TESIS BUENA FINAL -...
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD ZACATENCO
“CRITERIOS DE INGENIERÍA APLICABLES EN LA SELECCIÓN OPTIMA DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN TIPO JAU LA DE
ARDILLA”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
P R E S E N T A:
MARIO CALTENCO ROSALES.
MÉXICO, D.F. 2008
AGRADECIMIENTOS
AGRADECIMIENTOS
A DIOS. Gracias a dios por darme el ser, gracias porque siempre has guiado mi camino en la dirección correcta y Por darme la familia que tengo, procurare ejercer mi profesión con profesionalismo, honradez y honestidad. A MIS PADRES. Para ellos, esta dedicada esta tesis, gracias por darme la vida y por su amor, sin ellos jamás habría logrado lo que soy ahora. Gracias a mi madre Judith Rosales Muñoz por su enorme amor y paciencia, que me ha tenido desde niño, por su apoyo, por sus preocupaciones y sus desvelos siempre desinteresados. A mi padre Manuel Caltenco Cacique por su apoyo y comprensión, por ser un ejemplo de honradez y honestidad, doy gracias a los dos por darme los valores más importantes de la vida y procurarme un mejor futuro a través del estudio. A MI TIA. MARIA ROSALES MUÑOZ. Gracias tía por tu amor, apoyo y comprensión. A MIS HERMANOS. Gracias A mis hermanos: José Manuel, Miguel Ángel, Juan Carlos, y sobre todo a mis Hermanas Ana María y Judith, de las cuales he recibido un apoyo incondicional, gracias a todos ellos por su apoyo e interés, les dedico esta tesis porque de alguna u otra manera este logro también es de ellos. También le dedico esta tesis a mi sobrinita Marianita. Gracias a Anabel por su apoyo y cariño. A MIS AMIGOS. A Juan de Jesús Neri Escutia Gómez, por impulsarme a conseguir esta meta, porque que me ha tenido confianza no solo como tesista si no como un verdadero Amigo. A Raúl Cruz Carrillo por la larga amistad que tenemos, en la cual hemos convivido siempre con respeto y estimación. También dedico este trabajo a mi primo Saúl Villegas Muñoz por que antes que nada lo considero un verdadero amigo. AL IPN. Al Instituto Politécnico Nacional Doy gracias por aceptarme entre su comunidad y porque he encontrado en el una segunda casa, gracias a todos los que han contribuido a forjar esta enorme institución educativa.
AGRADECIMIENTOS
4
A LA ESIME. Gracias a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, por darme el privilegio de haber estudiado en sus aulas, gracias por forjarme como profesionista, gracias porque aquí he pasado muchas experiencias de mi vida como estudiante y como persona. A MIS ASESORES. Al M.C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez y al M.C. Rubén Ortiz Yañez, por aceptarme como tesista, por el tiempo invertido en mi persona y a esta tesis. Gracias por su apoyo, procurare nunca defraudarlos. A MIS PROFESORES. Especial dedicación para los profesores: Ing. Pedro Avelino, Ing. Marcelino Lizardi, Dr. Alfredo Reyes Rosario, Ing. Agapito Garduño, también a la memoria del Ing. Raúl Mondragón (d.e.p). A todos ellos gracias porque siempre se ocuparon en transmitir su conocimiento, de una manera honesta, ética y profesional.
TABLA DE CONTENIDO.
1
C O N T E N I D O.
INTRODUCCION. ................................................................................................................... 4
CAPITULO 1 .......................................................................................................................... 6
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN. ........................................ 6
1.1 PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO ................................................................ 6
1.1.1 La regla de la mano izquierda para el movimiento motor ....................................... 10 1.1.2 Ley de la fuerza sobre un conductor ..................................................................... 10 1.1.3 Campo magnético rotatorio. .................................................................................. 11 1.1.4 Par inducido en una espira que porta corriente ..................................................... 16
1.2 DESCRIPCIÓN Y PARTES DEL MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA. ............. 19
1.3 PARÁMETROS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. .................. 21
1.3.1 Deslizamiento. ..................................................................................................... 21 1.3.2 Frecuencia en el rotor. ......................................................................................... 22 1.3.3 Voltaje en el rotor ................................................................................................. 24 1.3.4 Corriente en el rotor. ............................................................................................ 26 1.3.5 Par en el motor de inducción. ............................................................................... 27
1.4 DEVANADOS Y CONEXIONES DEL ESTATOR EN EL MOTOR TRIFÁSICO DE
INDUCCIÓN. ..................................................................................................................... 28
CAPITULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............................. 34
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. ................................................. 34
2.2 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES DE INDUCCION. .............................. 36
2.2.1 Potencia de salida................................................................................................ 38 2.2.2 Características de la carga por accionar. .............................................................. 38 2.2.3 Velocidad nominal. ............................................................................................... 38 2.2.4 Tamaño de la carcasa. .......................................................................................... 38 2.2.5 Clasificación por velocidad. .................................................................................. 39 2.2.6 Efecto del ciclo de trabajo. .................................................................................... 39 2.2.7 Temperatura ambiente. ........................................................................................ 39 2.2.8 Voltaje y corriente nominal. .................................................................................. 39 2.2.9 Tipo de carcasa. ................................................................................................... 39 2.2.10 Por el lugar de operación. .................................................................................. 40 2.2.11 Por su montaje .................................................................................................. 40 2.2.12 Por la infraestructura del lugar. ......................................................................... 41
2.3 LOS MATERIALES AISLANTES EN LA SELECCIÓN DE MOTORES. ............................ 41
2.3.1 Propiedades de los materiales aislantes. .............................................................. 42 2.3.2 La temperatura .................................................................................................. 42 2.3.3 Clasificación de los materiales aislantes. .............................................................. 43
2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE ARRANQUE ....................................................................... 44
2.4.1 Arranque a tensión plena. ................................................................................... 45 2.4.2 Arranque a tensión reducida................................................................................ 46 2.4.3 Arranque con resistencias primarias. ................................................................... 47 2.4.4 Arranque con reactancias. ................................................................................... 48 2.4.6 Arranque Estrella – Delta. ................................................................................... 50
TABLA DE CONTENIDO.
2
2.4.7 Arranque con devanado partido. .......................................................................... 53 2.5 TRANSMISIONES MECANICAS. .................................................................................. 55
2.5.1 Transmisiones directas. ....................................................................................... 55 2.5.2 Transmisiones no directas. .................................................................................. 55 2.5.3 Transmisiones por poleas y bandas. .................................................................... 56 2.5.4 Transmisiones por ruedas dentadas y cadena. ..................................................... 58 2.5.5 Transmisiones por engranes. ............................................................................... 59
CAPITULO 3 ......................................................................................................................... 61
PRUEBAS A MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION. ........................................................ 61
3.1 MEDICION DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS. .............................. 62
3.1.1 Medición de la resistencia óhmica por el método de la caída de voltaje (Vóltmetro-Ampérmetro). ................................................................................................................. 62 3.1.2 Medición de la resistencia óhmica por medio del puente de Wheatstone. .............. 64 3.1.3 Medición de resistencia usando el doble puente de Thomson. ............................... 67
3.2 PRUEBA DE VACIO EN LOS MOTORES DE INDUCCION. ............................................. 68
3.3 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO EN MOTORES DE
INDUCCIÓN. ..................................................................................................................... 71
3.4 PRUEBA PARA LA DETERMINACION DEL RENDIMIENTO EFECTIVO. ......................... 75
3.5 PRUEBA DE TEMPERATURA O CALENTAMIENTO. ..................................................... 83
3.6 METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA TEMPERATURA. ................................... 84
CAPITULO 4 ......................................................................................................................... 92
DETECCION DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............................... 92
4.1 CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION ....... 92
4.1.1 Fallas mecánicas. ................................................................................................ 95 4.1.2 Inadecuada lubricación. ...................................................................................... 95 4.1.3 Fallas eléctricas. ................................................................................................. 98 4.1.4 Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento ..................................... 99 4.1.5 Mantenimiento inadecuado. .............................................................................. 100 4.1.6 Instalación inadecuada. ..................................................................................... 100 4.1.7 Otros factores de falla. ...................................................................................... 101
4.2 DETERMINACIÓN DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.................... 101
4.3 PROBLEMAS DE ORIGEN MECÁNICO EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS DE
INDUCCIÓN. ................................................................................................................... 103
4.3.1 Cojinetes desgastados. ...................................................................................... 103 4.3.2 Tapas mal montadas. ........................................................................................ 103 4.3.3 Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados. ............................................. 104 4.3.4 Eje torcido. ........................................................................................................ 104
4.4 FALLAS ELÉCTRICAS COMUNES EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION. 104
4.4.1 Desbalance de tensión. ....................................................................................... 104 4.4.2 Efecto de la pérdida de una fase. ....................................................................... 105 4.4.3 Efectos de la sobrecarga. ................................................................................... 106
4.5 DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS ELÉCTRICAS DE MANTENIMIENTO A LOS MOTORES DE
INDUCCIÓN. ................................................................................................................... 110
TABLA DE CONTENIDO.
3
4.5.1 Pruebas eléctricas al motor de inducción trifásico. ............................................. 112 4.5.2 El método de la lámpara de prueba. ................................................................... 113
4.5.3 Localización de fallas de fase a tierra por medio de un voltampérmetro de gancho. ..... 114 4.5.4 Determinación de devanados abiertos con voltampermetro de gancho. ............... 115 4.5.5 Prueba de rotores jaula de ardilla por medio del Glowler. ................................... 115
4.6 PRUEBAS DE AISLAMIENTO A LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. .............................. 116
4.6.1 Prueba de aislamiento de corta duración. ........................................................... 117 4.7 PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO ...................................................................... 121
4.8 PRUEBA DE AISLAMIENTO DE PASO DE VOLTAJE. ................................................ 122
CAPITULO 5 ....................................................................................................................... 124
CRITERIOS PARA LA APLICACION DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............. 124
5.1 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA.............................. 124
A PARTIR DE LOS DATOS DE PLACA. ............................................................................... 124
5.2 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA APARTIR DE LA
CARGA. ........................................................................................................................... 126
5.3 EJEMPLO DE SELECCIÓN DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION TIPO JAULA DE
ARDILLA. ........................................................................................................................ 127
5.4 ARRANQUE DEL MOTOR. ................................................................................................ 140
5.5 RESUMEN DE CARACTERISTICAS DEL MOTOR SELECCIONADO. ............................ 140
5.6 SELECCIÓN DEL MOTOR A UTILIZAR. ................................................................................ 142
5.7 MOTORES DE ALTA EFICIENCIA. ..................................................................................... 142
CAPITULO 6 ESTUDIO ECONOMICO. ................................................................................ 144
6.1 CONSECUENCIAS DE UNA MALA SELECCIÓN DEL MOTOR...................................... 144
6.2 DEGRADACION DE LA VIDA UTIL DE UN MOTOR DE INDUCCION. ........................... 145
6.3 ANÁLISIS DE COSTOS. .................................................................................................. 148
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .......................................................................... 153
“ANEXOS” .......................................................................................................................... 155
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 165
INTRODUCCIÓN.
4
INTRODUCCIÓN. El creciente aumento en la demanda de energía eléctrica en México y a nivel
mundial hace necesario un mayor crecimiento de la infraestructura eléctrica,
esto implica irremediablemente el uso de mayores recursos tanto naturales
como económicos que impactan directamente en la economía del país.
La urbanización del territorio nacional da lugar a un mayor número de
demandantes no solo a nivel domestico, si no también industrial que requieren
grandes cantidades de energía para transformar sus materias primas y ofrecer
sus productos a la población.
Dentro de los procesos de transformación de las industrias existe una gran
variedad de máquinas destinadas a realizar diversos trabajos, que en su
mayoría utilizan un motor eléctrico y dentro de estos, el motor trifásico de
inducción con rotor en jaula de ardilla es el más usado en la industria por
diversos factores como lo son: su sencilla construcción, la ausencia de colector
en el rotor, hacen que no se necesite de equipos adicionales para su puesta en
marcha y por ende se tiene un costo de operación y mantenimiento reducido;
por otra parte sus características eléctricas y mecánicas los hacen aptos para
un gran número de aplicaciones industriales. Por ello es que los motores
trifásicos de inducción han extendido su aplicación en México y el Mundo.
Dada esa importancia es que se debe mantener a las máquinas en correcto
funcionamiento, no solo por cuestiones económicas si no también ambientales,
un motor eléctrico mal seleccionado puede desencadenar una serie de
inconvenientes que a corto plazo pueden derivar en problemas mayúsculos,
como lo es: el paro intempestivo de la producción, retrasos en la entrega de los
productos, e inclusive un paro casi total de la producción.
