver que para regular lavelocidad de un motor asincrnico, podemos actuar en lossiguientes parmetros:

a) 2p = cantidad de polosb)s = deslizamientoc)f= frecuencia de la tensin

4.2. Variacin de la cantidad de polos

Existen tres formas de variar la cantidad de polos de unmotor asincrnico, a saber:

- bobinados separados en el estator- un bobinado con conmutacin de polos- combinacin de los dos anteriores.

En todos estos casos, la regulacin de velocidad serdiscreta, sin prdidas, pero la carcaza ser mayor que la de unmotor de velocidad nica.

4.2.1. Motores de dos velocidades con bobinadosseparados

Esta versin presenta la ventaja de combinar bobinados concualquier nmero de polos, pero est limitada por eldimensionamiento electromagntico del ncleo (estator/rotor)y la carcaza es generalmente bastante mayor que la del motor

de velocidad nica.

4.2.2. Motores de dos velocidades con bobinado porconmutacin de polos

El sistema ms comn es el denominado conexinDahlander. Esta conexin implica una relacin de polos 1:2con la consiguiente relacin de velocidades de 1:2.

Pueden ser conectadas de las siguientes formas:

Par constanteEl par en las dos velocidades es constante y la relacin de

potencia es del orden de 0,63:1. En este caso el motor tieneuna conexin / YY .

Ejemplo: motor 0,63/1 CV - IV/II polos - / YY .Este caso se presta a las aplicaciones cuya curva de parresistente permanece constante con la velocidad.

Potencia constanteEn este caso, la relacin de par es 1:2 y la potencia

permanece constante. El motor tiene una conexin YY/ .Ejemplo: 10/10 CV IV/II polos - YY/ .

Par variableEn este caso la relacin de potencia ser de

aproximadamente 1:4. Es muy aplicado a cargas comobombas y ventiladores.

Su conexin es Y / YY

Ejemplo: 1/4 CV - IV/II polos - Y / YY

4.2.3. Motores con ms de dos velocidades

Es posible combinar un bobinado Dahlander con unbobinado simple o ms. De todas formas, no es comn ysolamente se utiliza en aplicaciones especiales.

Figura 4.1: Resumen de las conexiones Dahlander

4.3. Variacin del deslizamiento

En este caso, la velocidad del campo giratorio se mantieneconstante y la velocidad del rotor se altera de acuerdo con lascondiciones exigidas por la carga, que pueden ser:

a) variacin de la resistencia rotricab) variacin de la tensin de estatorc) variacin de ambas simultneamenteEstas variaciones son conseguidas mediante el aumento de

las prdidas rotricas, lo que limita la utilizacin de estesistema.

4.3.1. Variacin de la resistencia rotrica

Utilizado en motores de anillos. Se basa en la siguienteecuacin:

222 2

0 0

3. .

. .j

pR Is

T T = =

donde:pj2 = Prdidas rotricas (W)0 = Velocidad sincrnica en rad/s

T= Par del rotorR2 = Resistencia rotrica (ohms)I2 = Corriente rotrica (A)

La insercin de una resistencia externa en el rotor hace queel motor aumente el s, provocando la variacin de velocidad.En la siguiente figura vemos el efecto del aumento deR2.


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Figura 4.2: Curva de par can variacin de la resistenciarotrica

4.3.2. Variacin de la tensin del estator

Es un sistema poco utilizado ya que tambin genera prdidasrotricas y la faja de variacin de velocidades es pequea.

4.4. Variacin de la frecuencia (U/f)

Al variar la frecuencia de la tensin de estator se vara lavelocidad del campo giratorio. As, puede variarse lavelocidad del rotor mantenindose constante el deslizamientode la mquina y por lo tanto las prdidas pueden seroptimizadas de acuerdo con las condiciones de carga.

Al variarse la frecuencia de alimentacin del motor de CAse vara su velocidad sincrnica lo que significa que todas lasvelocidades sincrnicas varan desde f = 0 hasta la mximafrecuencia del conversor. El comportamiento del motor, quecorresponde a su curva par x velocidad, permanece de lamisma forma pero trasladada en la velocidad segn lafrecuencia, como muestra la Figura 4.3.

Figura 4.3: Ejemplo de curva de par con tensinproporcional a la frecuencia

Tericamente existen dos zonas de actuacin: una con elflujo constante hasta la frecuencia nominal, y otra condebilitamiento del campo, correspondiente a aquella encimade la frecuencia nominal, o sea:

0 Hz hasta constante flujo constante

constante debilitamiento de campo

n

n

Uf f

f

f f U

= =

> = =

En la realidad para que sea posible tener esas dos zonas, sonnecesarias las siguientes consideraciones:

1) Si un motor autoventilado trabaja con velocidadmenor a la nominal, tendr su capacidad derefrigeracin disminuida.

