CARGAS Y SELECCIÓN DE MOTORES

                  

 

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE MOTORES ELECTRICOS TRIFASICOS

 

 En la ingeniería la aplicación de motores es común, y en muchos casos práctico, comparar las exigencias de la carga con las características del motor. Existen muchas aplicaciones que pueden ser resueltas con más de un tipo de motor, y la selección de un tipo determinado no siempre excluye el use de los otros tipos.

Con en advenimiento de las computadoras, el cálculo puede ser perfeccionado, obteniéndose resultados precisos que resultan en máquinas dimensionadas de forma mas económica.

Los motores de inducción de jaula de ardilla o de anillos rozantes, de baja y media tensión, tienen un campo de aplicación vasto, y especialmente en sectores de siderúrgica, minería, papel y celulosa, saneamiento, químico y petroquímico, y cemento entre otros, haciéndose cada vez mas importante la selección del tipo adecuado para cada aplicación.

La selección del tipo adecuado de motor, con respecto al tipo, par, factor de potencia, rendimiento y elevación de temperatura, aislación, tensión y grado de protección mecánica, solo puede ser efectuada luego de un análisis cuidadoso, considerando parámetros como: costo inicial, capacidad de la red, necesidad de corrección del factor de potencia, par requerido, efecto de inercia de la carga, necesidad o no de regulación de la velocidad, exposición de la máquina a ambientes húmedos, poluidos o agresivos.

El motor asincrónico de jaula de ardilla es el mas empleado en cualquier aplicación industrial debido a su construcción robusta y simple, aparte de ser la solución mas económica tanto en términos de motores como de comando y protección.

EI medio mas adecuado en la actualidad para reducir los gastos de energía es usar los motores de Alto Rendimiento. Está comprobado por tests que estos motores especiales tienen hasta un 30% menos pérdidas, lo que realmente significa economía Estos motores son proyectados y construidos con la mas alta tecnología, con el objetivo de reducir las pérdidas e incrementar el rendimiento. Esto proporciona consumo de energía bajo y menor gasto. Son los mas adecuados para aplicaciones con variación de tensión. Son testeados de acuerdo a la norma IEC 34‑2 y sus valores de rendimiento certificados son estampados en la placa de identificación del motor. La técnica de ensayo es el método B de la IEEE 112. Los valores de rendimiento son obtenidos a través del método de separación de pérdidas de acuerdo a IEC 34‑2. Los motores de alto rendimiento son normalizados según la norma IEC, manteniendo la relación potencia/carga, por lo tanto son intercambiables con todos los motores normalizados existentes en el mercado. Aparte del costo mas elevado que el del motor de jaula de ardilla, la aplicación. de los motores de anillos rozantes es necesaria para arranques pesados (inercia alta), movimientos con velocidad ajustable o cuando es necesario limitar la corriente de arranque manteniendo un par de arranque alto. 

Tabla nº 4. Características de motores de inducción jaula de ardilla y anillos rozantes. 

Tipo Motor de inducción de jaula de ardilla Motor de inducción de anillos rozantes
Proyecto Rotor no bobinado Rotor bobinado
Corriente de arranque Alta Baja
Par de arranque Baja Alta
Corriente nominal / Corriente nominal Alto Bajo
Par máximo > 160% del par nominal > 160% del par
Rendimiento Alto Alto
Equipo de arranque Simple para arranque directo Relativamente simple
Equipo de protección Simples Simples
Espacio requerido Pequeño El reóstato necesita un espacio grande
Mantenimiento Pequeño En los anillos
Costo Bajo Alto

Para la selección correcta de los motores es importante considerar las características técnicas de la aplicación y las características de la carga, en lo que se refiere a aspectos mecánicos para calcular:

a)         Par de arranque Par requerido para vencer la inercia estática de la máquina y producir movimiento. Para que una carga arrancando desde velocidad cero alcance su velocidad nominal, es necesario que el par del motor sea siempre superior al par resistente.

b)         Par de aceleración Par necesario para acelerar la carga hasta la velocidad nominal. El par del motor debe ser siempre mayor que el par de la carga, en todos los puntes entre cero y la velocidad nominal. En el punto de intersección de la dos curvas, el par de aceleración es nulo, o sea, se alcanza el punto de equilibrio a partir del cual la velocidad permanece constante. Este punto de intersección de las dos curvas debe corresponder a la velocidad nominal. 

