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EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE
MOTORES ELÉCTRICOS
Expectativa de la Evaluación de Motores
1-¿2 componentes del motor? Estator, Rotor
2-¿3 tipos de pérdidas? Eléctricas, magnéticas,
mecánicas
3-¿Qué las genera? Bobinas, hierro, fricciones
4-¿Qué entrega el motor? Potencia mecánica
5-¿Cuál es su eficiencia? Potencia mecánica de salida entre
Potencia eléctrica de entrada
Repaso de Conceptos Usados en los Motores Eléctricos
Potencia Eléctrica
(kW)
Potencia Mecánica
(kW)
POTENCIA APARENTE = S = V*A
POTENCIA ACTIVA = P = S | cos q | = Watt
FACTOR DE POTENCIA = | cos q |
POTENCIA REACTIVA = Q = V*Ar
POTENCIA ELÉCTRICA = V*A*FP*raíz(3)/1000 (kW)
POTENCIA MECANICA = 2*p*RPM*PAR/60000 (kW)
EFICIENCIA = Potencia Eléctrica (kW) / Potencia Mecánica (kW)
El tema Evaluación de los MOTORES ELECTRICOS, esque partiendo del conocimiento de los elementos quelo componen y de su comportamiento, se definan lascausas de las pérdidas en su operación, para quemediante su posible corrección, se mantengantrabajando a su máxima eficiencia.
OBJETIVO
El MOTOR convierte ENERGÍA ELÉCTRICA en
ENERGÍA MECÁNICA para realizar un trabajo.
• El 99% de las instalaciones para bombeo de agua
potable usan el Motor Eléctrico para entregar la
ENERGÍA MECÁNICA que mueve los EQUIPOS DE
BOMBEO encargados del trabajo hidráulico.
INTRODUCCION
• El Motor Eléctrico es el elemento básico en todas las
instalaciones fijas que realizaran un trabajo mecánico.
• El motor eléctrico usa energía eléctrica de corriente
alterna trifásica para convertir energía eléctrica en
mecánica de rotación.
Embobinado del estator
Embobinado del rotor
Flecha que entrega la
potencia, energía
mecánica
Entrada de potencial,
energía eléctrica
Laminado de hierro
magnético del estator
Laminado de hierro
magnético del rotor
COMPONENTES DEL MOTOR ELÉCTRICO
MOTORES
VERTICALES
MOTOR
SUMERGIBLE
SUMIDERO
MOTOR PARA BOMBA
SUMERGIBLE
MOTORES
HORIZONTALES
TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS
TORNILLO
DE
SEGURIDAD
FLECHA DE
LA BOMBA
EMBOBINADO
DEL ESTATOR
TAPA DEL
MOTOR
FLECHA DEL
MOTOR
TUERCA DE FLECHA
PARA CALIBRACION
LAMINADO DE HIERRO
MAGNETICO DEL ROTOR
Y BOBINAS EN CORTO
CIRCUITO, JAULA DE
ARDILLA
LAMINADO DE HIERRO
MAGNETICO DEL
ESTATOR
MOTOR TIPO VERTICAL ALTA EFICIENCIA
Eficiencias de motores
nuevos entre 75% y
87% según NOM-010-
ENER-2010
Gran longitud
Poco diámetro en el hierro del rotor y
en el del estator por lo cual se
requiere una gran longitud de ellos
para producir la potencia deseada
para el trabajo de la bomba.
Por esta razón tiene poca eficiencia.
MOTOR TIPO SUMERGIBLE
UNA SELECCIÓN ADECUADAPERMITE OBTENER LA MAYOREFICIENCIA EN LA OPERACIÓNDEL MOTOR
• Potencia (HP o kW)
• Número de polos
• Velocidad (rpm)
• Voltaje y frecuencia (Volt, Hz)
• Consumo de corriente
• Factor de Potencia (FP%)
• Eficiencia (h)
• Temperatura de operación (+ºC)
• Altitud (m.s.n.m.)
• Condiciones de operación
• Tipo de montaje
• Tipo de acoplamiento
Factores que influyen en la eficiencia
• La carcasa es: anclaje que resiste el par motor, soporta el eje del rotormediante rodamientos y sus aletas disipan el calor.
• El ESTATOR - consta de una carcasa, un núcleo de hierro magnético laminadoy un embobinado de alambre conductor de cobre aislado.
DISEÑO DE PARTES QUE CONTRIBUYEN A LA EFICIENCIA DEL MOTOR
Su estado físico es básico para la eficiencia de operación.