2) La tensin de salida de los conversores tiene unaforma de onda que no es perfectamente sinusoidal, loque implica la existencia de armnicos de orden

superior que provocan un aumento de las prdidasdel motor.

Debido a esto, es necesario reducir los torques y potenciasadmisibles del motor. Se aconseja normalmente seguir lasiguiente curva:

Figura 4.4: Curva de par x frecuencia para uso del motorcon conversor de frecuencia

Donde K esta en la zona de 0,7 a 1,0 y depende delcontenido de armnicos del conversor. Valores tpicos son de0,80 a 0,90.

4.4.1. Consideraciones sobre la aplicacin de motores concontrol de velocidad por conversores de frecuencia

a) Operacin en velocidades por debajo de la velocidadobtenida con frecuencia nominalfn:Generalmente hasta el 50% de lafn se utiliza el factorK(Figura 4.4) de reduccin de potencia o si deseamos,podremos utilizar el factor de servicio y/o aumento de laclase de aislacin para mantener el par constante.Debajo del 50% de la frecuencia nominal, para mantenerel par constante, generalmente debe aumentarse larelacin U/fdel conversor.

b) Operacin en velocidades por encima de la velocidadobtenida con la frecuencia nominalfn:

En este caso, como el motor funcionar condebilitamiento del campo, la velocidad mxima estarlimitada por el par mximo del motor y por la mximavelocidad perifrica de las partes giratorias del motor(ventilador, rotor, cojinetes/rodamientos).

c) Rendimiento: Como la tensin de alimentacin no essinusoidal, habr armnicos que provocarn mayoresprdidas y consecuente reduccin del rendimiento.

d) Ruido: Variar sensiblemente en funcin de lafrecuencia y del contenido de armnicos del conversor.

e) Operacin en reas explosivas:Los motores operando con conversores de frecuencia enreas con atmsferas explosivas deben ser

dimensionados de comn acuerdo entre el fabricante y elcliente y la especificacin exacta de su funcionamientodeber estar descrita en la placa de identificacin delmotor.


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5. Caractersticas en rgimen

5.1. Aumento de temperatura, clase de aislacin

5.1.1. Calentamiento del bobinado.

PrdidasLa potencia til entregada por el motor en la punta de eje es

menor que la potencia que el motor absorbe de la lnea dealimentacin, o sea, el rendimiento del motor es siempreinferior al 100%. La diferencia entre las dos potencias

representa las prdidas, que son transformadas en calor, lo quecalienta el bobinado y debe ser disipado fuera del motor paraevitar que la elevacin de temperatura sea excesiva. Lo mismosucede en todos los tipos de motores.

En el motor de automvil, por ejemplo, el calor generadopor las prdidas internas debe ser retirado del bloque por elsistema de circulacin de agua con radiador o por elventilador, en motores enfriados por aire.

Disipacin de calor

El calor generado por las prdidas en el interior del motor esdisipado al aire ambiente a travs de la superficie externa de lacarcaza. En motores cerrados esa disipacin es normalmente

auxiliada por el ventilador montado en el propio eje del motor.Una buena disipacin depende de:a) la eficiencia del sistema de ventilacin;b) el rea total de disipacin de la caracaza;c) la diferencia de temperatura entre la superficie externa de

la carcaza y la del ambiente.

5.1.2. Vida til del motor

Siendo el motor de induccin una mquina robusta y deconstruccin simple, su vida til depende casi exclusivamentede la vida til de la aislacln de los bobinados. sta esafectada por muchos factores como humedad, vibraciones,ambientes corrosivos y otros.

Entre todos los factores el ms importante es, sin duda, latemperatura de trabajo de los materiales aislantes empleados.Un aumento de 8 a 10 grados en la temperatura del aislantereduce su vida til a la mitad.

Cuando hablamos de disminucin de la vida til del motorno nos referimos a las temperaturas elevadas cuando elaislante se quema y el bobinado es destruido repentinamente.La vida til de la aislacin (en trminos de la temperatura detrabajo, bien por debajo de aquella en que el material sequema) se refiere al envejecimiento gradual del aislante, quese va resecando, perdiendo el poder aislante, hasta que nosoporte ms la tensin aplicada y produzca el cortocircuito.

La experiencia muestra que la aislacin tiene una duracin

prcticamente ilimitada si su temperatura se mantiene debajode un cierto lmite. Encima de este valor, la vida til de laaislacin se vuelve cada vez ms corta, a medida que latemperatura de trabajo es ms alta. Este lmite de temperaturaes mucho ms bajo que la temperatura de "quemado" delaislante y depende del tipo de material empleado.