INTRODUCCIÓN.
5
Por otro lado la selección adecuada de motores eléctricos de inducción favorece
en un mayor cuidado al medio ambienté, al asegurar una larga vida de los
motores; estos no necesitaran cambios de refacciones de manera continua, la
lubricación será periódica, ni tampoco tendrán que ser sustituidos
rápidamente.
Otro aspecto fundamental es el ahorro de energía que se logra al seleccionar un
motor de manera correcta con lo cual se evitará el uso de motores con
capacidades inadecuadas, y en consecuencia pérdidas de energía eléctrica.
El presente trabajo presenta los criterios más importantes que se deben
considerar al seleccionar un motor de inducción tipo jaula de ardilla. Aunque
los criterios son aplicados de manera general para todos los motores, este
trabajo se enfoca a los motores trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla; no
se pretende dar una guía completa de selección de motores ya que cada caso
debe ser estudiado de manera particular.
En el presente trabajo se hace mención del principio de funcionamiento del
motor de inducción, clasificación, selección, pruebas, diagnóstico de fallas más
comunes y por último se incluye un ejemplo práctico de selección acompañado
de un estudio económico.
Se espera contribuir con este trabajo en el área de motores eléctricos de
inducción.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
6
CAPÍTULO 1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
1.1 PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO.
Fundamentos teóricos de los motores de Inducción.
Los motores eléctricos en general basan su funcionamiento en la inducción
electromagnética, dado este hecho es necesario revisar algunos conceptos
fundamentales acerca de los fenómenos magnéticos así como los efectos que
causan, a continuación se hace mención de algunas leyes y reglas.
En el año de 1831 Michael Faraday descubrió que cuando un conductor que
forma un circuito cerrado y se mueve por algún medio mecánico, en un campo
magnético, un voltaje se produce de alguna manera y éste produce una
circulación de corriente. Asociado al descubrimiento de Faraday se supo
también el hecho de que el magnetismo se puede generar por una corriente
eléctrica que pasa a través de una bobina y que los polos iguales de un imán se
repelen, en tanto los polos diferentes se atraen, estos fenómenos asociados a
ciertas reglas y leyes eléctricas, constituyen la base del estudio de los
generadores y motores eléctricos.
La ley de faraday se puede enunciar como:
“El voltaje inducido en una espira o bobina de un conductor, es proporcional al
índice de cambio de las líneas de fuerza que pasan a través de la bobina” (figura
1)
En caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula es la siguiente:
dt
dNe
φ−=
Donde:
e = la fuerza electromotriz inducida
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
7
dt
dφ Es la tasa de variación temporal del flujo magnético Ф.
S N
Dirección delMovimiento
Dirección del Voltajey CorrienteGenerados
+
-
Conductor enMovimiento
Líneas de Flujo Magnético
Figura 1 Conductor en un campo magnético.
En electricidad existen reglas como la de la mano derecha y otras de la mano
izquierda, porque hay algunas formas convenientes de recordar las
interrelaciones entre polaridad, direcciones y entre voltaje, campo magnético y
movimiento. Una de estas reglas fue establecida por fleming y relaciona la ley
de faraday de la siguiente manera:
“Si el campo magnético se considera en un espacio estacionario, el conductor se
considera moviéndose en forma ortogonal a través del mismo. La mano derecha
se extiende con el dedo pulgar y el dedo índice formando un ángulo recto y el
dedo central formando a su vez un ángulo recto con los otros dos, de manera que
se forma un arreglo ortogonal.”
Con este arreglo, el campo magnético está representado por el dedo índice, con
el dedo medio se indica el sentido convencional de la corriente, y el dedo pulgar
indica el sentido del movimiento del conductor. Ver la figura 1.1
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
8
S N
Movimiento
Campo
Voltaje
Movimiento
Campo
Voltaje
Voltaje
Figura 1.1. Ley de la mano derecha de Fleming.
Basándose en el trabajo de Faraday, Henrychi Lenz, estableció en el año de
1833, solo dos años después del descubrimiento de Faraday, una relación que
resulta básica en la transformación de la energía electromecánica.
“En todos los casos de inducción electromagnética, un voltaje inducido puede
causar que circule una corriente en un circuito cerrado, de tal manera que la
dirección del campo magnético producido por la corriente, se opondrá al cambio
producido por la corriente”
Esta relación establece un hecho básico de la conservación de la energía y
resulta importante para comprender la operación de transformadores, motores
y generadores. Obsérvese en la figura 1.2 diferentes fenómenos magnéticos.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
9
S N
Movimiento
Voltaje y Corriente
Flujo
F
V.I
M
Si la dirección de voltajeinducido y su corriente resultante son como se mustra, se siguen la ley de Faraday y regla de Fleming.
S N
I
F
+
-
Campo Magnético Proporcionala la corriente inducida de acuerdoa la ley de Ampere.
+
S N
-
I
Flujo
Fuerza
Movimiento Resultante de lacombinación de dos CamposMagnéticos.
Figura 1.2 Diferentes fenómenos magnéticos.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
10
1.1.1 La regla de la mano izquierda para el movimiento motor.
La regla de la mano derecha de Flemig, relaciona la dirección del flujo
magnético, la dirección del movimiento y la dirección del voltaje inducido
resultante. Existe también una relación similar mutuamente ortogonal
(perpendicular entre si) entre la dirección del campo magnético o flujo, la
dirección del voltaje aplicado y la corriente, así como la dirección de la fuerza
magnética resultante o acción del motor.
La mano izquierda establece esta relación, si se coloca el dedo índice en la
dirección del flujo norte a sur y se fija la posición del dedo medio en la dirección
del voltaje aplicado y de la corriente resultante. En estas condiciones si el dedo
pulgar apunta en la dirección de la fuerza que está desarrollada por la ley de
Biot Savart. (Figura 1.3)
Flujo
Corrien
teS N
Fuerza
Flujo
Corrien
te
Fuerza Figura 1.3 Ley de mano izquierda de Fleming.
1.1.2 Ley de la fuerza sobre un conductor.
La ley de la fuerza sobre un conductor que se encuentra dentro de un campo
magnético, y que cuantifica la ley de Lens, se denominó como ley de Biot
Savart.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
11
Esta ley relaciona el campo magnético por una unidad de área (B), la longitud
del conductor que se encuentra dentro del campo magnético (L) y la corriente
(I), la cual produce en conjunto una fuerza y que se expresa como:
DinasLIB
F10
))()((=
Donde:
F = Fuerza ejercida sobre un conductor.
B = Densidad de flujo Magnético (Número de Líneas/cm2).
I = Corriente en el conductor (amperes).
L = Longitud del conductor en el campo, expresada en cm.
1.1.3 Campo magnético rotatorio.
Si existe una forma de lograr que el campo magnético del estator rote, efectuara
una “persecución” circular constante del campo magnético del estator debido
al par inducido en el rotor. Esto en breves palabras, es el principio básico de
operación de todo motor de c.a
¿Qué se puede hacer para que rote el campo magnético del estator?
El principio fundamental de la operación de una máquina alterna es que si un
grupo de corrientes trifásicas, cada una de igual magnitud y desfasadas 120°,
fluye en un devanado trifásico, se producirá un campo magnético rotacional de
magnitud constante. El devanado trifásico consiste en tres devanados
separados, espaciados 120° eléctricos alrededor de la superficie de la máquina.
El concepto más sencillo de campo magnético rotacional lo ilustra un estator
vacío que contiene justamente tres bobinas, cada una 120° de las otras. Ver la
figura 1.4 (a) puesto que cada devanado produce sólo un polo norte y un polo
sur magnético, es un devanado de dos polos.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
12
A
B
C
+ HM
- HM
1 2 3 4 5
Por la notable relación que existe entre la intensidad del campo magnético (H) y
la corriente (I) se puede decir que también la intensidad del campo magnético
producido de cada devanado sencillo, sigue las leyes de variabilidad indicadas
en la figura 1.4 (b).
Figura 1.4 (a) Figura 1.4 (b)
De la figura 1.4 (b), se puede construir la tabla 1, donde se determina las
variaciones de la intensidad del campo magnético producido por cada una de
las fases, en diferentes etapas del ciclo.
FASE
Valores de la intensidad del campo magnético en los instantes considerados
1 2 3 4 5
A O +1 0 -1.0 0
B -0.866 -0.5 +0.866 +0.5 -0.866
C +0.866 -0.5 -0.866 +0.5 +0.866
Tabla 1. Variaciones de la intensidad de campo magnético en cada fase.
a
c'b'
a'
c b
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
13
De la tabla anterior; si se considera el instante 1, en la fase A la corriente es
cero y también el campo magnético es cero. En las fases B y C las corrientes y
los campos tienen respectivamente los siguientes valores con relación a los
valores máximos del campo magnético.
Fase B = -0.866 HM
Fase C = + 0.866 HM
Donde:
HM = Valor máximo del campo magnético.
Para el instante 2 los valores de campo magnético en cada fase son los
siguientes:
Fase A = +1 HM
Fase B = -0.5 HM
Fase C = -0.5 HM
Gráficamente el movimiento rotacional del campo magnético puede ilustrarse
para cada uno de los momentos, observándose que la posición final (5) es
idéntica al inicio (1), Tabla 1.2
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
14
++
+
++
++
+
++
++
++ +
+
+
+++
+
+
+
IN
STANTE C
ONSID
ERAD
O
VALOR DEL
CAMPO
MAGNETICO
H
POSICION DEL
CAMPO GIRATORIO
INSTANTE C
ONSID
ERAD
O
VALOR DEL
CAMPO
MAGNETICO
POSICION DEL
CAMPO
GIRATORIO
1
A = 0
B = - 0,866-HM
C = +0,866-HM
4
A = -HM
B = +0,5-HM
C = +0,5-HM
2
A = +HM
B = -O,5-HM
C = -0,5-HM
5
A = 0
B = -O,866-
HM
C = +0,866-
HM
3
A = 0
B = +0866-HM
C = -0,866HM
++
+
++
DONDE:
A - B - C = FASES DEL SISTEMA
HM = VALOR MAXIMO DEL CAMPO
MAGNETICO
SENTIDO DE ROTACION DEL CAMPO
MAGNETICO.
Tabla 1.2 Variación del campo magnético giratorio.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
15
El campo magnético giratorio induce en los conductores del rotor una “Fuerza
electromotriz” inducida, de acuerdo a las leyes de inducción electromagnética.
Esta fuerza electromotriz da lugar a la circulación de corriente (debido a que el
rotor es un circuito cerrado) estas corrientes interactúan con el campo giratorio
dando lugar a fuerzas que tienden a hacer girar el rotor siguiendo el campo, es
decir por la ley de Lenz debe oponerse a la causa que los produce, debido a que
las variaciones del flujo están producidas por la rotación del campo respecto a
los conductores mismos, inicialmente sin movimiento.
La acción por lo tanto, tenderá a poner en movimiento los conductores y por lo
tanto al rotor de manera que siguiendo la rotación del campo no se sujete a las
variaciones del flujo. La rotación se presenta realmente si el par resultante de
esta acción entre el campo del estator y la corriente del rotor supera al par
resistente aplicado a la flecha de la máquina.
Por lo tanto se puede tener en cuenta lo siguiente:
a) El motor trifásico de inducción “Autoarranca”, es decir a diferencia de
otros tipos de motores se arranca o pone en marcha por si mismo, sin
necesidad de ser llevado a su velocidad por medios auxiliares, esta es una
de las características importantes de este tipo de motores.
b) Es claro porque a los motores trifásicos de inducción se les llama
también “motores de campo giratorio o rotatorio, ya que el estator
produce un campo magnético giratorio. En los motores de inducción el
funcionamiento se produce por la reacción de corriente generada por la
inducción del rotor. Por esta razón y por analogía con el transformador al
estator se le llama el primario y al rotor el secundario.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
16
1.1.4 Par inducido en una espira que porta corriente.
Supongamos que una espira se encuentra en algún ángulo arbitrario “θ” con
respecto al campo magnético, y que la corriente (I) fluye en la espira como se
muestra en la figura 1.5, si fluye corriente en la espira, se inducirá un par en
los alambres de la misma. Para determinar la magnitud del par, analizaremos
la figura.
r
r
cd
a b a
bc
d
r
l
i
B
Figura 1.5 Espira dentro de un campo magnético.