• Las pérdidas se convierten en calentamiento que se trasmite a la carcasa paraevitar que se deteriore el barniz aislante y aumente la resistencia eléctrica.
• EL ROTOR
Ranuras de rotor
geométricamente
Optimizadas.
Se compone de laminación de hierro
magnético con ranuras para inyectar el
conductor de cobre o aluminio que forma el
embobinado puesto en corto circuito en los
extremos, montado sobre una flecha, con
un ventilador en un extremo.
Cobre de Alta
Conductividad.
Reducción de
pérdidas por
ventilación
debido al
acabado liso de
los anillos de
corto circuito.
Tipo de rodamientos
(antifricción)
DISEÑO DE PARTES QUE CONTRIBUYEN A LA EFICIENCIA DEL MOTOR
Flecha
Rodamiento
Rotor jaula
de ardilla
Tapa de carcasa Ventilador
Se requiere ventilador de
gran capacidad de flujo
para disipar las pérdidas
en el motor limitando la
temperatura de trabajo
mediante el enfriamiento.
Sistema avanzado de Enfriamiento
Pérdidas en
Embobinado
disipada por
el estator
Pérdidas
mecánicas
por
ventilador
Pérdida
mecánica,
fricción en
rodamientos
Pérdida en
el rotor,
• Vista infrarroja de las Pérdidas en un Motor Eléctrico
PÉRDIDAS EN UN MOTOR ELÉCTRICO
La diferencia de potencial (V) aplicada a las bobinas del
motor, origina una corriente eléctrica (A) que genera
campos magnéticos en el hierro del estator, estos inducen
en el hierro del rotor magnetismo que produce una
corriente en su embobinado (jaula de ardilla en corto
circuito), los campos magnéticos producen fuerzas
opuestas y hacen girar el rotor con un par motor (F*d) y
una velocidad de rotación (rpm), el resultado es una
POTENCIA que hace trabajar a la bomba.
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELÉCTRICO
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
En las tres fases se producen corrientes
variables debido a voltajes senoidales
que generan campos magnéticos
variables en el estator del motor.
El campo magnético cierra el circuito
magnético con el hierro del rotor
generado en la bobina en corto circuito
del rotor una corriente que genera unafuerza electromagnética.
¿QUE HACE GIRAR A UN MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE ARDILLA?
Esta fuerza variable en el rotor crea un
Par Motor debido a la existencia de undeslizamiento y lo hace girar.
• Se llama DESLIZAMIENTO (s) a la relación entre la velocidad derotación real y la sincrónica correspondiente según el número de polosdel motor como sigue:
Principio de Funcionamiento acerca del Deslizamiento
• El deslizamiento genera la fuerza electromotriz debido a la corriente
inducida en el rotor por el flujo magnético.
• La velocidad de sincronismo correspondiente se obtiene:
rpmsincro=60*f (Hz)*2/p
• En la placa de cada motor siempre se encuentra la velocidad del rotor o
sea de la flecha a plena carga y el número de polos (p), rpm de placa.
• Por consiguiente el rotor gira con una velocidad menor a la que giran los
capos magnéticos del estator (rpmsincro).
s=1-(rpmreal/rpmsincro)
La tensión e2 inducida en el rotor
debida al deslizamiento, establece una
corriente i2 que circula en el anillo en
corto circuito de la jaula de ardilla del
rotor de largo=L y diámetro=d
Esta corriente i2 en el rotor crea una
densidad de flujo magnético B a lo
largo del anillo y a su vez una fuerza F
que produce un par motor (Torque) y
por la velocidad de rotación, una
Potencia.
F=B*i2*L*constante
Principio de Funcionamiento Eléctrico en el Rotor
PAR MOTOR = F * d
Diagrama Unifilar de Funcionamiento del Motor eléctrico
Voltaje senoidal
aplicado 460 V
Resistencia del
embobinado del
estator
Corriente en la
alimentación al
motorCorriente en el rotor Inductancia
en el rotor
Resistencia de la
jaula de ardilla
Inductancia en el
hierro del estator
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ELECTRICO
Potencia= Par*2*p*rpm
B = flujo magnético - weber (Wb) - m2 · kg · s-2 · A-1 - V·s
B flujo magnético o flujo de inducción magnética–sus unidades son:
F=B*i2*L*constante
PAR MOTOR = F * d
Diagrama Vectorial de Funcionamiento del Motor eléctrico
-E1=E2
V=Voltaje de entrada
-E1=V-I1R1-I1X1
I2=-I1-In
Potencia= (i22*R2/s)-1
:
La potencia mecánica P2 entregada en la flecha de un motor, se obtiene
después de transformar energía, tratando de sufrir un mínimo de pérdidas.
