Estandarización y clasificaciónde motores de inducción

¿Qué es Estandarización?• Estandarización se determinan las normas para su

aplicación e interpretación de resultados, es así que para la aplicación de una prueba debe hacerse bajo ciertas condiciones, las cuales deben cumplir, tanto quienes la aplican, como a quienes se les aplica.

• Esta estandarización persigue que los resultados sean útiles para la toma de decisiones, si se realiza una prueba para decidir si una persona es o no aceptada en determinada disciplina, la prueba debe garantizar lo mejor posible, que aquellos que se aceptan llenan los requisitos requeridos y aquellos que se rechazan, verdaderamente no los cumplen.

• PLACA DE CARACTERÍSTICAS Permite saber de ante mano las características generales del

motor. En ella aparecen los valores nominales, los cuales corresponden a la condición de plena carga, es decir: el motor funcionando a su máxima potencia.

1. Suministro eléctrico2. Tensión nominal3. Potencia nominal4. Frecuencia nominal5. Intensidad nominal6. Velocidad nominal7. Factor de potencia nominal8. Rendimiento nominal: ηN9. Factor de servicio10. Torque de carga nominal11. Tipo de protección12. Modo de refrigeración

1. Suministro eléctrico

• Este indica el tipo de corriente y número de fases, encontrándose lo siguiente:

Corriente continua = DCCorriente alterna = ACNúmero de fases = trifásica = 3 PH = 3

PHASE Monofásica = 1 PH = 1 PHASE

2. Tensión nominal (VN )• Corresponde a la tensión

de línea a plena carga que soportan las bobinas del estator (tensión de la red de alimentación).

• Estas tensiones nos permitirán saber si cada fase es de una bobina o de dos. Y además, el tipo de conexión que le corresponde según la tensión del alimentador.

3. Potencia nominal• Corresponde a la potencia de salida a plena carga del motor

en el eje (potencia mecánica), ésta puede estar definida en HP (CP), CV o kW.

• Superarla implica sobrecalentar el motor al consumir más corriente (sobrecarga).

4. Frecuencia nominal (fn )

• Corresponde a la frecuencia de la tensión de alimentación (50 ó 60 Hz). Los motores vienen diseñados para trabajar a una determinada frecuencia, si se trabaja el motor a menor frecuencia su aislación debe ser capaz de soportar la sobre temperatura. Si es superior no debe de pasar el 5% sobre el valor nominal ya que genera una saturación en el núcleo por el exceso de flujo magnético.

5. Intensidad nominal (IN )• Corresponde a la máxima intensidad de corriente de línea

soportable por el motor cuando éste utiliza toda la potencia nominal (plena carga) de salida. Superarla mucho puede suponer esfuerzos dinámicos destructivos.

• Su valor se utiliza para el dimensionamiento de las protecciones y alimentador del motor.

• Para protección contra cortocircuito se utilizan los fusibles, disyuntores y breakers. Su análisis será según el tipo de curva característica de la protección a utilizar.

• Para la protección de sobrecarga se utilizan los relés térmicos los cuales se ajustan a la corriente nominal de la máquina a menos que el factor de servicio lo permita se puede aumentar la corriente.

• Para los alimentadores, ésta corriente define el calibre del conductor de alimentación.

6. Velocidad nominal

• Corresponde a la velocidad mecánica del rotor la cual se obtiene al valor de deslizamiento nominal (a plena carga). El deslizamiento (s) corresponde al desfase entre la velocidad del rotor con respecto a la velocidad del C.M.G. Se inscribe como: rpm = r/min.

7. Factor de potencia nominal

• Es el desfase nominal entre la tensión y la corriente nominal de línea del motor. Los motores de alta potencia tienen generalmente bajo factor de potencia debido a su alta inductancia, por lo tanto, éste se debe de modificar a través de bancos de condensadores los cuales se conectan en paralelo con el motor para así evitar los pico de corrientes en el arranque y las bajas de tensión en la línea, lo cual origina inestabilidad en el sistema eléctrico.

(Fp= cosϕ)

8. Rendimiento nominal• Es la relación entre la potencia de entrada (kW) al motor y su

potencia de salida (HP).

• La diferencia entre las potencias de entrada y salida determina la potencia de pérdida del motor. La cual está determinada por:

a) Pérdidas en el núcleo por histéresis y corrientes de Foucaultb) Pérdidas en el cobre, por la resistencia de los devanados.c) Pérdidas por roce, ventilación, caídas de tensión en los porta-

escobillas, etc.

• La temperatura ambiente que rodea al motor afecta la disipación de calor de éste, en consecuencia la potencia del motor variará de acuerdo con la temperatura que lo rodea.

• La temperatura de diseño de los motores corresponde a una temperatura ambiente de 40°C, para temperaturas distintas, la potencia de los motores se afecta de acuerdo los factores.

• La altura y la temperatura afectan el rendimiento del motor.

• La altura ocasiona una menor disipación del calor producido por: roce, histéresis y resistencia de los devanados.

9. Factor de servicio• Se conoce como la sobrecarga que puede soportar un

motor en forma temporal sin que esta sobrecarga disminuya la vida útil del motor. Este factor puede ser:

1.0 – 1.1 – 1.15 - 1.25 – 1.35 – 1.4 – 1.5• Estos valores se multiplican con la corriente nominal

del motor.• Este factor determina a su vez un mayor grado en la

aislación del motor.

Potencia máxima en sobrecarga = Factor de Servicio x Potencia del Motor

10. Torque de carga nominal

• El torque de carga es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia.