La fuerza ejercida sobre cada segmento de la espira está dada por la ecuación
siguiente:
F = I(L )(B)
Donde:
F = Fuerza ejercida sobre un conductor.
I = Magnitud de la corriente en el segmento.
L = Longitud del segmento, con su dirección definida como la del flujo de la
corriente.
B = Intensidad de flujo magnético.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
17
El par en un segmento de la espira está dado por:
τ = rF sen θ
Donde:
τ = El par ejercido sobre el conductor.
F = La fuerza ejercida sobre el conductor.
r = Es la distancia perpendicular al centro de la espira.
θ = Es el ángulo comprendido entre el vector r y el vector F.
La dirección del par sigue el sentido de las manecillas del reloj si tiende a
causar rotación en este sentido, y en sentido contrario a las manecillas del reloj
se presenta esta tendencia.
Por ejemplo. Para el segmento a-b, en base a la regla de la mano izquierda
(tema 1.1.1), la dirección de la corriente es hacia dentro en tanto que el campo
magnético B apunta hacia la derecha, la cantidad I x B apunta hacia abajo.
Entonces, la fuerza inducida en este segmento de espira es:
F = I(L )( B)
= ILB
y el par resultante es:
τab =(F) (r sen θab)
Donde:
τab = Par producido en el segmento a-b.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
18
Para el segmento b-c, La dirección de la corriente es paralela al campo
magnético, mientras que éste apunta hacia la derecha, la cantidad I x B apunta
hacia adentro, entonces la fuerza inducida en este segmento del alambre es:
F = ILB
Para este segmento, el par resultante es 0 puesto que los vectores r y L son
paralelos al flujo, y el ángulo es 0.
τbc = (F) (r sen θbc) = 0
Donde:
τbc = El par producido en el segmentó b-c.
De esta misma forma se puede analizar el par inducido para los otros
segmentos de la espira descrita, en todos los casos el principio es el mismo.
De lo descrito anteriormente podemos sintetizar que el funcionamiento del
motor de inducción es:
Cuando se conectan los devanados del estator a una fuente trifásica de c.a. se
crea un campo magnético giratorio, cuya velocidad depende de la frecuencia y
el número de polos (esta velocidad es conocida como síncrona)1. Al moverse el
campo corta los devanados del rotor (en este caso barras), induciendo
corrientes que conjuntándose con el campo magnético de rotación, desarrollan
un par, que hace que el rotor gire siguiendo el campo magnético.
1 Síncrona proviene del griego “sin” que significa con y “cronos” que quiere decir tiempo. Es decir al mismo tiempo.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
19
1.2 DESCRIPCIÓN Y PARTES DEL MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE
ARDILLA.
Un motor de inducción jaula de ardilla está básicamente constituido por dos
partes una fija denominada Estator, que está formado por tres devanados
desfasados entre si 120° , en la parte interna, también comprende la estructura
mecánica de soporte, y una parte móvil llamada Rotor o parte giratoria de los
motores de inducción jaula de ardilla. Este forma un circuito eléctrico cerrado,
por medio de un grupo de laminaciones en forma cilíndrica, en cuya periferia se
disponen conductores conectados entre si por dos anillos frontales. En la
figura 1.6 (a) se muestra el aspecto físico de un motor de inducción típico y 1.6
(b) un corte longitudinal mostrando su rotor jaula de ardilla.
Figura 1.6
a) Vista de un motor de inducción. b) vista en corte longitudinal de un motor de inducción.
En la figura 1.7 se muestra un Rotor en Jaula de Ardilla
Los elementos de soporte se dan por medio de las tapas que contienen los
baleros y chumaceras (rodamientos).
En la figura 1.8 se muestra un Esquema de explosión de un motor trifásico de
inducción en jaula de ardilla.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
20
Figura 1.7 Rotor Jaula de Ardilla.
Figura 1.8 Diagrama de explosión de un motor jaula de ardilla.
Carcasa
Rotor jaula de ardilla
Ventilator
Balero y cojinete
Caja de conexiones.
Tapa frontal
Tapa posterior.
Devanado del estartor Eje del
motor
Tornillos sujetadores
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
21
1.3 PARÁMETROS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE
INDUCCIÓN.
1.3.1 Deslizamiento.
Es conveniente observar de inmediato que la velocidad del rotor en un motor de
inducción, no podría alcanzar jamás la velocidad síncrona, es decir la velocidad
del campo giratorio en el estator. El rotor gira siempre a una velocidad próxima
a la síncrona, pero no la alcanzará nunca.
La diferencia entre la velocidad síncrona nsinc y la velocidad efectiva de rotación
del rotor nm se define como “Deslizamiento”; Este deslizamiento (S) se expresa
como un porcentaje de la velocidad síncrona o bien como una fracción de la
misma.
El deslizamiento porcentual es:
100%sin
sin xn
nnS
c
mc −=
Donde:
%S = Deslizamiento porcentual
nm = Velocidad mecánica o efectiva del rotor.
nsinc = Velocidad síncrona del motor
El deslizamiento como una fracción de la velocidad síncrona es:
cn
nnS mc
sin
sin −=
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
22
Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del rotor, en términos de la
velocidad síncrona y deslizamiento. Resolviendo para nm se tiene:
( ) .sin1 cm nSn −=
El deslizamiento aumenta al aumentar la carga del motor, es decir, con el
aumento del par resistente aplicado al motor. En vació, el deslizamiento es
mínimo, casi despreciable y a la potencia nominal, dependiendo de la potencia
del motor, varia entre el 2% y el 7% de hecho la velocidad del rotor no es
rigurosamente constante con la carga y como no puede alcanzar a la velocidad
de sincronismo, se le denomina también a estos motores “asíncronos”. Debido a
la poca variación de velocidad, para ciertas aplicaciones prácticas, se considera
como constante.
La velocidad síncrona se obtiene de:
P
fn e
c120
sin =
Donde:
fe = La frecuencia de la fuente del estator (o de la fuente de alimentación).
P = Número de polos en el estator.
1.3.2 Frecuencia en el rotor.
En el momento en que se alimenta al estator, el rotor se encuentra estático, la
frecuencia de la tensión inducida en el rotor es igual a la de la tensión de
alimentación del estator. De hecho los conductores del estator son cortados
una vez por cada rotación del campo magnético giratorio, es decir una vuelta
por cada periodo de la tensión de alimentación. En estas condiciones, el estator
y el rotor se comportan exactamente como el primario y secundario de un
transformador, pero a diferencia de este la frecuencia no es necesariamente la
misma que la frecuencia primaria.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
23
Si el rotor de un motor está bloqueado, de tal modo que no se puede mover,
entonces éste y el estator tendrán la misma frecuencia.
Para nm = 0 r.p.m, ⇒ fr = fe, y S = 1.
Donde:
r.p.m = Velocidad en revoluciones por minuto.
fr = Frecuencia del rotor.
fe = Frecuencia del estator.
En cambio, si el rotor gira a velocidad síncrona, la frecuencia del rotor será
cero.
Para nm = nsinc, la frecuencia del rotor fr = 0 y S =0.
Para cualquier velocidad intermedia, la frecuencia del rotor es directamente
proporcional a la diferencia entre la velocidad del campo magnético nsinc y la
velocidad del rotor nm. Puesto que el deslizamiento del rotor se define como:
c
mc
n
nnS
sin
sin −=
La frecuencia del rotor puede expresarse como:
er Sff =
Donde:
fr = Frecuencia del rotor.
S = Deslizamiento.
fe = Frecuencia del estator.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
24
Existe otra forma alternativa de esta expresión, que en ocasiones son útiles.
Una de las expresiones más comunes se deduce sustituyendo la ecuación para
el deslizamiento, en la ecuación del la frecuencia del rotor y queda como:
ec
mcr f
n
nnf
sin
sin −=
y recordando que nsinc = 120 fe / P, se obtiene finalmente la expresión siguiente:
)(120 sin mcr nn
Pf −=
1.3.3 Voltaje en el rotor.
En un motor de inducción, cuando se aplica la tensión en los devanados del
estator, se induce una tensión en las bobinas del rotor de la máquina, (en este
caso barras) en general. Cuanto más grande sea el movimiento relativo entre los
acampos magnéticos del rotor y del estator, mayor será la tensión resultante en
el rotor. El mayor movimiento relativo se da cuando el rotor se encuentra en
estado estacionario, condición conocida como de rotor frenado o de rotor
bloqueado2, por lo cual la tensión que se induce en el rotor es máxima cuando
alcanza dicha condición. La menor tensión (Cero Volts) se alcanza cuando el
rotor se mueve a la misma velocidad del campo magnético del estator;
Condición jamás alcanzada por los motores de inducción. La tensión inducida
en el rotor a cualquier velocidad entre estos extremos de una bobina es
directamente proporcional al deslizamiento del rotor, por tanto, si la tensión
inducida en condición de rotor bloqueado se llama Ero.
2 Es una prueba a los motores de inducción llamada de rotor bloqueado en el capitulo 3 se hablará de manera más detallada en que consiste.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
25
La tensión inducida en el rotor en cualquier deslizamiento se encontrará por
medio de la ecuación:
or SErE =
Donde:
Er = Tensión Inducida en el Rotor.
S = Deslizamiento de motor.
Ero = Tensión inducida en condición de Rotor bloqueado.
La fuerza electromotriz inducida es proporcional a la frecuencia y al número de
espiras. En el caso específico del rotor, la tensión inducida en el rotor se
obtiene de la expresión:
NrfE rr φ44.4=
Donde:
Er = Tensión inducida en el rotor.
fr = La frecuencia del rotor.
Nr = El número de espiras del rotor.
O bien si en lugar de usar el número de espiras en el rotor, se usa el número de
conductores: NC = Nr/2, la tensión inducida en el rotor se puede expresar
como:
NcfE rr φ44.4=
Como se sabe que la frecuencia en el rotor es: er Sff = se observa que la tensión
inducida en el rotor es también proporcional al deslizamiento, cuando el rotor
esta parado S =1.
Er0 = 4.44 φ f NR.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
26
Esto implica que la tensión inducida es máxima cuando el rotor está parado y
disminuye al aumentar la velocidad, hasta llegar a ser muy pequeña ya en
funcionamiento normal.
1.3.4 Corriente en el Rotor.
Si se designa por Rr la resistencia por fase del rotor y Lr la inductancia del
mismo, siendo Er la tensión inducida en el rotor cuando no está en movimiento.
La reactancia por fase del rotor en función de la frecuencia de alimentación del
motor es:
rr LfX π2=
Donde:
Xr = Reactancia por fase del Rotor.
f = Frecuencia de alimentación.
Lr = Inductancia por fase del Rotor.
Entonces la impedancia por fase del rotor es:
22rrr XRZ +=
La corriente por fase del rotor es entonces:
22
00
rr
r
r
rr
XR
E
Z
EI
+==
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
27
1.3.5 Par en el motor de inducción.
El par desarrollado en un motor de inducción se debe a la interacción de los
campos del rotor y el estator, y por lo tanto depende de la intensidad de los
mismos y las relaciones de fase entre ellos. De hecho el par es proporcional al
flujo y la corriente en el rotor, esto se puede expresar matemáticamente como:
rIT r θφα cos
Donde:
T = Par.
Ir = Corriente por fase en el rotor.
φ = Flujo rotatorio en el estator.
cos φr = Factor de potencia del rotor.
a = Indica proporcional.
Por otra parte, debido a que la fuerza electromotriz inducida en el rotor por fase
es proporcional al flujo, cuando está parado, es decir ERO α φ, entonces:
rIET rRO φα cos
También:
rIEKT rRO φcos= ……….1
K es la constante para establecer la igualdad en la expresión matemática.
La corriente en el rotor se obtiene de la expresión siguiente:
222rr
rr
XSR
RSI
+= ………..2
Por otra parte:
222cos
rr
r
XSR
Rr
+=φ ………..3
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
28
Sustituyendo las ecuaciones 2 y 3 en la ecuación 1, el par será:
))((222222
rr
r
rr
RORO
XSR
R
XSR
ESKET
++=
Y reduciendo la ecuación anterior se obtiene la ecuación del par siguiente:
222
2
rr
ROr
XSR
ERSKT
+=
Donde:
S = Deslizamiento.
Rr = Resistencia del Rotor.
Ero = Tensión inducida en condición de rotor bloqueado.
Xr = Reactancia del Rotor.
Si se desea obtener el par de arranque es necesario considerar que en el
momento del arranque, el rotor no tiene movimiento alguno, por lo tanto el
deslizamiento es máximo S=1, sustituyendo en la expresión anterior del par, se
obtiene el llamado par de arranque.