BALANCE DE POTENCIA DE UN MOTOR
pérdidas eléctrica: pCu1estator+pCu2rotor
P2 = P1-pelec-pmag-pmec
pérdidas magnéticas: pFe1estator+pFe2rotor+pFe_entrehierro
pérdidas mecánicas: pfric+ pvent
h=(Potencia Mecánica P2/ Potencia Eléctrica P1)*100
Eficiencia típica de motores estándar de inducción tipo jaula de ardilla de 1800 RPP
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 25 50 75 100 125
Carga (%)
Efic
ien
cia
(%
)
1 HP 10 HP 100 HP
• Curvas de eficiencia de motores comunes
• Mientras más grande
sea el motor, más
plana es esta curva y
la eficiencia tenderá a
caer para un el
porcentaje de carga
mayor cuando más
chico es el tamaño delmotor
EFICIENCIA DE UN MOTOR SEGÚN FACTOR DE CARGA Y TAMAÑO
kW CP 2 Polos 4 Polos 6 Polos 8 Polos 2 Polos 4 Polos 6 Polos 8 Polos
0,746 1 77,0 85,5 82,5 74,0 77,0 85,5 82,5 74,0
1,119 1,5 84,0 86,5 87,5 77,0 84,0 86,5 86,5 75,5
1,492 2 85,5 86,5 88,5 82,5 85,5 86,5 87,5 85,5
2,238 3 86,5 89,5 89,5 84,0 85,5 89,5 88,5 86,5
3,730 5 88,5 89,5 89,5 85,5 86,5 89,5 89,5 87,5
5,595 7,5 89,5 91,7 91,0 85,5 88,5 91,0 90,2 88,5
7,460 10 90,2 91,7 91,0 88,5 89,5 91,7 91,7 89,5
11,19 15 91,0 92,4 91,7 88,5 90,2 93,0 91,7 89,5
14,92 20 91,0 93,0 91,7 89,5 91,0 93,0 92,4 90,2
18,65 25 91,7 93,6 93,0 89,5 91,7 93,6 93,0 90,2
22,38 30 91,7 93,6 93,0 91,0 91,7 94,1 93,6 91,0
29,84 40 92,4 94,1 94,1 91,0 92,4 94,1 94,1 91,0
37,30 50 93,0 94,5 94,1 91,7 93,0 94,5 94,1 91,7
44,76 60 93,6 95,0 94,5 91,7 93,6 95,0 94,5 92,4
55,95 75 93,6 95,4 94,5 93,0 93,6 95,0 94,5 93,6
74,60 100 94,1 95,4 95,0 93,0 93,6 95,4 95,0 93,6
93,25 125 95,0 95,4 95,0 93,6 94,1 95,4 95,0 93,6
111,9 150 95,0 95,8 95,8 93,6 94,1 95,8 95,4 93,6
149,2 200 95,4 96,2 95,8 94,1 95,0 95,8 95,4 93,6
186,5 250 95,8 96,2 95,8 94,5 95,0 95,8 95,4 94,5
223,8 300 95,8 96,2 95,8 --- 95,4 95,8 95,4 ---
261,1 350 95,8 96,2 95,8 --- 95,4 95,8 95,4 ---
298,4 400 95,8 96,2 --- --- 95,8 95,8 --- ---
335,7 450 95,8 96,2 --- --- 95,8 96,2 --- ---
373 500 95,8 96,2 --- --- 95,8 96,2 --- ---
MOTORES ABIERTOS MOTORES CERRADOSPotencia NominalTabla 2.- Valores de
eficiencia nominal a
plena carga para
motores verticales y
horizontales, en por
ciento
Eficiencia energética
de motores de
corriente alterna,
trifásicos, de
inducción, tipo jaula
de ardilla, en
potencia nominal de
0,746 a 373 kW
EFICIENCIA MINIMA-NORMA Oficial Mexicana NOM-016-ENER-2010
MEJORA DE LAS EFICIENCIAS MINIMAS EN MOTORES
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
1 1,5 2 3 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500
NEMA -E 86.5 87.5 87.5 89.5 90.2 91.0 91.7 92.4 93.0 93.6 94.1 94.5 95.4 95.4 95.4 95.4 95.4 95.8 95.8 96.2 96.2 96.5 96.5 96.8 96.8
NOM-2010 85.5 86.5 86.5 89.5 89.5 91.7 91.7 92.4 93.0 93.6 93.6 94.1 94.5 95.0 95.4 95.4 95.4 95.8 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2
Alta eficiencia 82.5 84.0 84.0 87.5 87.5 89.5 89.5 91.0 90.9 92.6 92.6 93.5 93.4 93.9 94.4 94.7 93.5 94.6 94.9 95.0 95.6
