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9. Selección de motores

Anibal T. De Almeida

Día 2

Temario • Cómo seleccionar un motor eficiente para

su aplicación

ISR-Universidad de Coímbra 2

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.


Selección de un motor de inducción


IEC Design N

IEC Design H

Etiqueta del motor de inducción


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


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).


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. ISR-Universidad de Coímbra 8

Selección de motores monofásicos


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.


Eficiencia vs.carga


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.


Temperatura de funcionamiento


Clases térmicas para sistemas de aislamiento A E B F H

Temperatura de funcionamiento máxima (ºC) 105 120 130 155 180

La norma IEC 60085 contiene la temperatura de funcionamiento 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 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.


Derrateo del motor


Para temperaturas por encima de 40 °C y por debajo de 60° C Para alturas superiores a 1000 m

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.


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.


Adecuación de las velocidades de funcionamiento de un motor energéticamente eficiente EEM


VENTILADOR CENTRÍFUGO

MOTOR ESTÁNDAR

MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

VELOCIDAD SÍNCRONA (%) 100%

PAR

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.


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.


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.

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 = 1460 rpm Corriente de carga de entrada = 33 A Tensión de funcionamiento = 415 V Potencia de entrada = 20 kW

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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 de la carga de un motor

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

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𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷

(𝑆𝑠í𝑛𝑛 − 𝑆𝑝𝑝𝑝𝑛𝑝) × 𝑉𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝𝑉𝑛

2 × 100

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % = 40

(1500 − 1440) × 415400

2 × 100 = 61,9%

Nota: este método arroja grandes errores con los motores grandes, por su menor deslizamiento

Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un motor

A partir de la medición de la corriente:

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𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % = 𝑉𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝 × 𝐼𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝𝑉𝑛𝑛𝑚𝑒𝑛𝑝𝑝 × 𝐼𝑛𝑛𝑚𝑒𝑛𝑝𝑝

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 % = 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

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𝐼0 ≅ 𝐼𝑛 sin𝜑 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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I0 – Corriente sin carga In – Corriente nominal

Variación de la corriente del motor con la carga

Discusión


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Gracias

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