9. Selección de motores

9. Selección de motores
Anibal T. De Almeida
Día 2
1
Temario
• Cómo seleccionar un motor eficiente para
su aplicación
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Selección de motores
Cuando se elige un motor para una
aplicación determinada, hay que tener en
cuenta lo siguiente:
• Los requisitos mecánicos de la carga
impulsada.
• La clasificación del motor.
• El sistema de distribución eléctrica.
• Las consideraciones físicas y
medioambientales.
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Selección
de un
motor de
inducción
IEC Design N
IEC Design H
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Etiqueta del motor de inducción
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Selección de un motor de
inducción
• Los motores de inducción de rotor devanado son
útiles en algunas aplicaciones ya que la
resistencia de los circuitos del rotor se puede
modificar para obtener las características de
arranque o de marcha deseadas.
• Más caro y más mantenimiento
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Selección de un motor síncrono
Velocidad:
• Los motores síncronos funcionan a una velocidad síncrona sin
caída de velocidad en todo el rango de carga. Hay que
elegirlos si se necesita una velocidad exacta.
Corrección del factor de potencia:
• Los motores síncronos pueden general potencia reactiva para
corregir las deficiencias del factor de potencia del sistema de
suministro mientras entregan potencia mecánica. Cuando
suministran potencia reactiva, se dice que están funcionando a
un factor de potencia adelantado.
Reducción de los gastos de funcionamiento:
• Los motores síncronos suelen ser más energéticamente
eficientes que los motores de inducción, especialmente para
rangos de muchos caballos de fuerza (más de 1000 hp).
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Selección de motores de corriente
continua
• Se suelen elegir motores de corriente continua
cuando se necesita un control preciso de la
velocidad, ya que el control de la velocidad de
CC es más sencilla, menos costosa y abarca
un rango mayor que los sistemas de control
de CA.
• Se suelen seleccionar motores de CC cuando
se necesitar un par de arranque alto o alta
capacidad de exceso de par.
• También son apropiados cuando tenemos
equipos alimentados a batería.
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Selección de motores monofásicos
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Carga
Los motores tienen que dimensionarse de acuerdo
con los requisitos de la velocidad y del par de la carga
de funcionamiento. Los tipos de carga se pueden
clasificar en distintos ciclos de servicio describiendo
los tiempos de funcionamiento y las variaciones de la
carga.
• Si estamos pensando en reemplazar uno de
nuestros motores, el seguimiento del aporte de
energía eléctrica al motor en función del tiempo nos
ayudará a determinar el tamaño óptimo. Para
conocer la tendencia de la carga, basta con
registradores a batería baratos.
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Eficiencia
vs.carga
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Arranque y parada
Frecuencia 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 la
protección de sobrecarga. A la inversa, algunas cargas necesitan
tiempo para acelerarse hasta la velocidad máxima, p. ej. las cintas
transportadoras - se puede justificar un variador de velocidad para
lograr esto y mantener la corriente baja en el arranque.
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Temperatura de funcionamiento
La norma IEC 60085 contiene la temperatura de
funcionamiento máxima para cada clase térmica
Clases térmicas para sistemas de
aislamiento
Temperatura de funcionamiento
máxima (ºC)
A
E
105 120
B
F
H
130 155 180
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Vida del aislamiento vs. temperatura
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Factor de servicio
• El factor de servicio de un motor es un
indicador de su habilidad para exceder la
potencia mecánica nominal de salida de forma
sostenida. Un factor de servicio mayor que 1,0
nos da un margen para las demandas de
potencia pico sin tener que seleccionar el
motor del tamaño siguiente.
• La eficiencia del motor durante el
funcionamiento a factor de servicio nominal
es, en general, menor.
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Derrateo del motor
Para temperaturas por encima de 40 °C y por debajo de 60° C
Para alturas superiores a 1000 m
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Estrategias de ahorro energético
Elija un reemplazo antes de que el motor
falle
A veces, cuando tratamos de tener un motor
funcionando nuevamente lo más pronto posible,
tomamos decisiones que satisfacen los objetivos en el
corto plazo pero que tienen un impacto negativo sobre la
eficiencia a largo plazo y la vida del motor. Es posible
que cuando hagamos esta evaluación determinemos
que nos convendría reemplazar nuestros motores por
otros, más eficientes y de un tamaño más apropiado.