NOM-1978 75.0 79.0 81.0 81.0 84.0 85.0 86.5 87.0 87.0 89.2 90.0 90.0 91.0 91.5 91.5 92.0 92.0 92.5 93.2
NOM-1997 75.3 80.0 81.0 81.0 84.0 86.5 86.5 87.5 87.5 89.5 90.2 90.2 91.0 91.7 91.7 92.5 92.5 92.5 93.2
NOM-2002 82.5 84.0 84.0 87.5 87.5 89.5 89.5 91.0 91.0 92.5 92.5 93.0 93.0 93.8 94.2 94.5 94.5 95.0 95.0
PREMIUM 85.5 86.5 86.5 89.5 89.5 91.8 91.8 92.5 93.0 93.6 93.6 94.3 94.5 95.0 95.4 95.4 95.4 95.8 96.0
EF
ICIE
NC
IA
NORMAS DE EFICIENCIA DE MOTORES POR CP
El rotor arranca con deslizamiento del 100%, el
par de inicio vale aproximadamente 150% del
par a plena carga y la corriente de 500 %.
COMPORTAMIENTO EN EL ARRANQUE
El deslizamiento continua descendiendo hasta
el deslizamiento a plena carga, el par motor
desciende a su valor de plena carga y la
corriente demandada por el estator desciende
al valor de corriente de plena carga.
El par se va incrementando con la aceleración
del motor, llega a un máximo, llamado par de
retiro, sobre el 350% del par a plena carga para
un deslizamiento de 30%, la corriente en el
estator ha disminuido a un 350%.
Curvas características (un motor 15 CP) el
valor de eficiencia se mantiene en 85%
por un rango de 35% a 125% de la carga,
el factor de potencia en 87% del 50% al
110% de la carga.
COMPORTAMIENTO CARACTERISTICO EN OPERACION
Se observa en la curva una velocidad de
1740 rpm a plena carga del motor, esto es
un deslizamiento a plena carga de 3.3%
La eficiencia del motor en esta curva
empieza a descender prácticamente a 1/3
de la potencia de salida.
Con menor carga del 50% el factor de
potencia tiende a disminuir rápidamente.
EFICIENCIA DE MOTORES ELÉCTRICOS
Pérdidas de la eficiencia nominal por los siguientes
factores:
Antigüedad
Rebobinados
Desbalance de voltaje de alimentación
Voltaje de alimentación diferente al nominal
La eficiencia nominal de un motor eléctrico ya afectada por el Factor de carga de
acuerdo a sus curvas características también son afectadas por factores internos
de uso y mantenimiento y factores externos por la calidad de la energía.
Otros Factores - Metodología de Evaluación
• La vida útil de un motor implica que los arranques y pequeños periodos desobre carga, eleven las temperaturas de los aislamientos de losconductores y de la laminación de hierro.
EFICIENCIA SEGÚN SU ANTIGÜEDAD
• Con su antigüedad se va afectando la eficiencia del motor.
EFICIENCIA SEGÚN SU ANTIGÜEDAD
Eficiencia de Motores Eléctricos
Corregir la eficiencia nominal por los siguiente
factores:
Antigüedad
Si el motor tiene más de 5 años: FAan = 0.01
Si el motor tiene más de 10 años: FAan = 0.02
Según su antigüedad
Metodología de Evaluación
Durante el proceso de reparación
de rebobinado de un motor
eléctrico dañado, su eficiencia se
deprecia según el cuidado que se
tenga al retirar las bobinas dañadas
no debiendo maltratar el laminado
de hierro magnético por el uso de
alta temperatura para quemar el
barniz y poderlo retirar, pudiendo
llegar el factor de pérdida hasta un
2.5% aproximadamente.