22
2
rr
ROr
XR
ERKTarr
+=
1.4 DEVANADOS Y CONEXIONES DEL ESTATOR EN EL MOTOR
TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN.
Todos los motores trifásicos están construidos internamente con un cierto
número de bobinas eléctricas que están devanadas siempre juntas, para que
conectadas constituyan las fases que se conectan entre si, en cualquiera de las
formas de conexión trifásicas.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
29
Los devanados del estator de un motor trifásico de inducción, sea tipo jaula de
ardilla o de rotor devanado, se pueden conectar ya sea en delta o en estrella: los
conectados en delta son cerrados y forman una configuración de triangulo, los
conectados en estrella forman una configuración en Y. Los devanados de un
motor se pueden diseñar en 6 o 9 terminales para ser conectados a la línea de
alimentación trifásica.
Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales
marcadas con un número para su fácil conexión. En la figura 1.9 se tiene un
motor con 6 terminales, con los devanados internos identificados para conectar
el motor para operación en delta. Las terminales de los devanados se conectan
de modo que A y B cierran el otro extremo, para formar la delta cerrada de los
devanados del motor.
Figura 1.9 Conexión Delta con 6 terminales.
A B
C
L1L2
L3
L1
L2
L3
AC
B
AC
B
1
2
3
4
5
6
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
30
Los motores de inducción de jaula de ardilla están disponibles con 9 terminales
para conectar los devanados internos para operación en delta. Se conectan 6
devanados internos para formar una delta cerrada.
Tres devanados están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3-6-8. los devanados se
pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes. Figura 1.10
1
25
8
3
6
9 4
7
L3L2L1
L3
L2
L1
1
4
7
258
3
6 9
Figura 1.10 Conexión Delta de 9 Terminales.
Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla
están conectados en estrella. Una Terminal de cada devanado se conecta para
formar la conexión estrella, las tres terminales restantes se conectan a las
líneas de alimentación L1, L2 y L3. Figura 1.11
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
31
L1L2L3
A
B
C
B
CA
B
CA
L2
L3
L1
Figura 1.11. Conexión Estrella de 6 Terminales.
Un motor conectado en estrella con 9 terminales, tiene tres puntas de sus
devanados conectadas para formar una estrella con las tres terminales
restantes (7-8-9). Los tres devanados restantes son los números 1-4, 2-5 y 3-6.
Figura 1.12
Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto voltaje. Para
operación en bajo voltaje los devanados se conectan en paralelo, para alto
voltaje se conectan en serie. Figura 1.13 (a).
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
32
L2
L3
L11
47
9
6
3
8
5 2
L2
L3
L1
3
6
9 7 1
4
8
5 2
Figura 1.12 Conexión Estrella de 9 terminales.
Como ya se mencionó los motores trifásicos están conectados en estrella o en
delta. La mayoría se diseñan con doble devanado en cada fase para permitirle
la operación con doble voltaje. Pueden aparecer con 6 o 9 terminales, y es por
esta razón que estas requieren un sistema estandarizado de numeración, para
facilitar las conexiones. En las figuras 1.13 (b) y (c), se ilustra la forma de
identificar estas terminales, para los motores en conexión estrella y en delta.
CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.
33
L1 L2 L3
L1 L2 L3
T1 T2 T3
T6T5T4
T3T2T1
T4 T5 T6
Baja Velocidad.
Alta Velocidad. T5
T8
T3
T6T9
T7T4
T1
T2 T3
T7
T4T9
T6
T8
T5 T2
T1
Figura 1.13 (a) Figura 1.13 (b) Figura 1.13 (c)
Motores Conectados en estrella. Los extremos de cada una de las fases
individuales se unen en un punto común. Figura 1.14
Figura 1.14 Conexión Estrella.
Motores conectados en Delta. Los extremos de cada fase se conectan al
principio de la fase siguiente. Figura 2.15
L1 L2 L3 L1 L2 L3
T1 T2 T3
T6T5T4
T3T2T1
T4 T5 T6
Figura 1.15 Conexión Delta.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
34
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES
TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
El presente capítulo describe de manera general criterios que se deben
considerar al seleccionar un motor trifásico de inducción, aunque hay que
destacar que los criterios son generalizados para todos los motores. No se
pretende dar una guía completa de selección ya que esta debe ser estudiada
para cada caso en particular.
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.
De acuerdo a sus características de par, intensidad y velocidad, la National
Electrical Manufacturers Association (NEMA), ha clasificado a los motores de
inducción en diferentes clases.
CLASE A.
Este es un motor diseñado con un par de arranque normal, alrededor de 150%
del de régimen. Su corriente de arranque va de 5 a 7 veces la nominal. Su
deslizamiento a plena carga es menor del 5% y en los motores de gran tamaño,
aproximadamente del 2%.
Tiene un solo devanado de jaula de ardilla de baja resistencia, que se instala en
ranuras profundas, lo cual se traduce en un arranque rápido. Para motores de
10 HP o mayores, las corrientes de arranque suelen ser muy elevadas, lo que
implica la utilización de arranque a tensión reducida. Sus aplicaciones son
generales: Bombas centrífugas, ventiladores, grupo motor generador y equipos
que requieren un par de arranque bajo.
CLASE B.
El diseño de este motor proporciona pares y deslizamientos similares a los de la
clase anterior, pero las corrientes en el arranque suelen ser menores, de 4 a 5
veces la nominal. Esta característica se consigue, por medio de un devanado de
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
35
rotor especial del tipo de doble jaula de ardilla o de barras profundas, como en
los de clase A. Como los anteriores a ciertas potencias no se presentan para el
arranque a la tensión plena de la red. Este diseño es el más común para uso
general en tamaños que van de los 5 a los 200 HP, cuando los requerimientos
del par de arranque no son muy severos.
CLASE C.
Motor con un diseño de par de arranque elevado y baja corriente de arranque,
su rotor es de doble jaula de ardilla, que si bien proporciona las características
mencionadas, limita su capacidad de disipación térmica. Por esto, no son
recomendados para cargas de alta inercia que impidan su rápida aceleración.
Su corriente de arranque es de 4.5 a 5 veces la nominal, su par de arranque del
orden de 250% del de régimen y su deslizamiento a plena carga es de 5% o
menos. Entre sus aplicaciones se tienen: transportadores, compresores,
máquinas trituradoras y toda clase de cargas de naturaleza estática y con
requerimientos de alto par de arranque. Se fabrican de capacidades de 3 HP o
mayores.
CLASE D
Son motores con ranuras en el estator reducidas y a poca distancia de la
superficie. Esto trae consigo alta resistencia, desarrollándose elevados pares de
arranque, hasta 300% del nominal, pero con rendimientos bajos. Además,
tienden a sobrecalentarse con cargas de alta inercia. Se usa con cargas
intermitentes, con frecuentes inversiones de giro que requieren aceleraciones
rápidas. Los motores con deslizamientos mayores, tales como los que se usan
en los servicios de los elevadores, tienen deslizamientos entre 15 y 25%.
CLASE E Y F
Los motores de clase E, son de bajo par de arranque, 130% del nominal, baja
corriente de arranque de 2 a 4 veces la nominal y bajo deslizamiento, alrededor
del 2%. Se construyen con doble jaula de ardilla, proporcionando rendimientos
más bien modestos, aunque su consumo de energía es pequeño. Se utiliza para
mover cargas ligeras como las de los motores clase A y B. La clase F, es similar
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
36
a la clase E, pero requiere menos corriente de arranque y presta un
deslizamiento mayor.
En la figura 2.1 se muestra la relación entre el momento de torsión a plena
carga y la velocidad síncrona para cada clase de motor trifásico de inducción.
clase D clase A
clase C
clase B
0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350
por
centa
je d
e m
omen
to d
e to
rció
n a
ple
na c
arg
a
porcentaje de velocidad sincróna
Figura 2.1 Relación momento torsor/velocidad síncrona.
2.2 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES DE INDUCCION.
La selección adecuada de los motores eléctricos en general juega un papel
fundamental, ya que de esto depende en gran medida el correcto
funcionamiento y durabilidad de los mismos, al ser utilizados correctamente se
reducen los tiempos de mantenimiento y por lo tanto se asegura su
funcionamiento con periodos de interrupción mínimos.
La mayoría del equipo para desarrollo de potencia mecánica tiene incorporado
un motor eléctrico, por ejemplo: un compresor de aire, un taladro, una
fresadora etc., el motor eléctrico se encuentra instalado como parte del equipo;
Porcentaje de velocidad síncrona.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
37
cuando por alguna razón es necesario reemplazar el motor de un equipo se
reemplaza por uno de las mismas características; para esto basta con verificar
la placa de características del motor a sustituir, en estos casos no es necesario
conocer mucho de motores ni de su selección. Pero la mayoría de los problemas
que se presentan en la práctica no son tan simples como esto.
Cualquier máquina eléctrica rotatoria tiene como aspecto importante su
tamaño expresado en términos de su potencia, la velocidad a que debe operar,
el ciclo de trabajo que debe desarrollar, el tipo de montaje de la base y algunos
otros factores que en ocasiones no se relacionan con la selección de motores.
Los fabricantes de equipos motorizados especifican los tipos de motores que
utilizan. Estos motores por lo general los seleccionan los ingenieros de
aplicación de la compañía fabricante.
Existen varios criterios para la selección adecuada de los motores, en general se
tienen los siguientes:
• Potencia en la entrada o la salida, expresada en HP o kilowatts
• Características de la carga por accionar.
• Velocidad nominal en RPM
• Tamaño de la carcasa.
• Clasificación por velocidad.
• Efecto del ciclo de trabajo.
• Temperatura ambiente.
• Elevación de temperatura en la máquina.
• Voltaje nominal.
• Tipo de carcasa y condiciones ambientales.
• Requerimientos de mantenimiento y accesibilidad.
• Frecuencia del sistema del cual se va a alimentar.
• Número de fases.
• Por el tipo de arranque.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
38
2.2.1 Potencia de salida.
Es el primer criterio a considerar, dentro de la selección de un motor, aquí se
determinará en base a cálculos que potencia se necesita para mover una carga,
pudiendo ser un líquido, o un gas. Este factor se complica por el hecho de que
un motor debe soportar por periodos breves sobrecargas.
Por ejemplo se puede tener el caso de que un motor con potencia nominal de 10
HP a 1750 RPM con un ciclo de operación continuo a 50 C de elevación de
temperatura, debe producir o entregar 15 HP a 1650 RPM, pero no en forma
continua, esto quiere decir que su devanado debe admitir un calentamiento de
10 a 15 minutos sin daño alguno, por lo que se selecciona para el valor de
potencia que debe entregar a corto tiempo.
2.2.2 Características de la carga por accionar.
Existe una amplia gama de motores eléctricos para distintas aplicaciones, por
ejemplo un ventilador no requiere de un gran par, pero en cambio hay cargas
que si lo requieren, entonces dependiendo de la magnitud de la carga se
pueden utilizar motores monofásicos, o trifásicos de inducción (tema principal
de este trabajo).
2.2.3 Velocidad nominal.
La velocidad de placa de un motor en RPM está dada para sus condiciones
normales de operación, ya que el motor eléctrico se le puede requerir para
operar a cualquier velocidad desde el reposo hasta su velocidad nominal, o bien
operar periódicamente con velocidades que varíen dentro de ciertos rangos.
2.2.4 Tamaño de la carcasa.
El tamaño de las carcasas se encuentra normalizado por la asociación de
fabricantes eléctricos de los Estados Unidos (NEMA) y esta clasificación ha sido
adoptada por la mayoría de los países que están dentro del área de influencia
comercial. Esta normalización se puede resumir como una serie de valores de
diámetro de carcasa asociados a ciertas longitudes de las mismas, y
relacionados con la temperatura de operación y aspectos particulares, dándose
una asignación especial a cada tipo, por ejemplo las designaciones que usa la
serie T son los que operan a altas temperaturas y por lo tanto emplean
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
39
materiales más resistentes a estas condiciones, los de la clase A y B son
totalmente cerrados y enfriados por ventilador.3
2.2.5 Clasificación por velocidad.
Motores de Velocidad Constante. Para el caso concreto de los motores de
inducción se tiene una variación máxima del 20% de vació a plena carga dentro
de esta categoría se encuentran la mayoría de los motores de inducción.
2.2.6 Efecto del ciclo de trabajo.
En ciclo de trabajo afecta en forma considerable al ciclo de operación de los
motores, ya que puede ser continuo o alternativo, con carga directa al eje del
motor o a través de mecanismos como poleas o engranes.
