9. Selección de motores

Anibal T. De Almeida

Día 2

Temario• Cómo seleccionar un motor eficiente para

su aplicación

Selección de motoresCuando se elige un motor para unaaplicación determinada, hay que tener encuenta lo siguiente:• Los requerimientos mecánicos de la carga

impulsada.• La clasificación del motor.• El sistema de distribución eléctrica.• Las consideraciones físicas y

medioambientales.

Selección deun motor deinducción

IEC Design N

IEC Design H

Etiqueta del motor de inducción

Selección de un motor de inducción

• Los motores de inducción de rotor devanado sonútiles en algunas aplicaciones ya que laresistencia de los circuitos del rotor se puedemodificar para obtener las características dearranque o de marcha deseadas.

• Más caro y más mantenimiento

Selección de un motor síncronoVelocidad:• Los motores síncronos funcionan a una velocidad síncrona sin

caída de velocidad en todo el rango de carga. Hay queelegirlos si se necesita una velocidad exacta.

Corrección del factor de potencia:• Los motores síncronos pueden generar potencia reactiva para

corregir las deficiencias del factor de potencia del sistema desuministro mientras entregan potencia mecánica. Cuandosuministran potencia reactiva, se dice que están funcionando aun factor de potencia adelantado.

Reducción de los gastos de funcionamiento:• Los motores síncronos suelen ser más energéticamente

eficientes que los motores de inducción, especialmente pararangos grandes de caballo de fuerza (superiores a 1000 hp).

Selección de motores de corrientecontinua

• Se suelen elegir motores de corriente continuacuando se necesita un control preciso de lavelocidad, ya que el control de la velocidad deCC es más sencillo, menos costoso y abarcaun rango mayor que los sistemas de controlde CA.

• Se suelen seleccionar motores de CC cuandose necesita un par de arranque alto o altacapacidad de exceso de par.

• También son apropiados cuando tenemosequipos alimentados a batería.

Selección de motoresmonofásicos

CargaLos motores tienen que dimensionarse de acuerdocon los requisitos de la velocidad y del par de la cargade funcionamiento. Los tipos de carga se puedenclasificar en distintos ciclos de servicio describiendolos tiempos de funcionamiento y las variaciones decarga.• Si estamos pensando en reemplazar uno de

nuestros motores, el seguimiento del aporte deenergía eléctrica al motor en función del tiempo nosayudará a determinar el tamaño óptimo. Paraconocer la tendencia de la carga basta conregistradores a batería baratos.

Eficienciavs.carga

Arranque y paradaFrecuencia de arranque y parada.• En el caso de arranques frecuentes, cerciórese de que la temperatura

del devanado y del núcleo no superen la clasificación del motor.Requisitos del par de arranque.• Preste especial atención a las altas cargas de inercia para garantizar

que el par de arranque del motor sea el adecuado.Restricciones de aceleración• Asegúrese de que el motor que mueve la carga alcance la velocidad

máxima lo suficientemente rápido como para evitar que se dispare laprotección de sobrecarga. A la inversa, algunas cargas necesitantiempo para acelerarse hasta la velocidad máxima, p. ej. las cintastransportadoras - se puede justificar un variador de velocidad paralograr esto y mantener la corriente baja en el arranque.

Temperatura de funcionamiento

Clases térmicas para sistemas deaislamiento A E B F H

Temperatura de funcionamientomáxima (ºC) 105 120 130 155 180

La norma IEC 60085 contiene la temperatura defuncionamiento máxima para cada clase térmica

Vida del aislamiento vs. temperatura

Factor de servicio• El factor de servicio de un motor es un

indicador de su habilidad para exceder lapotencia mecánica nominal de salida de formasostenida. Un factor de servicio mayor que 1,0nos da un margen para las demandas depotencia máxima sin tener que seleccionar elmotor del tamaño siguiente.

• La eficiencia del motor durante elfuncionamiento a factor de servicio nominales, en general, menor.

Derrateo del motorPara temperaturas por encima de 40 °C y por debajo de 60° C

Para alturas superiores a 1.000 m

Estrategias de ahorro energéticoElija un reemplazo antes de que el motor falle

A veces, cuando tratamos de tener un motorfuncionando nuevamente lo más pronto posible,tomamos decisiones que satisfacen los objetivos en elcorto plazo, pero que tienen un impacto negativo sobrela eficiencia a largo plazo y la vida del motor. Es posibleque cuando hagamos esta evaluación determinemosque nos convendría reemplazar nuestros motores porotros, más eficientes y de un tamaño más apropiado.

Estrategias de ahorro energéticoAdecuación de las velocidades de funcionamiento del motor

En general, los motores con mayor eficiencia tienen unavelocidad de funcionamiento mayor, es decir un deslizamientomenor, en comparación con motores de eficiencia más baja.En promedio, el deslizamiento se reduce entre el 20 y el 30%por cada clase de eficiencia superior, para motores de lamisma potencia nominal de salida.Para la mayoría de las turbomáquinas, el consumo depotencia es proporcional a la velocidad angular al cubo. Porejemplo, un aumento de la velocidad de funcionamiento de un2% puede producir un aumento en la potencia requerida paraoperar el sistema de un 8%. Esto puede fácilmentecontrarrestar los ahorros previstos por la sustitución de unmotor por uno más eficiente.