Rebobinado del motor
PERDIDA DE EFICIENCIA POR REPARACIONES
METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE PERDIDAS
Corregir la eficiencia nominal por los siguiente factores:
Rebobinados
Temperatura (°C) Restar
<335 0.0053
360 0.0117
>390 (soplete) 0.0250
Química 0.0040
La corrección si el motor ha sido rebobinado, es depreciar la eficiencia en
función a la temperatura a la que se expuso el motor durante el proceso de
rebobinado para extraer el embobinado dañado
PERDIDA DE EFICIENCIA POR REPARACIONES
Cambios de las características de los motores por variaciones de su voltaje
nominal y variaciones de la frecuencia de operación (causas externas)
EFECTO DE LAS VARIACIONES DE LOS VALORES NOMINALES
-12.00%
-10.00%
-8.00%
-6.00%
-4.00%
-2.00%
0.00%
-25
.00
%-2
4.0
0%
-23
.00
%-2
2.0
0%
-21
.00
%-2
0.0
0%
-19
.00
%-1
8.0
0%
-17
.00
%-1
6.0
0%
-15
.00
%-1
4.0
0%
-13
.00
%-1
2.0
0%
-11
.00
%-1
0.0
0%
-9.0
0%
-8.0
0%
-7.0
0%
-6.0
0%
-5.0
0%
-4.0
0%
-3.0
0%
-2.0
0%
-1.0
0%
0.0
0%
1.0
0%
2.0
0%
3.0
0%
4.0
0%
5.0
0%
6.0
0%
7.0
0%
8.0
0%
9.0
0%
10
.00
%1
1.0
0%
12
.00
%1
3.0
0%
14
.00
%1
5.0
0%
16
.00
%1
7.0
0%
18
.00
%1
9.0
0%
20
.00
%2
1.0
0%
22
.00
%2
3.0
0%
24
.00
%2
5.0
0%
26
.00
%2
7.0
0%
28
.00
%2
9.0
0%
30
.00
%
Dis
min
uci
ón
de
la e
fici
enci
a en
%
DISMINUCIÓN EN LA EFICIENCIA DESVIACIÓN CONTRA V NOMINAL
DISMINUCION DE LA EFICIENCIA=((V/Vnominal)-1)*(0.07-1.334*(V/Vnominal)-1)-0.0009
EFECTO DE LAS VARIACIONES DE LOS VALORES NOMINALES DE VOLTAJE
Evaluación de la pérdida de eficiencia por la
operación de un motor con Voltaje diferente del
nominal
Disminuir la eficiencia nominal por el siguiente factor:
Voltaje de alimentación diferente al nominal
VV = ( Vreal – Vplaca) / Vplaca
FAvv = VV*(0.07-1.334*VV)-0.0009
PERDIDAS POR DIFERENCIA DE VOLTAJE CON EL NOMINAL
Los embobinados del estator en conexión delta o estrella, carecen de neutro a
tierra, por lo que un desbalanceo provoca corrientes de secuencia negativa.
EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES
Los análisis de laboratorio indican que hasta un 2% de desbalance, los motores
no se ven muy afectados. Por encima del 2%, la eficiencia se verá reducida,
requiriéndose una reducción dela potencia de la máquina.
El flujo magnético con sentido rotacional inverso provoca:
• Calentamiento adicional en el embobinado del estator.
• Pérdidas adicionales de potencia activa.
• Par adicional en dirección opuesta.
• Vibraciones mecánicas.
El par motor total transmitido queda compuesto por un positivo (directo) más
uno de menor intensidad en sentido contrario equivalente a un freno eléctrico.
En general, los efectos se resumen en la aparición de componentesde corriente de secuencia inversa y homopolar que dan comoresultado:
EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES Y SUS CONSECUENCIAS
• Calentamiento adicional
de máquinas, limitándose
la capacidad de carga
nominal.
• Pérdidas adicionales de
potencia y energía.
La principal causa son las cargas monofásicas del sistema trifásico, debido
a una distribución de consumidores de baja tensión de índole monofásicos.
CAUSAS DEL DESBALANCE DE FASES
El efecto de un banco trifásico de capacitores con una fase fuera de servicio
presentará un desbalance de corriente reactiva capacitiva que desbalancea
el voltaje.
La carencia de un correcto sistema de puesta a tierra para poner a tierra el
neutro de la estrella del transformador permite desbalances en la tensión.
La configuración de red radial, mostrará niveles mayores que una red
mallada.