2.2.7 Temperatura ambiente.
Los motores de inducción pueden ser usados en ambientes poco comunes, por
ejemplo cerca de un horno, o de equipos que operan a altas temperaturas o
bien sumergidos como es el caso de los motores de bomba de pozo profundo, en
ambos casos la temperatura es distinta y por lo tanto se requiere distinto tipo
de motor.
2.2.8 Voltaje y corriente nominal.
Dependiendo del voltaje y la corriente nominal, que van en función a la
potencia del motor, se requieren distintas características de alimentación.
2.2.9 Tipo de carcasa.
El tipo de carcasa se seleccionará según las condiciones de operación del
motor, pudiendo ser en atmósferas corrosivas, con polvo, humedad o goteos e
inclusive en ambientes peligrosos o con peligro de explosión.
Existen otros puntos a tomar en consideración y que en muchas ocasiones se
llegan a omitir en la selección de motores, que son:
• Por el lugar de operación.
• Por su montaje.
• Por la infraestructura eléctrica del lugar.
3 En el anexo A se incluye una tabla con las dimensiones normalizadas de carcasas según NEMA
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
40
2.2.10 Por el lugar de operación.
Se determina donde va a funcionar el motor. Por ejemplo la consideración de la
altitud sobre el nivel del mar, sitio de la instalación del motor, es un factor que
con frecuencia no es considerado. Como se sabe, a grandes alturas la densidad
del aire es más baja y se reduce la efectividad de enfriamiento. Esta reducción
significa en forma aproximada que la temperatura de operación se incrementa
un 5% por cada 300 m. de elevación sobre el nivel del mar.
También se consideran especiales las siguientes condiciones de trabajo:
ambiente húmedo, a prueba de goteos, polvo, o a prueba de explosión para
atmósferas peligrosas; será necesario seleccionar adecuadamente la carcasa a
utilizar dependiendo de la situación, ya que un motor que opera a temperatura
ambiente libre de humedad tiene una constitución diferente a aquel que
trabajará en un lugar húmedo o de goteos constantes.
Es de suma importancia destacar que en muchas ocasiones esta es la causa
por la cual muchos motores fallan aun cuando sean relativamente nuevos,
recordemos que el estado físico de los aislamientos en las máquinas eléctricas
en general determinará su vida útil.
2.2.11 Por su montaje: un motor puede trabajar de forma horizontal como
vertical (ver figura 2.2), o en diferentes ángulos dependiendo de los
requerimientos.
Figura 2.2 Motor horizontal y vertical.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
41
2.2.12 Por la infraestructura del lugar.
Se determina la tensión y capacidad que se tiene en la red de suministro
eléctrico o en la instalación eléctrica de la planta, en ocasiones será más
conveniente utilizar motores a 220V que a 440V debido a que en esta ùltima se
hace necesario la ayuda de un trasformador y por ende un mayor costo de
operación y mantenimiento.
De forma general podemos establecer dos puntos:
• Los motores monofásicos se fabrican de 127V y 220V.
• Los motores trifásicos son para: 220V, 440V, 575V, 2300V, 4000V,
4600V.
Existen otros aspectos que consideran los tipos de accionamiento o
acoplamientos del motor, que son requerimientos más específicos para cada
tipo de motor seleccionado y depende directamente de la carga.
2.3 LOS MATERIALES AISLANTES EN LA SELECCIÓN DE MOTORES.
Los materiales aislantes juegan un papel preponderante en la construcción
física de un motor eléctrico, pero también son fundamentales para asegurar un
correcto funcionamiento de sus partes, principalmente eléctricas, un motor
construido con materiales aislantes adecuados tendrá un mejor desempeño y
estará mejor protegido contra altas temperaturas originadas por sobrecargas;
también estará protegido contra agentes externos como la humedad que
pudieran dañar las bobinas de los motores y provocar fallas de manera severa.
Existe una gran variedad en orígenes y propiedades, muchos son de origen
orgánico como por ejemplo el papel, algodón, parafinas, etc., otros naturales,
pero de origen inorgánico, por ejemplo el vidrio, la porcelana y las cerámicas.
Existen también materiales sintéticos como el silicón o compuestos a base de
silicones.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
42
2.3.1 Propiedades de los materiales aislantes.
Las principales propiedades que determinan la factibilidad de uso de un
material aislante son:
• La resistividad o resistencia específica.
• La tensión disruptiva.
• La permitividad y la histéresis dieléctrica.
En adición a las propiedades mecánicas y su capacidad para soportar la acción
de agentes químicos, el calor y otros elementos presentes durante su operación.
2.3.2 La temperatura.
Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la
temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura es
originada principalmente por las pérdidas durante su operación dichas
pérdidas se localizan principalmente en el estator y el rotor que constituyen el
circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis
y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la
inducción, es decir que influye el voltaje de operación.
Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación de
las máquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe de
controlar dentro de ciertos rangos previamente definidos. Las pérdidas en una
máquina son importantes no solo por el lado de la ineficiencia, si no que son
proveedoras de incrementos en la temperatura para los devanados, esta
elevación de temperatura puede causar ciertos efectos sobre los aislamientos de
los propios devanados o bien en los aislamientos entre devanados y estator o
rotor.
Por esta razón es importante que los aislamientos se mantengan siempre
dentro de los limites de temperatura que garanticen su correcta operación sin
perder sus propiedades aislantes, como la elevación de temperatura depende
también de la carga en las máquinas, se debe tener cuidado de mantener la
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
43
máquina dentro de sus limites de carga establecidos, de aquí surge nuevamente
la importancia de una correcta selección de motor.
2.3.3 Clasificación de los materiales aislantes.
La clasificación de materiales aislantes para máquinas eléctricas incluyendo los
motores, con relación a su estabilidad térmica cubre básicamente siete clases
de materiales aislantes que se usan por lo general y que son las siguientes:
Clase Y.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales, tales
como algodón, seda y papel sin impregnar.
Clase A.
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales, tales
como el algodón, seda, papel con alguna impregnación o recubrimiento o
cuando se sumergen en dieléctricos líquidos tales como aceite. Otros materiales
o combinaciones de materiales que caigan dentro de estos límites de
temperatura pueden caer dentro de esta categoría.
Clase E.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales que por
experiencia o por pruebas pueden operar a temperaturas hasta de 15° C sobre
la temperatura de los aislamientos clase A.
Clase B.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales
como la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con algunas substancias
aglutinantes, puede haber otros materiales inorgánicos.
Clase F.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales, tales
como la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con substancias aglutinantes, así
como otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente
inorgánicos.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
44
Clase H.
Este aislamiento consiste en materiales, tales como el silicón, elastómeros y
combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio, asbestos,
etc. Con sustancias aglutinantes como lo son las resinas y silicones apropiados.
Clase C.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales
como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes.
A continuación se muestra la tabla 2.1; con las temperaturas permisibles para
cada clase de aislamiento.
Clase Temperatura
Y 90° C
A 105 °C
E 120° C
B 130° C
F 155° C
H 180° C
C Mayor a 180° c
Tabla 2.1. Clasificación de los materiales aislantes y su temperatura permisible.
2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE ARRANQUE.
Un aspecto importante cuando se habla de selección de motores, es el de la
elección del método de arranque adecuado, esta selección está restringida sobre
todo por el valor del par que se desea obtener del motor al arranque, dichos
métodos se explicarán de forma general a continuación.
Los motores en jaula de ardilla son maquinas con una impedancia en su
devanado estatórico, que permite su conexión directa a la red, sin el peligro de
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
45
destruir sus devanados. Sin embargo, la corriente demandada si bien no
perjudica al motor, si ocasiona perturbaciones en la red de alimentación, tanto
por su intensidad como por el bajo factor de potencia con que es absorbida;
sobre todo en máquinas con capacidades de 10 Hp y mayores.
Esta situación y el hecho de que el par pueda tener efectos no deseados en la
carga accionada, trae como consecuencia, el empleo de métodos de arranque,
en los cuales la conexión del motor ya no se hace de manera directa a la red.
Dichos métodos se explican a continuación.
2.4.1 Arranque a tensión plena.
El método más sencillo de arranque para el motor polifásico de inducción en
jaula de ardilla, es conectándolo directamente a la línea. Para esto se pueden
emplear dispositivos de arranque manuales o magnéticos.
El arranque a tensión plena se emplea cuando la corriente demandada, no
produce perturbaciones en la red y cuando la carga puede soportar el par de
arranque. En la figura 2.3 se muestra un diagrama lineal de control de un
arrancador electromagnético a tensión plena, de un motor trifásico en jaula de
ardilla.
L2 L3
fusible
fusible
M2 M3M1
MOTOR.
SC SC BP BA
M4
M
SC
CONTACTO PARA
DOS HILOS SI SE USA.
fusible
L1
fusible
fusible
Figura 2.3 Diagrama de arranque de un motor a plena carga.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
46
2.4.2 Arranque a Tensión Reducida.
Esta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes
razones: se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor,
o bien, acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par.
Existen varias formas o métodos para lograr el arranque a tensión reducida.
Entre los principales se tienen:
a) Resistencias primarias.
b) Reactancias.
c) Autotransformador.
d) Estrella-Delta.
e) Devanado Partido.
Nota: en el último método mencionado, la disminución de la corriente y del par,
no se logra reduciendo la tensión al arranque en los devanados del motor, pero
es costumbre incluirlo en los de arranque a tensión reducida, porque los
resultados que se obtienen satisfacen los requerimientos.
En cualquiera de los métodos de arranque a tensión reducida, la corriente en
las puntas del motor, se reduce en proporción directa con la reducción de la
tensión, en tanto que el par lo hace con el cuadrado de esa tensión. De esta
manera:
.minmin
arranquedealnoalno
reducidoreducida xI
V
VI =
.min2
min
)( arranquedealnoalno
reducidoreducido xT
V
VT =
Se debe tomar en cuenta, que cuando se trata de reducir la corriente, aparece
una reducción del par que la máquina puede entregar. Independientemente de
cual sea la magnitud a regular, la otra siempre estará presente.
En el caso que se desee reducir el par para lograr una aceleración más suave de
la carga, el método está sin discusión, pero cuando se desea reducir la
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
47
corriente, por restricciones de la compañía suministradora, puede suceder que
la disminución del par, ocasione problemas al impulsar la carga.
2.4.3 Arranque con resistencias primarias.
En este método de arranque el motor se conecta a la línea, a través de un grupo
o banco de resistencias, produciendo una caída de tensión en ellas. Esta caída
disminuye la tensión aplicada a las terminales del motor, reduciendo la
corriente y el par durante el arranque. Una vez que el motor alcanza cierta
velocidad (superior al 70% de la nominal), se desconectan las resistencias,
dejando al motor funcionando con la tensión plena de alimentación.
En la figura 2.4 se muestra un diagrama lineal de control de un arrancador
electromagnético con resistencias primarias para un motor trifásico en jaula de
ardilla.
MOTOR.
L1 L2 L3
R1 R1 R1
M M M1 2 3
SC SC
BP SC
M
M4
4R
Figura 2.4 Diagrama esquemático de un arrancador a tensión reducida por resistencias. Las
contactos R1, R2, R3, Y R4 son accionados por un mecanismo.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
48
2.4.4 Arranque con Reactancias.
Este método de arranque consiste en conectar el motor a la línea a través de
reactancias colocadas en cada una de las fases. Resultado de utilizar este tipo
de arrancador, el par en el arranque es muy bajo; además, el empleo de
reactancias disminuye aun más el factor de potencia durante la aceleración.
Estas características y su mayor costo, hacen que el tipo de resistencias que
acabamos de mencionar, sea preferido en lugar de éste en la mayoría de los
casos. En la figura 2.5 se muestra un diagrama lineal de control de un
arrancador electromagnético con resistencias primarias para un motor trifásico
en jaula de ardilla.
BA
CR
BP
CR
SC
R
L3
L2
L1R
90% 65% 50%
SC
SC
R
R
M
M
M
TRANSFORMADOR.
T
M
MCR
T
MOTOR.
Figura 2.5 Diagrama especificado de una arrancador a tensión reducida por reactancias. Nótese
el empleo de un transformador, para reducir la tensión de la línea, a valores adecuados para la
operación del circuito de control.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
49
2.4.5 Arranque con Autotransformador.
El arranque con autotransformador conocido como compensador, tiene los
mismos propósitos que los arrancadores con resistencias o reactancias y a
pesar de ser más costoso, posee ciertas cualidades que lo hacen preferido en la
mayoría de las aplicaciones.