Figura.Nº 69. Selección del motor considerando el par resistente de la carga

 Donde:                                    

          C     = Par máximo

          Cmax = Par de arranque

          C p   = Par resistente

          n      = Velocidad sincrónica

          ns     = Velocidad nominal

 El par de aceleración pasa por valores bastante diferentes en la fase de arranque. El par medio de aceleración (Ca) se obtiene a partir de la diferencia entre el  par motor y el par resistente.

 c) Par nominal

Par nominal necesario para mover la carga en condiciones de velocidad especifica. El par requerido para el funcionamiento normal de una máquina puede ser constante o variar entre limites distantes. Cuando el par es variable, el par máximo debe ser suficiente como para soportar los picos moméntaneos de carga. Las características de funcionamiento de una máquina en cuanto al par pueden ser divididas en tres clases:

 Par constante

En la máquinas de este tipo, el par permanece constante durante la variación de la velocidad y la potencia aumenta proporcionalmente a la velocidad.

  _____ Par requerido por la máquina

- - - -  Potencia requerida por la máquina

  Fig. Nº 70. Gráfica potencia requerida en función de la velocidad para par constante.

M = Par resistente: constante

P = Potencia: proporcional al número de rotaciones por minuto (n)

 Par variable

 Se encuentran casos de par variable en las bombas, ventiladores, donde el par varia con el cuadrado de la velocidad.

   

  Fig. Nº 71. Gráfica potencia (cuadrática) requerida en función de la velocidad para par variable (proporcional).

M = Par resistente: proporcional al número de rotaciones por minuto (n)

P = Potencia: proporciona! al número de rotaciones por minuto al cuadrado (n2) 

   

  Fig. Nº 72. Gráfica potencia requerida (cúbica) en función de la velocidad para par cuadrático.

M = Par resistente: proporcional al número de rotaciones por minuto al cuadrado (n2)

P = Potencia: proporciona! al número de rotaciones por minuto al cubo(n3) 

Potencia constante

Las aplicaciones de potencia constante requieren una potencia igual a la nominal para cualquier velocidad. 

   

  Fig. Nº 73. Gráfica par requerido en función de la velocidad para potencia constante.

M = Par resistente: inversamente proporcional al número de rotaciones por minuto al cuadrado (1/n)

P = Potencia constante

 

Para una correcta especificación del motor, son necesarias las siguientes informaciones en consulta:

Características de la red de alimentación

a) Tensión de alimentación del motor (y de los calentadores internos, si necesarios)

b)Frecuencia nominal en Hz

c)Método de arranque (cuando no se informe lo contrario, se considerará arranque directo)

 

Características del ambiente

a)       Altitud

b)      Temperatura ambiente

c)       Atmósfera ambiente

 

Características constructivas

a) Forma constructiva

b) Potencia en kW, velocidad en rpm.

c) Factor de servicio

d) Protección térmica

e) Sentido de rotación (horario o antihorario, mirando desde el lado del accionamiento)

 

Características de la carga

a) Momento de inercia de la máquina accionada y a qué velocidad está referida

b) Curva de par resistente

c) Datos de la transmisión

d) Magnitud y sentido de cargas axiales, cuando existentes

e) Magnitud y sentido de cargas radiales, cuando existentes

f) Régimen de funcionamiento de la carga (n° de arranques por hora).

 

En resumen, la selección correcta del motor implica que el mismo satisfaga las exigencias requeridas por la aplicación específica.

 En este aspecto el motor debe ser capaz de:

·        Acelerar la carga en tiempo suficientemente corto para que el calentamiento no dañe las características físicas de los materiales aislantes

·         Funcionar en el régimen especificado, sin que la temperatura de sus diversas partes sobrepase la clase del aislante, o que el ambiente provoque la destrucción del mismo.

·        Desde el punto de vista económico, funcionar con valores de rendimiento y factor de potencia dentro de la faja óptima para la cual fue proyectado.

  Ref.[17]

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