Esta limitacin de temperatura se refiere al punto mscaliente de la aislacin y no necesariamente a todo elbobinado. Evidentemente, basta un punto dbil en el interiorde la bobina para que el bobinado quede inutilizado.

5.2. Rgimen de servicio

Es el grado de regularidad de la carga a la que el motor essometido. Los motores normales son proyectados para

rgimen continuo, la carga es constante por tiempo indefinido,e igual a la potencia nominal del motor.

El usuario debe indicar el rgimen al que se va a someter elmotor de la forma ms exacta posible.

En los casos donde la carga no vara o en los que vara enforma previsible, el rgimen puede ser indicadonumricamente o por medio de grficos que representan lasvariables del motor en funcin del tiempo. Cuando eldesarrollo real de los valores en el tiempo es indeterminado,se debe indicar una secuencia ficticia no menos severa que lareal.

5.2.1. Regmenes normalizados

Los regmenes tipo y los smbolos alfanumricos que se les

atribuye, son indicados a continuacin:

a) Rgimen continuo o permanente (S1)Funcionamiento a carga constante de duracin suficiente

para que se alcance el equilibrio trmico (Figura 5.1).tN = Funcionamiento en carga constante.mx = Temperatura mxima alcanzada

Figura 5.1

b) Rgimen de tiempo limitado o temporal (S2)

Funcionamiento a carga constante durante un cierto tiempoinferior al necesario para alcanzar el equilibrio trmico,seguido de un perodo de reposo de duracin suficiente pararestablecer la igualdad de temperatura con el medio

refrigerante (Figura 5.2).tN = Funcionamiento en carga constantemx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo

Figura 5.2

c) Rgimen intermitente peridico (S3)Secuencia de ciclos idnticos, cada uno incluyendo un

perodo de funcionamiento a carga constante y un perodo dereposo, siendo los mismos muy cortos para que se alcance elequilibrio trmico durante un ciclo de rgimen en el cual lacorriente de arranque no afecte de modo significativo laelevacin de temperatura (Figura 5.3).

tN = Funcionamiento en carga constantetR= Reposo

mx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo


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Figura 5.3

d) Rgimen intermitente peridico con arranques (S4)Secuencia de ciclos de regmenes idnticos, cada uno

consistiendo de un perodo de arranque, un perodo defuncionamiento a carga constante y un perodo de reposo,siendo los mismos muy cortos para que se alcance elequilibrio trmico (Figura 5.4)

tD = ArranquetN = Funcionamiento en carga constante

tR= Reposomx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo

Figura 5.4

e) Rgimen intermitente peridico con frenado elctrico (S5)Secuencia de ciclos de regmenes idnticos, cada uno

consistiendo de un perodo de arranque, un perodo defuncionamiento a carga constante, un perodo de frenadoelctrico y un perodo de reposo, siendo los mismos muycortos para que se alcance el equilibrio trmico (Figura 5.5)

tD = ArranquetN = Funcionamiento en carga constante

tF = Frenado elctricotR= Reposomx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo

Figura 5.5

f) Rgimen de funcionamiento continuo con cargaintermitente (S6)

Secuencia de ciclos de regmenes idnticos, cada unoconsistiendo de un perodo de funcionamiento a cargaconstante y un perodo de funcionamiento en vaco, noexistiendo perodo de reposo (Figura 5.6).

tN = Funcionamiento en carga constantetV = Funcionamiento en vacomx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo

Figura 5.6

g) Rgimen de funcionamiento continuo con frenadoelctrico (S7)

Secuencia de ciclos de regmenes idnticos, cada unoconsistiendo de un perodo de arranque, un perodo defuncionamiento a carga constante y un perodo de frenadoelctrico, no existiendo perodo de reposo (Figura 5.7).

tD = ArranquetN = Funcionamiento en carga constantetF = Frenado elctricomx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo

Figura 5.7

h) Rgimen de funcionamiento continuo con cambioperidico en la relacin carga/velocidad (S8)

Secuencia de ciclos idnticos, cada uno consistiendo de unde arranque, un perodo de funcionamiento a carga constantecorrespondiendo a una velocidad de rotacin predeterminada,seguidos de o ms perodos de funcionamiento a otras cargasconstantes correspondientes a diferentes velocidades derotacin. No existe perodo de reposo (Figura 5.8).

tD = ArranquetN1 - tN2 - tN3 = Funcionamiento en carga constantetF1 - tF2 = Frenado elctricomx = Temperatura mxima alcanzada durante el ciclo


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Figura 5.8

NOTA: En los regmenes S3 a S8 el perodo es, en general,suficientemente corto como para que no sea alcanzado elequilibrio trmico, de modo que el motor se calienta y enfraparcialmente en cada ciclo. Despus de un gran nmero deciclos el motor alcanza una faja de elevacin de temperaturade equilibrio.

i) Regmenes especialesDonde la carga puede variar durante los perodos de

funcionamiento, existe reversin o frenado por contracorriente, etc., la eleccin del motor adecuado debe hacersemediante una consulta a fbrica y depende de una descripcincompleta del ciclo:

Potencia necesaria para accionar la carga o, si varasegn un grfico de potencia requerida durante unciclo (la Figura 5.8 muestra un grfico simple dondela potencia vara en el perodo de carga).