En los arrancadores con resistencias o reactancias, la disminución de la
corriente es proporcional a la disminución de la tensión, mientras que el par
disminuye con el cuadrado de esta. Así si en un arrancador se tiene una caída
de tensión en los bancos limitadores de un 20%, la corriente absorbida por el
motor durante el arranque, será el 80% de su valor si se arrancara a tensión
plena de la red, en tanto que el par se reduce a un 64%.
Supóngase que el mismo motor se conecta a un autotransformador durante el
arranque, como se muestra en la figura. 2.6. Si la tensión en los bornes se
reduce a un 80% respecto a la de red, la corriente absorbida por la máquina
disminuye en la misma proporción. Sin embargo, por la acción transformadora,
la corriente de la red que está dada por la relación siguiente:
%64%80%100
%80 === xIV
VI M
L
ML
Donde:
VM = Voltaje del motor.
VL = Voltaje de línea.
IL = Corriente de línea.
IM = Corriente del motor.
Resulta ser el 64% de la corriente, que absorbería el motor si se conectará
directamente a la línea.
Al 80% de la tensión nominal, el par durante el arranque se reduce a un 64%.
De esta manera, se puede observar que para el mismo par de arranque, el
arrancador con autotransformador produce una reducción de la corriente de la
línea, mayor que los arrancadores con resistencias o reactancias.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
50
a
b
c
IM
IL VL Motor.
IL
VL
IM
VL x IL = VM x IM
Figura 2.6 conexión del motor durante el arranque con autotransformador.
Los rangos máximos a que se fabrican estos arrancadores, son de 125 Hp a
220V y 250 Hp a 440V.
2.4.6 Arranque Estrella – Delta.
Este método de arranque desarrollado hace ya muchos años en Europa,
consiste en conectar los devanados del motor en estrella durante el arranque y
luego pasarlos a conexión delta al terminar la aceleración.
“Evidentemente este método es realizable, en motores que funcionan
normalmente en conexión delta”.
Cuando el motor se conecta en estrella, la tensión en cada una de las fases será
1/ 3 del valor de la tensión de la línea, que se aplica a cada fase si se
conectara en delta. Por otro lado siendo la corriente de la línea en la conexión
estrella 1/ 3 de la corriente de la línea en conexión delta, la corriente
absorbida por el motor durante el arranque en estrella, será 1/3 del valor que
tomaría si se conectara en delta. El par de arranque también disminuye 1/3 de
su valor en conexión delta, puesto que su reducción es proporcional al
cuadrado de la tensión aplicada y siendo esta 1/ 3 , su cuadrado da el valor
mencionado.
Se puede observar en la figura 2.7. que en la posición estrella los devanados del
motor se conectan de esa manera y se mantienen en esta posición, hasta que el
motor haya adquirido por lo menos, el 80% de su velocidad nominal. Cuando
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
51
esto último sucede, se pasa rápidamente la palanca a la posición delta, dejando
al motor funcionando en condiciones normales de tensión, corriente y potencia.
L1
L2
L3
T3 T1 T2
T6 T4 T5
DELTA.ESTRELLA.
Figura 2.7 Diagrama de Arranque manual estrella delta.
Nótese que durante el cambio de estrella a delta, el motor se desconecta
momentáneamente de la red, por lo que estos montajes son de transición
abierta.
La figura 2.8, muestra el diagrama de arranque electromagnético a tensión
reducida Estrella – Delta, el cual puede mandarse por pulsadores o por
dispositivos de mando conectados a dos hilos.
SCSC SC
L1 L2 L3
BABPM
T
E
D
ET
M
SC SC
M M M
D
E E
D D
CONTACTORES D, E, M
RELE DE TIEMPO: T
Figura 2.8 Diagrama de Arranque Electromagnético a tensión reducida Estrella-Delta.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
52
Al pulsarse el botón de arranque, se excitan las bobinas de los contactores M y
E se cierran, el motor se conecta a la línea con sus devanados estatóricos en
estrella. El tiempo de relé T actúa unos segundos después, ya que el motor se
haya acelerado, desconectando la bobina del contactor E y conectando la del
contactor D, que al cerrar sus contactos deja trabajando al motor en delta.
El circuito de la figura anterior corresponde a un arrancador con transición
abierta, ya que en la operación de apertura de los contactos E y el cierre de los
contactos D, el motor queda desconectado de la línea por un instante. Para
evitar la posibilidad que en el instante de la transición, el motor demande una
corriente elevada, se utiliza un controlador similar al anterior, pero que realiza
la transferencia de Estrella a Delta sin desconectar el motor de la línea. Los
arrancadores con estas características se llaman de transición cerrada. Ver
figura 2.9
M D
SC
R
R A
SC
R
CR
M D
SC
R
R
M D
BP BA
M
D
M
T
E
RT
D
EM
E
D R SC
B
EE
AR BR R C, , : RESISTENCIAS
L2L1 L3
Figura 2.9 Diagrama de arranque electromagnético a tensión reducida Estrella-Delta con
transición cerrada.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
53
2.4.7 Arranque con devanado partido.
Frecuentemente los motores trifásicos jaula de ardilla, son construidos para
operar a dos tensiones; por ejemplo, 220 y 440 Volts. Esto se logra
embobinando el estator en dos secciones idénticas. Cuando estas secciones son
dos estrellas ver figura 2.10 y se conectan en paralelo durante la operación
normal del motor, el arranque por devanado partido puede ser empleado para
limitar la corriente y el par al arranque.
T1
4T
7T
8T
5T
2T3T
6T
9T
1T 7T
9T
3T
8T
2T
Figura 2.10 Conexión doble estrella de los devanados estatóricos.
Inicialmente se conecta a la alimentación una mitad del devanado estatórico y
luego, cuando el motor marcha cerca de su velocidad nominal, se conecta la
segunda mitad en paralelo con la sección ya excitada.
Generalmente se utiliza para motores conectados en estrella, pero puede
realizarse en motores con conexión delta, siempre y cuando ninguna de las
terminales de la conexión se abra durante la operación.
En el diagrama de la figura 2.11 se muestra un arrancador por devanado
partido. Para arrancar basta pulsar el botón de arranque, que permiten que se
energicen las bobinas del contactor 1M y del relevador de tiempo a bobina
energizada T; al energizarse 1M cierra sus contactos conectando medio
devanado del motor a la línea. Un tiempo después de energizarse T sus
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
54
contactos operan, excitándose la bobina 2M del contactor que conecta el
segundo devanado.
La secuencia descrita corresponde al arrancador denominado de dos pasos.
Una secuencia de tres pasos se realiza cuando se usan resistencias que se
conectan en serie con el devanado sencillo; este es el primer paso. El segundo
deja fuera las resistencias conectando a la red solamente el devanado y el tercer
paso conecta el segundo devanado en paralelo con el primero. Este método es
usado cuando la capacidad térmica del motor limita la aceleración; entonces el
tercer paso, si bien disminuye aun más el par inicial, reduce el efecto del
calentamiento permitiendo una aceleración más uniforme.
Motor.
BABP
1M
2M
1M
T
S.C
T
1M 2M 1M 2M 1M 2M
L1 L2 L3
S.C S.C S.C S.C
T 1
T 7
T 2T 8 T 3
T 9
Figura 2.11 Diagrama de control de un arrancador por devanado partido.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
55
2.5 TRANSMISIONES MECANICAS.
La transmisión mecánica consiste en el elemento o conjunto de elementos que
constituyen la interfaz entre el eje del motor y el eje de la carga, responsables
de la transferencia de la potencia mecánica útil a la carga accionada.
Cualquier transmisión, con respecto al motor, representa un órgano que
reimpone esfuerzos mecánicos externos. Por este motivo se debe asegurar que
el motor y la transmisión sean compatibles.
Los motores normalizados por los fabricantes suelen ser adecuados a los tipos
más frecuentes de transmisiones; en aplicaciones donde los esfuerzos
originados en la transmisión exceden los límites admitidos por el motor,
haciendo que éste tenga funcionamiento precario o funcione con márgenes de
seguridad inaceptables, se ve la necesidad de una adecuación del proyecto o
incluso un nuevo proyecto.
En cuanto a la naturaleza de los esfuerzos externos sobre el motor, se pueden
clasificar las transmisiones en dos grupos básicos: directas y no directas.
2.5.1 Transmisiones Directas.
Son aquellas en que la punta del eje del motor solo recibe un esfuerzo de
torsión (par motor puro), además de una carga que corresponde al peso del
elemento de transmisión montado sobre el propio eje; El valor del peso de este
elemento es mucho menos significativo que el momento “torsor” para la
caracterización de los esfuerzos. En esta situación están incluidos: los
acoplamientos elásticos, los embragues en general, los acoplamientos
hidráulicos y los accionamientos hechos a través de un cojinete suplementario.
2.5.2 Transmisiones no Directas.
Son aquellas en que la punta del eje del motor, además de los esfuerzos
mencionados antes, recibe cargas externas y/o axiales. En esta situación se
tienen a las poleas y correas, ruedas dentadas, cadenas, engranes, ruedas de
adherencia, etc, cuando tales elementos están montados directamente sobre el
motor.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
56
El análisis del comportamiento mecánico de una transmisión exige el
conocimiento de los parámetros siguientes (en caso de consultar al fabricante
del motor sobre la viabilidad o no de una transmisión, los mismos datos son
necesarios):
• Identificación del motor en cuestión (tipo, categoría, potencia, régimen,
rotación, forma constructiva).
• Informaciones sobre eventuales vibraciones transmitidas al motor.
• Peso del elemento montado sobre el eje del motor.
• Valor y sentido de la carga axial sobre el motor.
• Valor, sentido y posición de la carga radial externa actuante sobre el eje
del motor.
La aplicación será más crítica cuanto mayor sean los valores de las cargas
actuantes y cuanto más lejos del motor este el punto de aplicación de la carga
radial. Los valores excesivos pueden provocar fatiga precoz en el eje,
deformaciones anormales o hasta una brusca reducción en la vida útil de los
baleros.
2.5.3 Transmisiones por poleas y Bandas.
Este es uno de los más usados para distintos tipos de aplicaciones, y
dependiendo de éstas, existen básicamente tres modalidades de convertidores
que son:
• Con poleas para bandas en V.
• Con poleas para multibandas en V.
• Con poleas para bandas planas.
• Combinación de poleas para bandas plana y en V.
En la figura 2.12 se muestra una transmisión típica por correas y poleas.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
57
b
d
D
T2
T1
Figura 3.12 Transmisión por poleas y correas.
Para la operación con carga se puede calcular la fuerza radial externa FR por la
resultante vectorial entre las fuerzas de tracción actuantes en las correas en los
lados tenso y flojo. Así:
FR = T1 + T2
El tensado de las correas regularmente se obtiene desplazando el motor sobre
rieles o por dispositivos tensores. El valor de la fuerza de estirado debe ser tal
que no permita el deslizamiento continuo de las correas sobre la polea motriz
en condiciones nominales de funcionamiento, aun cuando ocurra un “patinaje”
durante el arranque.
El análisis de una transmisión por poleas exige el conocimiento de los
siguientes datos:
• Identificación del motor.
• Procedencia, tipo, perfil y cantidad de correas.
• Diámetro primitivo de la polea motriz.
FR
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
58
• Diámetro primitivo de la polea movida o relación de transmisión.
• Anchura de las poleas y su posición longitudinal sobre la punta del eje.
• Distancia entre los centros de las poleas.
• Posición del eje movido en relación al eje motor (para motores
horizontales).
• Peso de la polea motriz.
2.5.4 Transmisiones por ruedas dentadas y cadena.
Mientras que una transmisión por poleas y correas funciona exclusivamente
por fricción, en las transmisiones por cadenas la posibilidad de deslizamiento
no existe. Por este motivo la cadena no necesita un sentido significativo como
en el caso de las correas.
La aplicación directa de las transmisiones por cadena en los motores es
bastante restringida pues, a pesar de su alta capacidad de carga, la cadena solo
puede trabajar en velocidades bastantes limitadas. Esta situación se
esquematiza en la figura 2.13
Figura 2.13 Transmisión por ruedas dentadas y cadena.
Se puede considerar que el lado flojo de la cadena trabaja prácticamente sin
tensión, y en estas condiciones la fuerza radial FR transferida del eje del motor
será:
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
59
d
MxFF t
TR 2==
Donde:
FR = La fuerza radial.
FT = La fuerza tangencial.
d = Diámetro de la rueda dentada en el motor.