Se ve una terna desbalanceada con tensión de neutro (respecto de tierra), sus componentes son:
DESCOMPOSICIÓN EN COMPONENTES SIMÉTRICAS DEL DESBALANCE
Representación
gráfica
La suma vectorial de cada fase, es igual a la tensión de fase presente en la carga.
Una tensión homopolar.
Una secuencia negativa tiene el sentido invertido A-C-B.
Una secuencia positiva el mismo orden de giro secuencia A-B-C.
La medición de desbalance expresa la relación entre la tensión de secuencia negativa respecto de la
positiva. Esta relación puede encontrarse expresada de varios modos. En general se utilizan las tensiones
de línea, a modo de eliminar la componente homopolar, ya que influiría en la medición del factor de
desbalance.
• IEC 61000-4-30 – IEEE P1159.1, Desbalance de Secuencia NegativaEl cociente de la componente de tensión de secuencia negativa con la secuencia positiva.
• IEC 61000-2-1 – IEC 61000-4-27 – NEMA - ANSI C84.1El cociente entre la máxima diferencia entre las tensiones de fase y la tensión promedio, con la tensión
promedio
• IEC 61000-2-12Se representa mediante la siguiente expresión
MEDICIÓN DE DESBALANCE DE TENSIÓN
2
0.00%
50.00%
100.00%
150.00%
200.00%
250.00%
300.00%
350.00%
Series1
%Perdida de total=)((V-Vp)/Vp)*100*(0.0113+(0.0073*(V-Vp/Vp)*100))
Por el desbalance
en el VOLTAJE de
alimentación, existe
una disminución de
la eficiencia que se
calcula como un
porcentaje de
incremento en las
pérdidas totales.
Por ejemplo para desbalance de 7.5% el incremento de las pérdidas totales es de 50%
EVALUACION DE LA PERDIDA POR EFECTO DEL DESBALANCE DE FASES
Disminuir la eficiencia nominal por el siguiente
factor:
Desbalance de voltaje de alimentación
DV = (máx(Vmáx-Vprom) , (Vprom-Vmin)) /
Vprom
FAdv = 1-DV*(0.0113 + 0.0073*DV)
Nota: el valor DV es directamente el %
Pérdida de eficiencia por desbalance del Voltaje
EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES
EFECTO DEL DESBALANCE DE VOLTAJE
TRANSFORMADOR:
Tipo: Pedestal
Capacidad: 300 kVA
Rel. de transf.:
34500/460
-257 V.
Tipo Conexión Baja (Delta (D) Estrella (Y)) Y
Numero de equipos que alimenta: 1
Temperatura MAX en termometro: 65ºC
INTERRUPTOR GENERAL
Marca: SIEMENS
Capacidad: 350 A
Ajuste: 350 A
INTERRUPTOR INDIVIDUAL DEL EQUIPO
Marca: SIEMENS
Capacidad: 300 A
Ajuste: 300 A
CONDUCTORES
PRINCIPAL
CONDUCTORES A
MOTOR
Transformador - Int.
Gen
Arrancador - Motor Tramo
1
Calibre: 3/0
Awg/
kcm Calibre: 300
Awg/k
cm
Longitud: 40.00 m. Longitud:50.00m.
Hilos x
Fase: 2
Hilos por
Fase: 1
Int. General - Int.
Secundario
Arrancador - Motor
Tramo 2
Calibre: 350.0
Awg/
kcm Calibre:
Awg/k
cm
Longitud: 10.0 m. Longitud: m.
Hilos x
Fase: 1
Hilos por
Fase:
DATOS
EJEMPLO DE CALCULO DE PERDIDAS ADICIONALES
2.2 MEDICIONES ELÉCTRICAS
TENSIÓN
"Y" Fase a
Neutro Va-n: 260.0 Vb-n: 247.0 Vc-n: 255.0
"∆" Fase a Fase Vp: 440 Va-b: 450.0 Vb-c: 428.0 Vc-a: 442.0
CORRIENTE POR
FASE: Ip: 254.6 Ia: 253.0 Ib: 258.7 Ic: 252.2
POTENCIA ACTIVA: Pt: 167.5 Pa: 56.6 Pb: 54.3 Pc: 56.6
FACTOR DE
POTENCIA FPp: 86.3 Fpa: 0.86 FPb: 0.85 FPc: 0.88
DISTORSIÓN ARMÓNICA: THD-V 1.10 THD-I 1.30
DATOS Y MEDICIONES
1.2 MOTOR ELÉCTRICO
DATOS DE PLACA o NOMINALES:
Marca: SIEMENS Tensión: 460 V Tipo: HORIZONTAL
Capacidad: 250 HP Corriente: 300.0 A Frame: CERRADO
Velocidad: 1800 RPM Eficiencia: 96.2% F.S. 1.15
HISTORIAL:
Antigüedad: 17 años Operación: 5000 hrs/año # de rebobinados: 2
OBSERVACIONES:
3.1 EVALUACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO
PÉRDIDAS EN TRANSFORMADOR, SOLO CUANDO MEDICIÓN ES ANTES DE TRANSFORMADOR
Capacidad Nominal
KVAkVA medidos Fact. Carga TR
Pérdidas
En Hierro (kW) En Cobre (kW)
Totales
(kW)
Anual
kWh/año
300 112.02 0.373 0.910 2.734 3.644 18,220
PERDIDAS EN CONDUCTORES ELÉCTRICOS
Tramo CalibreLong.