Par resistente de la carga. Momento de inercia total (J) de la mquina

accionada, referida a su velocidad nominal. Nmero de arranques, inversiones, frenados por

contracorriente, etc. Duracin de los perodos en carga y en reposo ovaco.

5.2.2. Potencia nominal

Es la potencia que el motor puede entregar dentro de suscaractersticas nominales en rgimen continuo. El concepto depotencia nominal, o sea la potencia que el motor puedeentregar, est ntimamente ligado a la elevacin detemperatura del bobinado. Sabemos que el motor puedeaccionar cargas de potencia muy por encima de su potencianominal hasta casi alcanzar el par mximo. Pero lo que sucedees que si esta sobrecarga fuese excesiva, o sea, si se le

exigiera al motor una potencia muy por encima de aquellapara la cual fue proyectado, el calentamiento normal serasobrepasado y la vida del motor disminuira, pudiendo inclusoquemarse rpidamente.

Siempre se debe tener en cuenta que la potencia exigida almotor es definida por las caractersticas de la carga,independientemente de la potencia del motor, o sea: para unacarga de 90 CV exigida a un motor, independientemente sieste es por ejemplo de 75 CV o 100 CV, la potencia exigidaser de 90 CV.

5.2.3. Determinacin de la potencia de un motor enservicio equivalente, con carga variable.

Evidentemente un motor elctrico deber suministrar a lamquina accionada la potencia necesaria, siendorecomendable que haya un margen pues se podrn darpequeas sobrecargas; o incluso, dependiendo del rgimen de

servicio el motor puede eventualmente suministrar ms omenos potencia. A pesar de las innumerables formasnormalizadas de descripcin de las condiciones defuncionamiento de un motor, en la prctica frecuentemente esnecesario evaluar la solicitacin impuesta al motor por unrgimen ms complejo que aquellos descritos en las normas.Las diferentes formas de determinar la potencia equivalentedel motor a seleccionar se presentan a continuacin.

Mtodo de las prdidas mediasEste mtodo consiste en encontrar el valor de las prdidas

calorficas medias del motor Qmed, con el diagrama de cargadado y comparar este valor con el de las prdidas nominalesQn.

1 1 2 2 3 3

1 2 3

...

...n n

med

n

Q t Q t Q t Q t Q

t t t t

+ + + +=

+ + + +

siendo:Qi = prdidas durante el intervalo i;ti = duracin del intervalo i.

Cuando las prdidas medias durante un ciclo de trabajoresultan med nQ Q la eleccin del motor en funcin decalentamiento es vlida.

Mtodo de la corriente equivalenteEste mtodo est basado en reemplazar en el clculo, lacorriente real que pasa por el motor, y cuyo valor es variable,por una corriente equivalente Ieqque provocara en el motor,las mismas prdidas que la corriente real.

2 2 2 21 1 2 2 3 3

1 2 3

...

...n n

eq

n

I t I t I t I tI

t t t t

+ + + +=

+ + + +

siendo:Ii = corriente media durante el intervalo i.

Cuando la corriente equivalente determinada resulta

eq nI I la eleccin del motor en funcin de calentamiento es

vlida.

Mtodo del par equivalente y de la potencia equivalentePara elegir la potencia de un motor elctrico, frecuentemente

sucede que debe recurrirse a los grficos de par y potencia. Elpar y la potencia equivalentes, se determinan de formaanloga a la que permite calcular la corriente equivalente.

Si se supone un flujo magntico constante y se tiene encuenta la proporcionalidad que existe entre el par y lacorriente y admitiendo que el par electromagntico esaproximadamente igual al par sobre el eje, de la relacin queexpresa la corriente equivalente se puede deducir la frmuladel par equivalente:

2 2 2 21 1 2 2 3 3

1 2 3

...

...

n neq

n

C t C t C t C t C

t t t t

+ + + +=

+ + + +

siendo:Ci = par durante el intervalo i.