La fuerza total efectiva o fuerza resultante aplicada sobre el eje de motores
horizontales será la suma vectorial de FR y GA (Donde GA es el peso del piñon).
Para un análisis de una transmisión por cadena son necesarios los siguientes
datos:
• Identificación del motor.
• Diámetro primitivo del piñón.
• Diámetro primitivo de la corona o relación de transmisión.
• Posición longitudinal del piñón sobre el eje.
• Posición del eje movido en relación al motor.
• Peso del piñón.
2.5.5 Transmisiones por engranes.
Como en las transmisiones por cadenas, los engranes también funcionan sin
deslizamiento.
La carga radial transferida al eje del motor se obtiene directamente por la
fuerza ejercida por el contacto entre los dientes de los engranajes. La figura
2.14, Muestra la configuración de un par de engranajes cilíndricos de dientes
rectos.
CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
60
Figura 2.14 Transmisión por engranes.
Siendo β el ángulo de presión, característico del particular perfil utilizado, se
obtiene:
TR FFβcos
1=
Donde:
FR = Fuerza Resultante.
FT = Fuerza Total.
β = El ángulo entre la Fuerza Resultante y la Fuerza total.
No obstante, las transmisiones por engranes helicoidales, o cónicos, o del tipo
sin fin, generan también elevadas fuerzas axiales descargadas directamente
sobre el eje del motor.
En las transmisiones por engranajes se necesitan los datos que siguen para su
análisis:
• Identificación del motor.
• Tipo de engranaje.
• Diámetro primitivo del piñón.
• Características del perfil utilizado para los dientes (β).
• Posición longitudinal del piñón sobre el eje.
• Posición del eje conducido en relación al motor.
• Peso del piñón.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
61
CAPÍTULO 3 PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. En el campo de la ingeniería eléctrica las pruebas forman parte fundamental,
cuando se habla de mantenimiento a las máquinas eléctricas. El presente
capítulo presenta de forma general la descripción de las pruebas, mencionando
los aspectos fundamentales de las mismas. Se debe tomar en cuenta la norma
mexicana al respecto por lo tanto la información aquí presentada puede ser
ampliada o complementada de otras fuentes.
Cuando se habla de pruebas a motores eléctricos se debe distinguirse entre las
que se efectúan en campo y las que se efectúan en la planta del fabricante
antes de que el motor salga al mercado, ambas tienen objetivos concretos, las
pruebas de campo o de mantenimiento preventivo sirven para dar un
diagnóstico rápido sobre el estado mecánico y eléctrico que guardan las
máquinas, y en caso de ser necesario se corrigen las fallas.
Las pruebas en los motores de corriente alterna, como en otras máquinas
tienen dos propósitos generales:
1. Verificar que las máquinas cumplan con las condiciones a que estarán
sometidas durante su operación, es decir de calentamiento, de voltaje,
mecánicas etc (pruebas básicas descritas en el capitulo IV).
Son conocidas como pruebas de mantenimiento preventivo.
2. Verificar las características de diseño de las máquinas indicadas
normalmente en la placa de características, estas pruebas pueden
subdividirse en:
• pruebas prototipo (solo a las máquinas que se diseñan y
construyen por primera vez).
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
62
• Pruebas de aceptación (para verificar que cumplan las
especificaciones hechas en una compra o pedido).
• Pruebas especiales.
Las pruebas específicas a desarrollar en los motores de inducción trifásicos son
las siguientes:
• Medición de la resistencia óhmica de los devanados.
• Prueba de vacío.
• Prueba de corto circuito o a rotor bloqueado.
• Prueba con carga para la determinación de la eficiencia, el factor de
potencia y del deslizamiento.
• Pruebas de aislamiento y de calentamiento.
3.1 MEDICION DE LA RESISTENCIA ÓHMICA DE LOS DEVANADOS.
La medición de la resistencia de los devanados del estator en los motores jaula
de ardilla se efectúa por lo general por el método de caída de voltaje (vóltmetro-
ampermetro), en forma excepcional, cuando se tienen resistencias elevadas se
usa el puente de Wheatstone y para devanados de muy baja resistencia se usa
el doble puente de Thomson.
3.1.1 Medición de la resistencia óhmica por el método de la caída de
voltaje (Vóltmetro - Ampérmetro).
Existen dos casos específicos:
• La opción 1 se usa para medir resistencia que se espera tengan valor
pequeño (del orden de décimas de ohm).
• La opción 2 de conexión del vóltmetro, es usada cuando se requiere
medir valores mayores de resistencia (del orden de décimas o enteros).
Ver los diagramas de conexión de la figura 3.1
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
63
Algunas consideraciones que se deben tomar en cuenta en la medición son las
siguientes:
• La medición está afectada por un error sistemático en la opción 1, ya que
el ampérmetro mide también la corriente que demanda el vóltmetro. Para
poder valorar este error, es conveniente desconectar el vóltmetro y
observar la variación en la lectura del ampérmetro. Cuando se trata solo
de algunas fracciones de división (en carátula del ampermetro) se puede
considerar el error como despreciable.
• Se recomienda que la lectura de las indicaciones se hagan
simultáneamente por dos observadores distintos.
• Durante la medición puede ser conveniente mover suavemente el
ampérmetro para obtener el balance apropiado de la aguja.
• En la resistencia por medir, la corriente se debe mantener (ajustando el
reóstato) a un valor tal que no se caliente sensiblemente. Para este fin se
aplica un termómetro en contacto directo con la parte en que se mide la
resistencia.
A
VRxR
T
B
T desconectaor o switchR Reostato de cursorB Bateria.
V
A
V
RxR
B
T
2
1
Diagrama eléctrico.
Diagrama de conexiones.
Figura 3.1 Medición de la resistencia óhmica de un motor con el método del vóltmetro ampérmetro.
T Desconectador o switch. R Reóstato de cursor. B Batería.
1. Conexión de vóltmetro para valores bajos de resistencia (décimas). 2. Conexión de vóltmetro para valores mayores de resistencia.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
64
El reporte de las mediciones de esta prueba se puede anotar en una tabla (3.1)
como se muestra a continuación:
VOLTAJE CORRIENTE RESISTENCIA
Ω=I
VR
Constante
(Volts/Div.)
Lectura en
el vóltmetro
(Divisiones)
Volts Constante
(Amp/Div.)
Lectura
(Div)
Amp.
Valor medio medido.
Tabla 3.1 Forma de presentar los resultados de la prueba de resistencia óhmica.
3.1.2 Medición de la resistencia óhmica por medio del puente de
Wheatstone.
Existen diversos tipos de circuitos denominados puentes para la medición de
resistencias. El puente de Wheatstone es el más simple de estos circuitos para
el método de la medición óhmica. Está constituido por cuatro resistencias
dispuestas formando un cuadrilátero: en la diagonal se encuentra una fuente
de F.EM (pila) y un elemento de ajuste de cero Ra, Rb Rc son tres resistencias de
valor conocido y Rx es la resistencia por medir. Figura 3.2
B
Rc Rb
Ra
D
Rx
G
Ix
Ic Ib
Ia
C A
BAT.
G Galvanómetro.BAT. batería
Figura 3.2 Circuito para la medición de la resistencia por medio del puente de Wheatstone.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
65
De la figura anterior:
Ra, Rb, Rc son resistencias de valor conocido (comprendidas entre 1 ohm a
10,00 ohms)
Rx = Resistencia por medir
Ia, Ib, Ic, Ix Son las corrientes que circulan por el puente.
En base a la polaridad de la batería se puede saber el sentido de circulación de
corriente a lo largo de ambas ramas, ya sea en el sentido A-B-C o A-D-C. en
cambio, no se puede establecer a priori el sentido de la corriente en la rama
diagonal donde se encuentra el indicador de cero o equilibrio (galvanómetro)
debido a que depende de la diferencia de potencial entre los puntos B y D . En
particular, la corriente es nula cuando los puntos B y D se encuentran al
mismo potencial, y ésta representa la condición de equilibrio del puente que se
debe encontrar para obtener la medición. La ausencia de corriente sobre el lado
B-D se controla por medio del ajuste de cero (moviendo la resistencia variable
Ra) que debe indicar exactamente cero.
Haciendo los cálculos en el circuito eléctrico, se encuentra que la condición de
equilibrio se expresa por medio de la formula:
)( cb
a RR
RRx =
Los lados A-B y A-D se les conoce como brazos del puente (resistencias Rb y Ra )
y el lado B-C se conoce como lado de balance (resistencia Rc ). La medición se
efectúa conectando la resistencia incógnita (por medio) al puente (los otros tres
lados se mantienen por lo general fijos) y regulando para ajustar a cero con el
lado variable de resistencia. La condición de mayor sensibilidad del puente se
obtiene cuando Ra y Rx, asi como Rb y Rc tienen aproximadamente el mismo
valor, la condición ideal es que las cuatro resistencias tengan los mismos
valores o al menos muy cercanos entre si. El error de medición de este puente
es mínimo cuando se miden resistencias de valor medio comprendidas entre
algunos ohms y alrededor de 10, 000 ohms.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
66
Por lo general todos los elementos del puente se encuentran contenidos en una
caja, a excepción de la batería. Las dos diagonales del puente están
normalmente abiertas y se cierran en el momento de la medición por medio de
dos interruptores. El interruptor del galvanómetro es del tipo pulsante para
evitar que cuando se conecte la pila o batería, pueda existir daño o desajuste.
La pila utilizada, puede ser de 8 volts y 20 ampere-hora.
C
R2 Rx
b dL1R1
L2R2
G
Figura 3.3 Puente de Wheatstone tipo Regla.
Cuando se utiliza el puente de Wheatstone tipo regla el valor de la resistencia
por medir queda determinada por la siguiente ecuación:
1
32 ))((
R
RRRx =
Los resultados que se obtienen para la medición de resistencia usando el
puente de Wheatstone (usado para valores de 1 ohm a 10,000 ohms. Los datos
obtenidos se reportan en una tabla (3.2) de la manera siguiente:
Ra
(Ω)
Rb
(Ω)
Rc
(Ω) )(Rc
Rb
RaRx =
Tabla 3.2 Presentación de datos obtenidos de la prueba de resistencia óhmica mediante el
puente de Wheatstone.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
67
3.1.3 Medición de resistencia usando el doble puente de Thomson.
Para la medición de resistencias muy pequeñas (menores de 1 ohm), se emplea
el llamado puente de Thomson, el cual tiene como característica fundamental
dar una indicación independiente de las eventuales variaciones de corriente en
el circuito en el cual se encuentra la resistencia por medir. En la figura 3.4 se
muestra el diagrama eléctrico del doble puente de Thomson.
Ra
Ia Ib
Rb
Rk
Rp
Rx
Ia
Ra' Rb'
Ib'
A
G
Figura 3.4 Diagrama del doble puente de Thomson.
“Una característica fundamental del puente de Thomson, es la de evitar la
influencia de la resistencia de contacto, que en el caso de la medición de
resistencias de valor muy bajo, pueden falsear la medición o lectura”..
La metodología del doble puente de Thomson se basa esencialmente en la
comparación entre la caída de tensión provocada por la resistencia incógnita Rx
y una resistencia patrón Rk del mismo orden de magnitud, conectadas en serie
entre si y alimentadas por una batería. En los extremos de estas dos resistencia
se derivan los conductores que llevan las resistencias Ra, Ra’, Rb y Rb’ del
puente entre las cuales se inserta un galvanómetro.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
68
3.2 PRUEBA DE VACIO EN LOS MOTORES DE INDUCCION.
De esta prueba se obtiene como resultado las pérdidas en vació (en el fierro y
mecánicas) la corriente de vacío y el factor de potencia en vacío. Estos
elementos son muy importantes para valorar la calidad de un motor asíncrono
o de inducción. Específicamente el objetivo de esta prueba es determinar:
• Problemas mecánicos (desbalance, chumaceras) ruidos y conexiones en
mal estado.
• Las pérdidas en vació (Po), y la saturación del circuito magnético.
• La corriente de vacío o de excitación y la corriente en el motor(solo rotor
devanado)
• El deslizamiento en vacío.
• Las curvas características.
El desarrollo de la prueba se hace alimentando la máquina a un 110% de la
tensión nominal o a la tensión nominal, a la frecuencia nominal, haciendo girar
en vacío. Se mide la potencia (Po) y la corriente absorbida (Io) para cada valor
de voltaje, de estos valores se determina el factor de potencia en vació. De
acuerdo a la expresión matemática siguiente:
03 IxV
PCOS O
o =φ
Donde:
COS0 = Factor de potencia en vacio.