Adecuación de las velocidades de funcionamiento del motorenergéticamente eficiente (EEM)

VENTILADORCENTRÍFUGO

MOTOR ESTÁNDAR

MOTOR DE ALTAEFICIENCIA

VELOCIDAD SÍNCRONA (%) 100%

PAR

Dimensionamiento del motorTamaño adecuado del motor para su aplicación

La eficiencia del motor es bastante constantehasta aproximadamente el 50% de la carganominal, por debajo de la cual cae rápidamente.Hay que tener cuidado de dejar un margen deseguridad adecuado, pero no excesivo. El tamañodel motor debe adecuarse a la carga máximaesperada. Un motor demasiado grande puedeaumentar los costos significativamente, ya quetodos los componentes eléctricos debendimensionarse de acuerdo con la potencia delmotor.

Dimensionamiento del motorTamaño adecuado del motor para su aplicación

Dado que los motores más eficientes se usan atemperaturas menores, su capacidad desobrecarga es, en general, mayor que la de losmotores corrientes. Por lo tanto, es raro que sesea necesario sobredimensionar el motor parademandas de potencia máxima ocasionales, loque además no es eficaz en función del costo.

Sobredimensionamiento INCONVENIENTES:• MAYOR COSTO DE CAPITAL (MOTOR Y

MANDO Y EQUIPO DE PROTECCIÓN);• MENOR EFICIENCIA DEL MOTOR Y FACTOR

DE POTENCIA;

FACTOR DE CARGA PROMEDIO POR RANGO DEPOTENCIA, EN LA INDUSTRIA Y EN EL SECTOR

TERCIARIO, UNIÓN EUROPEA, 2000.

Ejercicio: estimación de la carga de un motormecánico

Estimación de la carga aproximada a partir de la velocidad y la tensión del motorDatos de la placa de características:kW nominal del motor = 30 kWAmperaje nominal = 55 ATensión nominal = 400 VEficiencia de la placa = 92%Velocidad de la placa =1440 rpm

Datos medidosVelocidad medida = 1460 rpmCorriente de carga de entrada = 33 ATensión de funcionamiento = 415 VPotencia de entrada = 20 kW

A partir de las mediciones del método de potencia deentrada:

Potencia nominal de entrada = 30/0,92 = 32,6

Carga = 20 /32,6 = 0,61

Nota: la precisión del método disminuye cuando la carga esmenor al 40%, dado que la eficiencia cae abruptamente pordebajo de ese valor

Ejercicio: estimación de la carga de un motor

Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un motorA partir de la medición de la velocidad:Velocidad síncrona = 60 x 50/2= 1500 rpmDeslizamiento = Velocidad síncrona – Velocidad medida enrpm,= 1500 – 1460 = 40 rpm% = ( í − ) × × 100

% = 40(1500 − 1440) × 415400 × 100 = 61,9%Nota: este método arroja grandes errores con los motores grandes, por su menor deslizamiento

Ejercicio: estimación aproximada de la cargade un motorA partir de la medición de la corriente:

% = ××% = 415 × 33400 × 55 = 0,623

Nota: este método arroja errores grandes para cargas inferiores al 50%,porque el factor de potencia disminuye

Variación del fasor de la corriente con la carga

≅ sin≅ sen Ia – Corriente activaIr – Corriente reactivaI0 – Corriente en vacíoIn – Corriente nominalCos ϕ – Factor de potencia a plena carga (régimennominal de la placa de características)

I0 – Corriente en vacíoIn – Corriente nominal

Variación de la corriente del motor con la carga

Estimar la eficiencia del motor sobre el terreno

Cuando se evalúa la conveniencia de reemplazarun motor por uno Premium o Super-Premium esimportante saber la eficiencia del motor areemplazar.

La eficiencia es la potencia de salida dividida por lapotencia de potencia de entrada, aunque lamayoría de los métodos y dispositivos tratan deevaluar las pérdidas para eludir la difícil tarea demedir la potencia de salida del eje.

Estimar la eficiencia del motor sobre el terreno

Los métodos más comunes son:• Métodos de contabilidad de las pérdidas• Método del deslizamiento• Método de la corriente• Herramientas informáticas

Métodos de contabilidad de las pérdidas

Miden la mayoría de las pérdidas anteriormentemencionadas usando dispositivos especiales, como kits de"lab-in-a-box". o instrumentos convencionales muy precisos,como potenciómetros, termómetros o microóhmetros.

Estos métodos pueden alcanzar un precisión de entre el 1%y el 3% si se los utiliza cuidadosamente. Los instrumentosnecesarios son costosos y el proceso insume mucho tiempoy trabajo. Los potenciómetros deben ser precisos para losfactores de potencia muy bajos que aparecen cuando losmotores operan sin carga.

Método del deslizamientoEste método se basa en el método deldeslizamiento para calcular la carga y tienesus mismas limitaciones.

. = ( í − ) × ×= ..

Método de la corrienteEste método se basa en el método de lacorriente para calcular la carga y tiene susmismas limitaciones.

. = ×× ×= ..

Herramientas informáticasLas herramientas informáticas como Motormaster+ (disponible sin costoalguno en el sitio web del Departamento de Energía de los EE.UU.)incorporan diversos métodos para determinar la carga de motor. Sebasan en el uso de los datos de la placa de características del motorjuntamente con la potencia, la tensión y la corriente de entrada, y lavelocidad de funcionamiento.

Con el porcentaje de carga conocido, el software determina la eficienciapara la carga, a partir de cuadros predeterminados basados en el tipo demotor, la condición y los caballos de fuerza. Motormaster+ seleccionaautomáticamente el mejor método disponible de acuerdo con los datosproporcionados.

http://www1.eere.energy.gov/manufacturing/tech_deployment/software_motormaster_intl.html

Discusión

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