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Estrategias de ahorro energético
Adecuación de las velocidades de funcionamiento del motor
En general, los motores con mayor eficiencia tienen una
velocidad de funcionamiento mayor, es decir un deslizamiento
menor, en comparación con motores de menor eficiencia. En
promedio, el deslizamiento se reduce entre el 20 y el 30% por
cada clase de eficiencia superior, para motores de la misma
potencia nominal de salida.
Para la mayoría de las turbomáquinas, el consumo de
potencia es proporcional a la velocidad angular al cubo. Por
ejemplo, un aumento de la velocidad de funcionamiento de un
2% puede producir un aumento en la potencia requerida para
operar el sistema de un 8%. Esto puede fácilmente
contrarrestar los ahorros previstos por la sustitución de un
motor por uno más eficiente.
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Adecuación de las velocidades de funcionamiento de un
motor energéticamente eficiente EEM
MOTOR DE ALTA
EFICIENCIA
PAR
MOTOR ESTÁNDAR
VENTILADOR
CENTRÍFUGO
VELOCIDAD SÍNCRONA (%)
100%
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Dimensionamiento del motor
Tamaño adecuado del motor de acuerdo con la
aplicación
La eficiencia del motor es bastante constante hasta
aproximadamente el 50% de la carga nominal, por
debajo de la cual cae rápidamente. Hay que tener
cuidado de dejar un margen de seguridad
adecuado, pero no excesivo. El tamaño del motor
debe adecuarse a la carga pico esperada. Un motor
demasiado grande puede aumentar los costos
significativamente, ya que todos los componentes
eléctricos deben dimensionarse de acuerdo con la
potencia del motor.
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Dimensionamiento del motor
Tamaño adecuado del motor de acuerdo
con la aplicación
Dado que los motores más eficientes se usan a
temperaturas menores, su capacidad de
sobrecarga es, en general, mayor que la de los
motores corrientes. Por lo tanto, es raro que se
sea necesario sobredimensionar el motor para
demandas de potencia pico ocasionales, lo que
además no es eficaz en función del costo.
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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 DE
POTENCIA, EN LA INDUSTRIA Y EN EL SECTOR
TERCIARIO, UNIÓN EUROPEA, 2000.
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Ejercicio: estimación de la carga de un motor mecánico
Estimación de la carga aproximada a partir de la velocidad y la tensión del motor
Datos de la placa de características:
kW nominal del motor
= 30 kW
Amperaje nominal
= 55 A
Tensión nominal
= 400 V
Eficiencia de la placa
= 92%
Velocidad de la placa
=1440 rpm
Datos medidos
Velocidad medida
Corriente de carga de entrada
Tensión de funcionamiento
Potencia de entrada
= 1460 rpm
= 33 A
= 415 V
= 20 kW
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Ejercicio: estimación de la carga de un motor
A partir de las mediciones del método de potencia de
entrada:
Potencia nominal de entrada = 30/0,92 = 32,6
Carga = 20 /32,6 = 0,61
Nota: la precisión del método disminuye cuando la carga es
menor al 40%, dado que la eficiencia cae abruptamente por
debajo de ese valor
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Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un motor
A partir de la medición de la velocidad:
Velocidad síncrona = 60 x 50/2= 1500 rpm
Deslizamiento = Velocidad síncrona – Velocidad medida en
rpm,
= 1500 – 1460 = 40 rpm
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % =
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % =
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷
(𝑆𝑠í𝑛𝑛 − 𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 ) ×
40
415
(1500 − 1440) ×
400
𝑉𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒
𝑉𝑛
2
2
× 100
× 100 = 61,9%
Nota: este método arroja grandes errores con los motores grandes, por su menor deslizamiento
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Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un
motor
A partir de la medición de la corriente:
𝑉𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑 × 𝐼𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % =
𝑉𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 × 𝐼𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % =
415 × 33
= 0,623
400 × 55
Nota: este método arroja errores grandes para cargas inferiores al 50%,
porque el factor de potencia disminuye
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Variación del fasor de la corriente con la carga
𝐼0 ≅ 𝐼𝑛 sin 𝜑
Ia – Corriente activa
Ir – Corriente reactiva
I0 – Corriente sin carga
In – Corriente nominal
Cos ϕ – Factor de potencia a plena carga (valor
nominal en la placa de características)
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Variación de la corriente del motor
con la carga
I0 – Corriente sin carga
In – Corriente nominal
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Discusión
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Gracias
30