(m)Hilos/f
ase
Resistencia Corr.
(A)
Oper.
h/año
Pérdidas
Ω/km Ω kW kWh/año
Condición
Actual
Transf-Interruptor
General3/0 40.0 2
0.252 0.010
127.
3 5000 0.98 4,902
Interrup. Gen -
Secundario350 10.0 1
0.120 0.001
254.
6 5000 0.23 1,167
Arrancador-Motor
Tramo 1300 50.0 1
0.141 0.007
254.
6 5000 1.37 6,857
Arrancador-Motor
Tramo 20.0 0
0.000 0.000 0.0 0 0.00 0
PERDIDAS TOTALES EN SISTEMA ELÉCTRICO 6.23 31,145
EVALUACIONES
3.2 EVALUACIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO
Promedio Desbalance Calificativo V/Vn
EVALUACIÓN DE LA
EFICIENCIA
TENSIÓN (V) 438.13 2.77% Alto -4.8% F. Carga 74.21%
CORRIENTE (A) 254.63 1.60% Bajo η nominal 95.99%
POTENCIA (kW) 166.13 2.75% Bajo Depreciación 12.68%
FACT. POT. 86.0% 1.94% Bajo η real 83.31%
EVALUACION DEL MOTOR ELECTRICO
POTENCIA MANOMÉTRICA
(Pw)
Real de acuerdo a
Mediciones: 100.75 kW Pw con datos de diseño:N/D
kW
EFICIENCIA:
Eficiencia electromecánica: 60.64% Eficiencia de la bomba: 72.79%
EVALUACION EFICIENCIAS DE MOTOR Y BOMBA
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DEL MOTOR
HP Efic' FCEfic.
Nom
Efic.
(A)%Efic. (B)% FA ant FA reb FA reb FA dv
250
83.31%
0.7421 95.99% 96.0% 96.2% 2.00% 2.00%
-
0.00724 91.28%
Pérdida en Sist. Electrico3.7%
Pérdida en el motor16.5%
Pérdida en la bomba21.7%
Pérdida en la succ. y desc.0.0%
Pérdida de carga en conducción
5.7%
Pérdida en fugas de agua5.2%
Energía de Trabajo Útil47.2%
BALANCE DE ENERGÍA
3.5. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL EQUIPO EVALUADO
Vol. Bombeado
(m3/año)
Energía Consumida
(kWh/año)
Carga de
Bombeo (m) Índice Energ. (kWh/m3) 0.468
1,800,000 842,402 102.70 IE Estand. (kWh/m3x100m) 0.4557
Cap. Motor 250 HP
Rango
eval. D
Calificación de Desempeño
Eficiencia.Insuficiente
EVALUACION FINAL
• Se observa en el ejemplo propuesto la influencia de los factoresexternos en la eficiencia final del motor, como son la antigüedadcon una pérdida adicional de 2%, las dos reparaciones en 2%, eluso del motor en ves de 460 V a 440 V influye en 0.724% y eldesbalance de las fases de 2.77% que afecta al total de pérdidascompletando una depreciación de 12.68%.
COMENTARIOS
• Finalmente la Calificación del Desempeño de la Eficiencia tiene
un resultado INSUFICIENTE debido a la baja eficiencia en el
moto eléctrico.
Mantenimiento Deficiente - Acciones para Mejorar el Mantenimiento
• Revisar periódicamente las conexiones del motor, junto con las
de su arrancador.