La frmula que expresa la potencia equivalente se deduce dela anterior, cuando se tiene en cuenta la relacin directa queexiste entre el par y la potencia.Si la velocidad del motor se mantiene constante durante

todo el ciclo de trabajo, se tiene que la frmula de la potenciaequivalente es:

2 2 2 21 1 2 2 3 3

1 2 3

...

...n n

eq

n

P t P t P t P tP

t t t t

+ + + +=

+ + + +

siendo:Pi = potencia durante el intervalo i.

Dado que cuando la velocidad del motor disminuye, laevacuacin del calor es peor, si el ciclo considerado implica elfuncionamiento del motor a baja velocidad, hay que tener en


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cuenta esta circunstancia para la utilizacin de las frmulasanteriores.

5.3. Factor de servicio (FS)

Se llama factor de servicio (FS) al factor que, aplicado a lapotencia nominal, indica la carga admitida que puede seraplicada continuamente al motor bajo condicionesespecificadas.Note que se trata de una capacidad de sobrecarga continua, o

sea una reserva de potencia que da al motor una capacidad de

soportar mejor el funcionamiento en condicionesdesfavorables. El factor de servicio no debe ser confundidocon la capacidad de sobrecarga momentnea durante algunosminutos. Por ejemplo, algunos motores pueden soportarsobrecargas hasta 60% de la carga nominal durante 15segundos. El factor de servicio FS = 1,0 significa que el motorno fue proyectado para funcionar continuamente por encimade su potencia nominal. De todas formas esto no influye en sucapacidad para sobrecargas momentneas.

5.4. Velocidad nominal

Es la velocidad del motor funcionando a potencia nominalbajo tensin y frecuencia nominales. De acuerdo a lo visto enel captulo 1, depende del deslizamiento y de la velocidad

sincrnica.( )%

1100s

sn n

=

La velocidad sincrnica ns es funcin de la cantidad de polosy de la frecuencia de alimentacin:

( )60 120

r.p.m.2s

f fn

p p

= =

5.5. Corriente nominal (A)

Es la corriente que el motor absorbe de la red cuandofunciona a potencia nominal, bajo tensin y frecuencianominales. El valor de la corriente nominal depende del

rendimiento () y del factor de potencia (cos ) del motor:

( ) ( )1000 736

3. . . cos 3. . . cos

P KW P CVI

U U

= =

5.6. Rendimiento

El rendimiento depende del diseo y del tipo de motor,siendo su valor influenciado por la porcin de energaelctrica transformada en energa mecnica y por lo tanto porlas prdidas (elctricas y mecnicas) que se presentan y queen definitiva son obtenidas por la diferencia entre la potenciaentregada y la recibida.

5.6.1. Importancia del rendimiento

Es importante que el motor tenga un rendimiento alto pordos motivos:

Primero, porque un rendimiento alto significa prdidas bajasy por lo tanto menos calentamiento del motor.

Segundo, porque cuanto mayor es el rendimiento menor lapotencia absorbida de la lnea y por consiguiente menor elcosto de la energa elctrica a pagar en las cuentas mensuales.El rendimiento vara de acuerdo con la carga del motor.

En la Figura 5.9 se representan grficamente los valorestpicos del rendimiento en funcin de la carga.

Figura 5.9

I = CorrienteIn = Corriente nominalP = PotenciaPn = Potencia nominalrpm = Velocidad

rpms = Velocidad asincrnica = Rendimientocos = Factor de potencia

5.7. Factor de potencia

Un motor no consume slo potencia activa, luego convertidaen trabajo mecnico, sino tambin potencia reactiva necesariapara la magnetizacin, la cual no produce trabajo.

En el diagrama de la Figura 5.10 el vector P representa lapotencia activa y el vector Q la potencia reactiva que sumadasvectorialmente resultan en la potencia aparente S.

La relacin entre potencia activa medida en kW y lapotencia aparente medida en kVA se llama factor de potencia.

Figura 5.10: El factor de potencia es determinadomidindose la potencia de entrada, la tensin y la corriente

con carga nominal

5.7.1. Correccin del factor de potencia

El aumento del factor de potencia se realiza conectando unacarga capacitiva, en general un capacitor o motor sincrnicosuperexcitado, en paralelo con la carga.


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6. Caractersticas del ambienteLa potencia admisible del motor de induccin es

determinada teniendo en cuenta principalmente dos factores: Altitud a la que el motor ser instalado; Temperatura del medio refrigerante.

Segn la norma IEC 34-1 (Item 11), las condiciones usualesde servicio son:

a) Altitud no superior a 1.000m sobre el nivel del mar;b) Medio refrigerante (en la mayora de los casos aire del

ambiente) con temperatura no superior a los 40 C, yexenta de elementos perjudiciales.

