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CARGAS Y SELECCIÓN DE MOTORES



Clases de servicio

Como se indicó al principio, la clase de servicio es quizá lo más importante. La NEMA clasifica cuatro tipos diferentes de servicios.

Servicio continuo: Empleo de la dínamo que requiere funcionamiento a una carga bastante constante durante periodos de tiempo razonablemente largos.

Servicio periódico: Las condiciones de carga se repiten regularmente a intervalos periódicos durante un tiempo razonablemente largo.

Servicio intermitente: Suceso irregular de las condiciones de carga, que incluye bastantes períodos largos de reposo funcionando en vacío.

Servicio variable: tanto las cargas como los períodos de tiempo en los que ocurren las condiciones de carga pueden estar sujetos a una amplia variación, sin reposo, durante un período de tiempo razonablemente largo, sin regularidad alguna.

Lo más corriente es definir una máquina por su potencia nominal en servicio continuo, que es la potencia de salida (kw en los generadores de continua, Kva. y cosa en los de alterna y caballos en los motores) a que puede operar indefinidamente sin sobrepasar los límites térmicos establecidos. Con servicio intermitente, periódico o con carga variable, la máquina tendrá asignada una potencia de corta duración que podrá definirse como la que es capaz de suministrar durante un periodo de tiempo dado, tiempo que en general está normalizado en 5, 15, 30 o 60 minutos. Al fijar los datos nominales de la máquina se especifican los de tensión, velocidad y frecuencia, previniendo las variaciones en ellos.

El problema de elegir la máquina adecuada a un determinado servicio es relativamente sencillo cuando la carga se mantiene prácticamente constante. No obstante en muchos casos la carga de un motor varía más o menos cíclicamente dentro de un amplio campo, el motor de una grúa constituye un ejemplo claro.

Bajo el punto de vista térmico, el calentamiento medio del motor debe hallarse estudiando detalladamente las pérdidas durante cada uno de los periodos en que se puede dividir el ciclo. En motores abiertos o semicerrados hay que tener en cuenta las variaciones de ventilación al variar la velocidad.

Algunas veces, para determinar el tamaño de un motor destinado a trabajar a velocidad prácticamente uniforme, se admite que el aumento de temperatura del aislamiento es proporcional al cuadrado de la carga, suposición que sobre valora el efecto de las pérdidas en el inducido ( R*I²) a expensas de las pérdidas en el hierro. El valor medio cuadrático o valor eficaz de la potencia durante un ciclo de carga completo se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Siendo K una constante que tiene en cuenta la menor ventilación durante la parada, y que en un motor abierto vale aproximadamente 4. El tiempo empleado en un ciclo completo debe ser corto comparado con el que necesita el motor para alcanzar su temperatura de régimen.

Hay que tener especial cuidado con los motores que hayan de arrancar o cambiar de sentido de rotación con frecuencia, pues tales maniobras equivalen, térmicamente hablando a tales sobrecargas. Así mismo hay que tener en cuenta que cuando en el ciclo existen puntas de potencia considerables, un motor cuya potencia nominal haya sido escogida exclusivamente por consideraciones térmicas bien puede ser incapaz de dar el par requerido, por lo que en estos casos es frecuente utilizar motores especiales dimensionados para soportar fuertes cargas en tiempos cortos; estos motores en general pueden producir pares más fuertes que los motores normales de igual potencia aún cuando térmicamente son menos resistentes, debido a que han sido proyectados con gran densidad de flujo en el hierro y gran intensidad de corriente en el cobre. La relación entre el par que puedan desarrollar y su resistencia térmica aumenta al disminuir el tiempo de aplicación de la carga: en general se admite mayor aumento de temperatura que los de uso general.

Por ejemplo, un motor de valores nominales 150 CV durante una hora, con un aumento de temperatura de 50 ºC puede dar el mismo par que otro de 200 CV de servicio continuo, si bien trabajando continuamente, podrá desarrollar sólo el 80 % de su potencia nominal, es decir, 120 CV. Un motor de este tipo puede ser la solución ideal para aplicar a una carga que requiere una potencia continua de 120CV pero con puntas de carga que requieran un par como el que podría dar un motor de uso general de 200 CV.

Como regla general, para todos los dínamos, la capacidad elegida será tal que el dínamo funcione entre los tres cuartos y la plena carga la mayor parte del tiempo. Una dínamo que sea más grande de lo necesario presentará un bajo rendimiento en marcha y elevado coste de funcionamiento además de un mayor costo inicial. En el caso de un generador, con un posible incremento de carga previsto, esto puede que no represente problema alguno. En el caso de un motor arrastrando una carga concreta, tal como un motor de inducción, no sólo es bajo el rendimiento sino que también lo es el factor de potencia. Análogamente, una dínamo que sea demasiado pequeña tiene un rendimiento inferior en funcionamiento, y está sujeta a sobrecalentamiento, duración más corta e incremento del mantenimiento y de los costos de reparación.

En cierto número de aplicaciones, puede que se requiera elegir un motor a tenor de las condiciones de servicio para arrastrar una carga que varía ampliamente en ciclos que se repiten continuamente. Una taladradora, por ejemplo, puede utilizarse con diversas brocas para taladros de diferentes grosores en diversos metales. El calentamiento del motor se determina no por los valores de cresta sino por los valores eficaces de la corriente bajo diversas condiciones de carga. Además, el período de enfriamiento durante el reposo o tiempo fuera de servicio es menos efectivo que cuando el motor está en marcha y, por tanto, es costumbre dividir los períodos fuera de servicio por un factor empírico (K) de aproximadamente 3. La potencia nominal requerida, por tanto, es el «valor medio» eficaz de las diversas potencias nominales instantáneas a lo largo de un determinado período de ensayo.

El ejemplo indica el método de calcular la potencia nominal, CV efectivos, para motores de servicio intermitente, variable y periódico.

Ejemplo: un motor de ensayo de 200 cv se empleó para determinar la mejor capacidad nominal para un ciclo de trabajo de carga variable durante un periodo de 30 minutos. El motor de ensayo funcionó a 200 cv durante 5 minutos, 5 cv durante 5 minutos y un periodo de reposo de 10 minutos seguido de 100 cv durante 10 minutos.

Calcular la potencia requerida para dicha carga variable intermitente.

Solución:



En general, la mayoría de los constructores de maquinaria eléctrica emplean técnicos especializados, en la organización de su servicio de asistencia, para asesorar al consumidor en la selección del tamaño y tipo de máquina eléctrica adecuado para una condición de carga determinada. Es conveniente consultar con uno o más de estos equipos antes de adquirir una gran pieza, si se elige incorrectamente, dará lugar a un elevado costo de energía, bajo rendimiento, servicio deficiente, sobrecalentamiento, interrupción y costos de mantenimiento elevados.
  Ref.[7] y [1]

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