• Mantener en óptimas condiciones los sistemas de enfriamiento y
ventilación de los motores
• Efectuar rutinariamente la limpieza del motor, con el propósito de
eliminar la suciedad, polvo y objetos extraños, que impidan su
óptimo funcionamiento.
• Evitar que el núcleo del motor sea sometido a altas temperaturas
o vibraciones
• Implantar un programa de mantenimiento preventivo y predictivo.
Afectación por la calidad de la energía en la Eficiencia de los Motores
Desbalance de Tensión y/o
Corriente debida a fenómenos
Armónicos que generalmente
AFECTAN DIRECTAMENTE LA
EFICIENCIA DEL MOTOR,
incrementando las pérdidas de
energía.
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Corr
ient
e (I
)
Fase "a" (A) Fase "b" (A) Fase "c" (A)
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
a
c b
b1 c1
a1
Armónicos de Corriente
CALIDAD DE LA ENERGÍA
Efecto en la eficiencia del motor debido al Factor de Armónicas en el Voltaje
La eficiencia del motor de inducción cuando
opera alimentado con armónicos de voltaje se
reduce debido al incremento de las pérdidas
causadas por los armónicos de corriente
presentes en el embobinado del motor.
FACTOR DE ARMÓNICAS EN EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN
Donde:h es la eficiencia del motor alimentado con tensión sinusoidal.
hc es la eficiencia del motor cuando el voltaje aplicado tiene armónicos.
hc=DF^2 /((1/h)+DF^2-1)
Para estimar la eficiencia puede usarse lasiguiente ecuación, que esta en función del DF
Definición del Factor de Armónicas
Es la raíz cuadrada de
las sumas de los
cuadrados de los
valores de las
armónicas nones, no
incluyendo aquellas
que son divisibles entre
3, dividido entre el
número de armónica
correspondiente.
CALIDAD DE LA ENERGIA CONTRA LA EFICIENCIA DEL MOTOR
OTROS METODOS PRACTICOS DE ANALISIS DE EFICIENCIA
El conocimiento de la eficiencia actual con la que se encuentra trabajando un
motor es fundamental.
La placa informa la eficiencia con la cual fue vendido el motor (h), su
velocidad de rotación (rpmp) para una Potencia de plena carga (kW).
Mediante la medición de los parámetros eléctricos se obtiene la Potencia de
entrada actual Pe en (kWe) y se mide con un tacómetro la velocidad de
rotación (rpms).
La Potencia de salida es:
Ps en (kWs) = (rpm)-(rpms)/(rpm)-(rpmp))*P
Donde rpms es la de sincronismo obtenida por el número de polos
La eficiencia actual (h) = Ps / Pe
EJEMPLO
El motor tiene los
siguientes datos de placa
Un motor reparado por falla en los devanados o por antigüedad, puede llegar a
disminuir su eficiencia debido al aumento de las pérdidas del orden de 2% al
5%. Para cuantificarlas se recomienda realizar mediciones.
Volt = 440
HP = 400
Fases = 3
Hert = 60
Amper = 442
Eficiencia 96.5%
RPM = 1777
Factor de servicio = 1
Diseño E
Clase A
Temperatura 40ºC
Msnm 2280
Después de la reparación trabajando con carga, se
obtienen las siguientes mediciones: V=465, A =365,
RPM=1770, FP=84%
HP=((1800-1777)/(1800-1770))*400=307
kW salida=307*0.746=229
kW entrada=(465*365*.84)*raíz(3)/1000=247
Eficiencia=229/247=0.9275
EFICIENCIA = 92.75 %
Después de la reparación la eficiencia del motor ha
disminuido en 0.965-0.9275=0.0375
AUMENTO DE PERDIDAS EN EL MOTOR 3.75%
ESTIMACIÓN COSTO BENEFICIO
En la evaluación del motor eléctrico anterior, el motor trabaja 7000 horas durante
el año.
La pérdida de eficiencia por reparación y antigüedad del 3.75% por hora que son
18 kW, representan 126,000 kWh por año de pérdida adicional, si el costo
promedio es de $1.00 por kWh, la pérdida anual es de $126,000.
La opción es desechar el motor y adquirir uno nuevo cuyo costo es de $270,000
El análisis de costo beneficio indica una recuperación de la inversión de:
RI=270000/126000= 2.14 Años, lo cual indica recuperación entre corto y
mediano plazo.
El análisis debe tomar en cuenta que la vida útil del motor es de 20 años,
considerando su depreciación contable.
Debe pensarse en que el ahorro de energía seria por los 20 años de vida
útil.
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