Hasta estos valores de altitud y temperatura ambiente seconsideran condiciones normales y el motor debe entregar, sinsobrecalentamiento, su potencia nominal.

6.1. Altitud

Los motores trabajando encima de 1.000m presentanproblemas de calentamiento causado por el enrarecimiento delaire, y consecuentemente, disminucin de su poderrefrigerante.

El intercambio de calor insuficiente entre el motor y el airecircundante, aumenta la exigencia en la reduccin de prdidas,

lo que tambin significa reduccin de potencia.Los motores tienen un calentamiento directamenteproporcional a las prdidas, y stas varan aproximadamenteen razn cuadrtica con la potencia. Existen tres solucionesposibles:

a) La instalacin de un motor en altitudes mayores a1.000 metros puede hacerse usando materialesaislantes de clase superior.

b) Los motores con factor de servicio mayor que 1,0(1,15 o mayor) trabajarn satisfactoriamente enaltitudes mayores a 1.000m con temperaturaambiente de 40 C siempre que la carga requierasolamente la potencia nominal del motor.

c) Segn la norma IEC 34-1 (Item 16), los limites deelevacin de temperatura deben ser reducidos 1% porcada 100m de altitud por encima de 1.000m. Estareduccin debe redondearse hacia el nmero de Centero inmediato superior.

6.2. Temperatura ambiente

Los motores que trabajan en temperaturas inferiores a -20C presentan los siguientes problemas:

a) Condensacin excesiva, exigiendo drenaje adicional oinstalacin de resistencia de calentamiento en el casoque el motor permanezca parado por perodos largos.

b) Formacin de hielo en los rodamientos, provocandoendurecimiento de la grasa o lubricante, exigiendo elempleo de lubricantes especiales o grasaanticongelante.

En motores que trabajan a temperaturas ambientesconstantemente superiores a 40 C, el bobinado puedealcanzar temperaturas perjudiciales para el aislamiento.

Este hecho tiene que compensarse con un proyecto especialdel motor usando materiales aislantes especiales, o por lareduccin de la potencia nominal del motor.

6.3. Atmsfera ambiente

6.3.1. Ambientes agresivos

Los ambientes agresivos tales como astilleros, instalaciones

portuarias, industria pesquera y mltiples aplicacionesnavales, industria qumica y petroqumica, exigen que losequipamientos instalados sean perfectamente adecuados para

soportar tales circunstancias con alta confiabilidad y sinpresentar problemas de ningn tipo.

Para la utilizacin de motores en estos ambientes agresivos,existen motores proyectados para atender los requisitosespeciales y normalizados para las condiciones ms severasque puedan encontrarse. Los motores debern tener lasiguientes caractersticas especiales:

bobinados doblemente impregnados pintura anticorrosiva alqudica, interna y externa chapa de identificacin de acero inoxidable

elementos de montaje galvanizados ventilador de material que no provoque chispas retenes entre el eje y las tapas juntas de goma para aislar la caja de conexiones pasaje de los cables de conexin por la carcaza

calafateado caja de conexiones de hiero fundido

En el caso de motores navales, las caractersticas defuncionamiento especficas son determinadas por el tipo decarga movida a bordo. De todas formas, todos presentan lassiguientes caractersticas especiales:

elevacin de temperatura reducida para

funcionamiento en ambientes hasta 50 C capacidad de soportar sin problemas, sobrecargasocasionales de corta duracin de hasta 60% porarriba del par nominal, segn las normas de lasSociedades Clasificadoras.

6.3.2. Ambientes conteniendo polvo o fibras

Para analizar si los motores pueden o no trabajar en estosambientes, se debe informar los siguientes datos: tamao ycantidad aproximada de las fibras contenidas en el ambiente.Tamao y cantidad de fibras, son factores importantes ya que,dependiendo del tamao, pueden provocar a lo largo deltiempo la obstruccin de la ventilacin, provocando

calentamiento del motor. Cuando el contenido de fibras eselevado se debe usar filtros de aire o efectuar limpieza en losmotores.

6.3.3. Lugares donde la ventilacin del motor esperjudicada

En estos casos existen dos soluciones:1) Utilizar motores sin ventilacin;2) Para motores con ventilacin por ductos, se calcula el

volumen de aire movido por el ventilador del motor,determinando la circulacin de aire necesaria para la perfectarefrigeracin del motor.

6.4. Ambientes peligrosos

6.4.1. Areas de riesgo

Una instalacin donde se manejen, procesen o almacenencontinuamente productos inflamables, necesita de cuidadosespeciales que garanticen el mantenimiento del patrimonio ypreserven la vida humana.