• En los motores eléctricos, si se mantiene constante la tensión, cuando la resistencia al giro aumenta, el torque deberá aumentar para mantener las revoluciones, mediante el aumento de la corriente consumida.

• La unidad de medida es: Newton-metro (Nm) o Libras-pie (Lbp)

11. Tipo de protección

• Indica contra qué influencias externas está protegido el motor. Según la norma DIN 40 050 el tipo de protección se indica mediante las letras IP y dos cifras características.

12. Modo de refrigeración• El sistema de designación de los métodos de

refrigeración cumple con la norma IEC 34-6.

Clasificación según el ambiente y métodos de enfriamiento

1. Motores a prueba de goteo:El armazón de un motor a prueba de goteo

protege los devanados contra escurrimientos de líquidos y partículas sólidas.

son enfriados mediante un ventilador directamente acoplado al motor.

La elevación de temperatura máxima permisible (medida por el cambio de la resistencia del devanado) puede ser de 60 °C, 80 °C, 105 °C o 125 °C, según el tipo de aislamiento utilizado en los devanados.

2. Motores a prueba de salpicaduras:El armazón protege los devanados contra

goteos de líquidos y partículas sólidas que caen a un cierto ángulo entre 0 y 100°.

El enfriamiento es similar al de los motores a prueba de goteo y la elevación de la temperatura máxima también es la misma.

Se utilizan principalmente en sitios húmedos.

3. Motores totalmente cerrados sin ventilación:

Tienen armazones cerrados que evitan el libre intercambio de aire entre el interior y el exterior de la caja.

La capacidad de la mayoría de estos motores es de menos de 10 kW porque es difícil eliminar el calor que producen las grandes máquinas.

La elevación de temperatura admisible es de 65 °C, 85 °C, 110 °C o 130 °C,

4. Motores totalmente cerrados enfriados por ventiladorUn ventilador externo, directamente acoplado

al eje, sopla el aire sobre el armazón nervado del motor.

Una cubierta concéntrica externa impide el contacto físico con el ventilador y dirige la corriente de aire.

La elevación de temperatura es la misma que para los motores a prueba de goteo.

5. Motores a prueba de explosión:Se utilizan en entornos altamente inflamables

o explosivos, como minas de carbón, refinerías de petróleo y elevadores de granos.

Están total pero no herméticamente cerrados y los armazones están diseñados para soportar la enorme presión que se puede acumular en el interior del motor a causa de una explosión interna.

La elevación de temperatura permisible es la misma que para los motores totalmente cerrados.

Clasificación de acuerdo con las propiedades eléctricas y mecánicas

1. Motores con par o momento de torsión de rotor bloqueado estándar (NEMA diseño B).

El momento de torsión con el rotor bloqueado por unidad disminuye a medida que se incrementa el tamaño del motor, por lo tanto, va de 1.3 a 0.7, conforme la potencia se incrementa de 20 hp a 200 hp (15 kW a 150 kW).

La corriente con el rotor bloqueado correspondiente no deberá exceder de 6.4 veces la corriente nominal a plena carga

2. Motores con alto par o momento de torsión de arranque (NEMA Diseño C).Se emplean en condiciones de arranque

difíciles.En el intervalo de 20 hp a 200 hp, el momento

de torsión con el rotor bloqueado es 200% del par o momento de torsión a plena carga, lo que corresponde a un momento de torsión por unidad de 2.

La corriente con el rotor bloqueado no deberá ser mayor a 6.4 veces la corriente nominal a plena carga.

El excelente desempeño de un rotor de doble jaula (Fig. 14.5) está basado en los hechos siguientes:a. La frecuencia de la corriente en el rotor disminuye conforme el motor adquiere velocidad.b. Un conductor colocado cerca de la superficie del rotor (jaula 1) tiene una reactancia inductiva más baja que la del rotor colocado en el núcleo de hierro (jaula 2).c. Los conductores de la jaula 1 son mucho más pequeños que los de la jaula 2.

Curvas características típicas de par o momento de torsión-velocidad de motores con diseños NEMA B, C y D. Cada curva corresponde a los valores NEMA mínimos de momento de torsión con rotor bloqueado, momento de torsión mínimo y momento de torsión máximo de un motor de inducción trifásico de jaula de ardilla de 1800 r/min,10 hp y 60 Hz. La sección transversal de los rotores respectivos indica el tipo de barras de rotor utilizado.

3. Motores de alto deslizamiento (NEMA Diseño D).la velocidad nominal de los motores con diseño

D de alto deslizamiento es de entre 85 y 95% de la velocidad síncrona.

Estos motores se utilizan para acelerar cargas de alta inercia (como secadoras centrífugas), las cuales requieren un tiempo relativamente largo para alcanzar su velocidad máxima.

La jaula de alta resistencia está hecha de latón y en general los motores se diseñan para trabajo intermitente a fin de evitar el sobrecalentamiento.

La gran reducción de la velocidad con la carga creciente también es ideal para accionar máquinas herramienta de impacto que taladran láminas de metal.

Las curvas de momento de torsión-velocidad nos permiten comparar las características de los motores con diseños NEMA B, C y D. También se muestra la construcción del rotor y se ve que las propiedades que la distinguen se obtienen cambiando el diseño del rotor. Por ejemplo, si se incrementa la resistencia del rotor (utilizando latón en lugar de cobre o aluminio), el momento de torsión con el rotor bloqueado se incrementa, pero la velocidad con el momento de torsión nominal es más baja.