Los equipos elctricos, por sus propias caractersticas,pueden representar fuentes de ignicin, as sea porchisporroteo normal, debido a la apertura y cierre de contactoso por sobrecalentamiento de algn componente, seaintencional o causado por corrientes de defecto.

6.4.2. Atmsfera explosiva

Una atmsfera es explosiva cuando la proporcin de gas,vapor, polvo o fibras es tal que una chispa proveniente de uncircuito elctrico, o el calentamiento de un aparato, provoca la


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explosin. Para que se inicie una explosin, son necesariostres elementos:

Combustible + oxgeno + chispa = explosin.

6.4.3. Clasificacin de las reas de riesgo

De acuerdo con las normas IEC 79-10, las reas de riesgoson clasificadas en:Zona 0:

Regin donde la ocurrencia de mezcla inflamable y/oexplosiva es continua o existe por largos perodos. Por

ejemplo, la regin interna de un tanque de combustible. Laatmsfera explosiva est siempre presente.Zona 1:Regin donde la probabilidad de ocurrencia de mezcla

inflamable y/o explosiva est asociada a la operacin normaldel equipamiento y del proceso. La atmsfera explosiva estfrecuentemente presente.Zona 2:Lugares donde la presencia de mezcla inflamable y/o

explosiva no es probable que ocurra, y si ocurre, es por pocosperodos. La atmsfera explosiva puede accidentalmente estarpresente.

De acuerdo con la norma NEC, las reas de riesgo son

clasificadas en divisiones: Divisin I - Regin donde se presenta una ALTA

probabilidad de ocurrencia de una explosin. Divisin II - Regin de menor probabilidad.

Clases y grupos de las reas de riesgo.Clases - Se refieren a la naturaleza de la mezcla. El

concepto de clases slo es adoptado por la norma NEC.Grupos - El concepto de grupo esta asociado a la

composicin qumica de la mezcla.Clase I:Gases o vapores explosivos.Segn el tipo de gas o vapor, tenemos:

GRUPO A - acetileno GRUPO B - hidrgeno, butadieno, xido de eteno GRUPO C - ter etlico, etileno GRUPO D - gasolina, nafta, solventes en general.

Clase II:Polvos combustibles o conductores.Conforme el tipo de polvo, tenemos:

GRUPO E GRUPO F GRUPO G

Clase III:Fibras y partculas livianas e inflamables.

De acuerdo con la norma IEC 79-10, las regiones de riesgoson divididas en:Grupo I - Para minas susceptibles a la liberacin de gris

(gas a base de metano).Grupo II - Para aplicacin en otros lugares. Siendo divididos

en IIA, IIB y IIC.

6.4.4. Clases de temperatura

La temperatura mxima en la superficie expuesta delequipamiento elctrico debe ser siempre menor que latemperatura de ignicin del gas o vapor. Los gases pueden serclasificados para las clases de temperatura de acuerdo con sutemperatura de ignicin, por medio de la cual la mxima

temperatura de superficie de la respectiva clase debe sermenor que la temperatura de los gases correspondientes.


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7. Seleccin y aplicacin de los motores elctricostrifsicos

En la ingeniera de aplicacin de motores es comn, y enmuchos casos prctico, comparar las exigencias de la cargacon las caractersticas del motor. Existen muchas aplicacionesque pueden ser resueltas con ms de un tipo de motor, y laseleccin de un tipo determinado no siempre excluye el uso delos otros tipos.

Con en advenimiento de las computadoras, el clculo puede

ser perfeccionado, obtenindose resultados precisos queresultan en mquinas dimensionadas de forma mseconmica.

Los motores de induccin, de jaula de ardilla o de anillosrozantes, de baja y media tensin, tienen un campo deaplicacin vasto, y especialmente en los sectores desiderrgica, minera, papel y celulosa, saneamiento, qumico ypetroqumico, y cemento entre otros, hacindose cada vez msimportante la seleccin del tipo adecuado para cadaaplicacin.

La seleccin del tipo adecuado de motor, con respecto altipo, par, factor de potencia, rendimiento y elevacin detemperatura, aislacin, tensin y grado de proteccin

mecnica, slo puede ser efectuada luego de un anlisiscuidadoso, considerando parmetros como: costo inicial,capacidad de la red, necesidad de correccin del factor depotencia, par requerido, efecto de inercia de la carga,necesidad o no de regulacin de la velocidad, exposicin de lamquina a ambientes hmedos, poludos o agresivos.

El motor asincrnico de jaula de ardilla es el ms empleadoen cualquier aplicacin industrial debido a su construccinrobusta y simple, aparte de ser la solucin ms econmica,tanto en trminos de motores como de comando y proteccin.

El medio ms adecuado en la actualidad para reducir losgastos de energa es usar motores de alto rendimiento. Estcomprobado por tests que estos motores especiales tienen

hasta un 30% menos prdidas, lo que realmente significaeconoma. Estos motores son proyectados y construidos con elobjetivo de reducir las prdidas e incrementar el rendimiento.Esto proporciona consumo de energa bajo y menor gasto. Sonlos ms adecuados para aplicaciones con variacin de tensin.

Aparte del costo ms elevado que el del motor de jaula deardilla, la aplicacin de los motores de anillos rozantes esnecesaria para arranques pesados (inercia alta), movimientoscon velocidad ajustable o cuando es necesario limitar lacorriente de arranque manteniendo un par de arranque alto.

Tabla 7.1: Comparacin entre diferentes tipos de mquinas

Para la seleccin correcta de los motores es importanteconsiderar las caractersticas tcnicas de la aplicacin y las

caractersticas de la carga, en lo que se refiere a aspectosmecnicos para calcular:

a) Par de arranquePar requerido para vencer la inercia esttica de la mquina y

producir movimiento.Para que una carga arrancando desde velocidad cero alcance

su velocidad nominal, es necesario que el par del motor seasiempre superior al par resistente.

b) Par de aceleracin

Par necesario para acelerar la carga hasta la velocidadnominal.El par del motor debe ser siempre mayor que el par de la

carga, en todos los puntos entre cero y la velocidad nominal.En el punto de interseccin de las dos curvas, el par deaceleracin es nulo, o sea, se alcanza el punto de equilibrio apartir del cual la velocidad permanece constante.

Este punto de interseccin de las dos curvas debecorresponder a la velocidad nominal.

Figura 7.1: Seleccin del motor considerando el parresistente de la carga

Donde: Cmx = Par mximoCp = Par de arranqueCr= Par resistentens = Velocidad sincrnican = Velocidad nominal

El par de aceleracin pasa por valores bastante diferentes enla fase de arranque. El par medio de aceleracin (Ca) seobtiene a partir de la diferencia entre el par motor y el parresistente.

c) Par nominalPar nominal necesario para mover la carga en condiciones

de velocidad especfica.El par requerido para el funcionamiento normal de una

mquina puede ser constante o variar entre lmites distantes.Cuando el par es variable, el par mximo debe ser suficientecomo para soportar los picos momentneos de carga.

Las caractersticas de funcionamiento de una mquina en

cuanto al par pueden ser divididas en tres clases:Par constanteEn la mquinas de este tipo, el par permanece constante

durante la variacin de la velocidad y la potencia aumentaproporcionalmente a la velocidad.


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Figura 7.2

Par variableSe encuentran casos de par variable en las bombas,

ventiladores, donde el par vara con el cuadrado de lavelocidad.

Figura 7.3

Figura 7.4

Potencia constanteLas aplicaciones de potencia constante requieren una

potencia igual a la nominal para cualquier velocidad.

Figura 7.5

Para una correcta especificacin del motor, son necesariaslas siguientes informaciones:

Caractersticas de la red de alimentacina) Tensin de alimentacin del motor (y de los calentadores

internos, si necesarios)b) Frecuencia nominal en Hz

c) Mtodo de arranque (cuando no se informe lo contrario,se considerar arranque directo)

Caractersticas del ambiente

a) Altitudb) Temperatura ambientec) Atmsfera ambiente

Caractersticas constructivasa) Forma constructivab) Potencia en kW. velocidad en rpmc) Factor de serviciod) Proteccin trmicae) Sentido de rotacin (horario o antihorario. mirando desde

el lado del accionamiento)Caractersticas de la cargaa) Momento de inercia de la mquina accionada y a qu

velocidad est referidab) Curva de par resistentec) Datos de la transmisind) Magnitud y sentido de cargas axiales, cuando existentese) Magnitud y sentido de cargas radiales, cuando existentesf) Rgimen de funcionamiento de la carga (n de arranques

por hora).En resumen, la seleccin correcta del motor implica que el

mismo satisfaga las exigencias requeridas por la aplicacinespecfica.

En este aspecto el motor debe ser capaz de: Acelerar la carga en tiempo suficientemente cortopara que el calentamiento no dae las caractersticasfsicas de los materiales aislantes;

Funcionar en el rgimen especificado, sin que latemperatura de sus diversas partes sobrepase la clasedel aislante, o que el ambiente provoque ladestruccin del mismo;

Desde el punto de vista econmico, funcionar convalores de rendimiento y factor de potencia dentrode la faja ptima para la cual fue proyectado.


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Tabla 7.2: Gua de seleccin del tipo de motor para diferentes cargas.

u07 motores electricos

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