P0 = Perdidas en vacío.
I0 = Corriente en vacío
V = Tensión nominal del motor.
El diagrama para la prueba se muestra en la figura 3.5
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
69
V
V
A3
A2
A1
f
MW2
W1
3.5 Diagrama de conexiones para la prueba de vacío.
Los instrumentos a utilizar para la prueba son:
1 Frecuencímetro
3 Ampèrmetros.
2 Vóltmetros.
2 Wáttmetros.
1 Tacómetro.
Ejemplo de una prueba y resultados.
Se realizo la prueba de vació en un motor de inducción del tipo jaula de ardilla,
con el estator conectado en estrella. Los datos del motor son los siguientes:
• Potencia nominal. 100 hp (73.6 KW).
• Tensión nominal 440 V.
• Frecuencia 60 HZ.
• Número de polos 6.
• Conexión del estator: Estrella.
• Rotor: jaula de ardilla.
El valor de la resistencia promedio por fase es: RF=0.215 ohms en el estator.
Los valores obtenidos de la prueba son los que se muestran en la tabla. 3.3
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
70
F
(HZ)
Velocidad
(R.P.M)
V0
(Volts)
Io
(Amp)
W1
(Watts)
W2
(Watts)
W=W1+W2
(Watts)
3 x R0 x I02
(Watts)
P0=W-3R0I02
(Watts)
60
60
60
60
60
1200
1200
1200
1200
1200
264
374
418
462
484
17.5
27.0
34.0
40.0
54.0
2830
5840
7950
9820
14760
-1135
-3270
-4685
-5990
-8870
1695
2570
3265
3820
5890
195
470
745
1030
1870
1500
2100
2520
2800
4020
Tabla 3.3 Datos obtenidos de una prueba de vacío.
Con los datos anteriores se puede trazar la característica de vacío. Figura 3.6
0 100 200 300 400 500 V
1000
2000
3000
4000
W
0
A
10
30
50
Po
Io
Figura 3.6 Curva característica de vacío.
De la curva anterior, correspondiente al voltaje nominal.
V=440 Volts, Io=52 A, Po=2650 Watts.
Y el factor de potencia en vació será:
067.05244073.1
26500 ==
XCOSφ
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
71
Algunas veces es conveniente expresar el valor de las pérdidas en vacío en
función del cuadrado del voltaje, con lo que obtiene una curva que da mayor
claridad y se puede separar las pérdidas por fricción y ventilación. Figura 3.7
Po
P fierro.
Pf+V
V2
Figura 3.7 Pérdidas en vacío en función al cuadrado del voltaje.
De la figura anterior:
Pfierro = Perdidas en el fierro.
Pf+v = Perdidas por fricción y ventilación.
3.3 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO EN MOTORES
DE INDUCCIÓN.
Por medio de esta prueba se determina la potencia y corriente, así como el
factor de potencia, que tiene un motor cuando su rotor está cerrado en corto
circuito y tiene su rotor bloqueado, de manera que se le impida girar, de aquí
que se conozca también como prueba de rotor frenado, los objetivos de esta
prueba son determinar:
• Las pérdidas en los devanados del motor( estator y rotor)
• La corriente de corto circuito.
• El voltaje de corto circuito o de impedancia.
• Las curvas características.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
72
A partir de estos datos se puede calcular:
• La impedancia, resistencia, reactancia del motor.
• El factor de potencia en corto circuito.
• La corriente a tensión nominal.
• Las pérdidas en los devanados a tensión nominal.
• La determinación del diagrama circular.
El desarrollo de esta prueba se lleva a cabo de la siguiente manera:
1.- Se realizan las conexiones de acuerdo al diagrama de la figura 3.8
2.- Disponga el mecanismo de freno y bloqueo del motor como se muestra
3.- Con la tensión en cero o mínimo, bloquee el motor y enseguida aumente
la tensión hasta un 30% de la tensión nominal y en cada paso se toman las
lecturas de los instrumentos.
GPesas
A1
f
A2
A3
W1
W1
V
V
M
Dinamometro.,
Figura 3.8 Diagrama para la prueba de rotor bloqueado.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
73
Ejemplo de esta prueba:
Se efectuó la prueba de motor trifásico de inducción, con el devanado en
estrella, los datos de placa son los siguientes:
• Potencia Nominal 100 hp
• Tensión Nominal 440 V.
• Frecuencia 60 Hz.
• Número de polos 6.
• Conexión del estator. Estrella.
Los resultados que se obtuvieron al efectuar la prueba son anotados en una
tabla (3.4), que se muestra a continuación:
Tem.
°C
F
(HZ)
Tensión
(Volts)
Icc*
(A)
W1
(Watts)
W2
(Watts)
Pcc=W1+W2
(Watts)
19 60 115 150 9900 -4750 5150
19 60 155 215 19600 -9400 10200
19.5 60 200 254 28500 -13700 14800
20 60 230 300 39600 -19000 20600
20 60 260 345 52000 -25000 27000
Tabla 3.4 Datos obtenidos al realizar una prueba a rotor bloqueado.
*Promedios de los tres ampérmetros.
Con los datos obtenidos de la tabla anterior se traza la curva de características
de corto circuito. Figura 3.9
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
74
10 000
30 000
50 000
70 000
90 000
100 000
110 000
00
200
400
600
800
0 100 200 300 400 450
A W
Pcc
Icc
V.
Figura 3.9 Curva característica de corto circuito a rotor bloqueado.
Los datos de la curva han sido extrapolados, de manera que, considerando una
temperatura de 20° C.
Tensión nominal de 440 Volts.
Icc = 740 A,
La potencia en corto circuito es:
Pcc =107 000 Watts.
El factor de potencia sera:
19.07404403
107000
3===
xxxVxI
PCOS
CC
CCCCφ
Donde:
Pcc = Potencia de corto circuito.
V = Voltaje nominal.
Icc = Corriente de corto circuito.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
75
3.4 PRUEBA PARA LA DETERMINACION DEL RENDIMIENTO EFECTIVO.
Este tipo de pruebas se hace a los motores de inducción con la finalidad de
determinar su eficiencia o rendimiento, así como las curvas par-velocidad, y
entre otras cosas obtener la siguiente información:
• Par de arranque.
• Par nominal.
• Par mínimo de arranque.
• Par máximo.
A partir de la información anterior se obtiene también:4
• La potencia.
• La corriente.
• El deslizamiento.
• El factor de potencia.
• La eficiencia.
La obtención del rendimiento efectivo se puede hacer especialmente para
motores pequeños, con la prueba directa, es decir, alimentando el motor a la
tensión y frecuencia nominales y cargándolo por medio de un freno
dinamometrico que se aplica en su flecha.
De los distintos tipos de freno que existen, se hace referencia al freno de Prony
(ver figura. 3.10) pues es el freno mas usado.
4 Esta prueba será explicada de manera general, los parámetros calculados a partir de la prueba pueden ser estudiados en el libro “El BC de las Máquinas eléctricas” tomo II Motores de corriente alterna, autor. Enriquez Harper Gilberto, Edit. Noriega.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
76
Brazo del par.
Ajuste.Gancho fijo
Filtro deVibraciones.
Radio de Fuerza. (d)
Blocks del freno T = F X d
Figura 3.10 Medición del par por medio del freno de prony.
De la figura anterior:
T = El par desarrollado.
F = Fuerza.
d = Radio de aplicación de la fuerza.
La potencia Pa (potencia absorbida), se obtiene por medición, usando el método
de los dos wattmetros (ver diagrama de la prueba) figura 4.9. Es conveniente
hacer notar que la frecuencia y la tensión de alimentación deben ser los valores
nominales y también es muy importante que las mediciones del par se hagan
en forma contemporánea y precisamente cuando el freno esta en condiciones de
equilibrio.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
77
El rendimiento se obtiene de la expresión:
aP
Pn =
Donde:
P = Es la potencia que desarrollara el motor durante la prueba.
Pa = Es la potencia de entrada del motor y se mide directamente en los
wattmetros.
Durante esta prueba se obtiene también el factor de potencia, que es un dato
muy importante para los motores de inducción y casi siempre es un factor
sujeto a garantía. Si se trata de cargas simétricas y balanceadas se puede
calcular con la expresión:
))((3 IV
PCOS a=φ
Donde:
V = Voltaje de alimentación.
I = Corriente de línea.
Par máximo. y corriente de arranque.
Por lo general las normas de diseño y fabricación de motores eléctricos
establecen que un motor trifásico que se alimenta al voltaje y frecuencia
nominal debe soportar durante 15 segundos, sin frenarse y acelerarse
bruscamente, un par igual a 1.6 veces el valor nominal.
Otros datos muy importantes para los motores de inducción son el par y la
corriente que el motor demanda en el momento del arranque (par y corriente de
arranque). Es conveniente aclarar la diferencia entre par máximo y par de
arranque. Para aplicaciones especiales (aparatos de tracción, elevadores,
máquinas con momento de inercia particular) este dato se considera como
parte de la especificación.
La ejecución de la prueba se hace siempre por vía directa con el freno.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
78
Deslizamiento.
Como recordaremos el deslizamiento está dado por la expresión:
o
o
N
NNS
−=
De donde.
N0 = Velocidad de vació.
N = Velocidad efectiva o real del rotor.
El deslizamiento ocurre en cuanto se frena el motor cuando se le aplica la
carga. La determinación experimental del deslizamiento se puede hacer
calculando la velocidad de sincronismo con la expresión:
P
fNO
)(60=
De donde:
f = Frecuencia en hertz
P = Número de polos.
La velocidad N se mide con el tacómetro. Para mediciones de precisión se
emplea el método de la medición de la frecuencia y de la corriente del rotor con
el llamado método de la lámpara “estromboscópica” que usa también un disco
auxiliar que se monta en la flecha del motor. La lámpara estromboscópica es
algo más que una lámpara de gas neón de tipo globo. Esta lámpara descarga
cuando se aplica aproximadamente el 50% del voltaje y cesa la descarga
cuando cae a un valor debajo del indicado.
Durante cada ciclo la lámpara está dentro (ON) dos veces y fuera (OF) dos veces
también. El disco se marca en sectores alternados en negro y blanco y hay
tantos sectores negros, como polos tenga el devanado del estator; durante cada
ciclo del voltaje aplicado el disco se ilumina dos veces.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
79
Si el rotor en donde se tiene la velocidad síncrona pudiera tener exactamente
media revolución durante cada medio ciclo o tiempo entre periodos de
brillantez de la lámpara.
De la prueba para la determinación del rendimiento efectivo es posible verificar
las características electromecánicas, o sea las curvas por medio de las cuales se
pueden analizar las variaciones del número de revoluciones, con relación a su
efecto por rendimiento, factor de potencia, así como de la corriente en función
de la potencia de las máquinas.
Ejemplo de la prueba:
Se efectuó la prueba para la determinación del rendimiento efectivo de un
motor trifásico de inducción con las características siguientes:
• Potencia nominal. 15 HP (12 KW)
• Tensión nominal. 440 Volts.
• Frecuencia nominal. 60 Hz.
• Número de polos 4.
• Conexión del estator. Estrella
El diagrama de conexiones para la prueba se muestra en figura 3.11
MA
W2
V2
W1f
V1
L
Figura 3.11 Diagrama para la prueba del rendimiento efectivo.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
80
De estos datos se deben trazar las curvas características. El procedimiento de
prueba recomendado es el siguiente:
1) En el momento del cierre del interruptor de la alimentación al motor
tener en corto circuito los ampérmetros y las bobinas de corriente de los
wáttmetros.
2) Alimentar a la frecuencia y tensión nominal.
3) Arrancar el motor en vacío sin aplicar el freno.
4) Cargar con el peso que se coloca en la extremidad del brazo de leva de la
parte opuesta al sentido del movimiento.
5) Aplicar la carga cerrando el mecanismo del freno gradualmente.
6) Para la prueba debe existir más de una persona, ya que se deben tomar
las lecturas en forma simultánea en el instante que el freno se encuentra
equilibrado.
7) Para cada condición de carga repetir las lecturas.
8) Durante la prueba enfriar y lubricar el freno.
Los datos obtenidos de la prueba se pueden reportar de la manera que se
muestra en la tabla 3.5.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
81
f
hz
n
RPM
V1
Volts
V2
Volts
I
(A)
W1
Kw
W2
(Kw)
Pa=W1+
W2
(Kw)
cosg
=1000 x
kw/√3xVxI
L
(m)
Q
(Kg)
P=0.0013
xQxLxN
(Kw)
n=
P/Pa
60
60
60
60
60
60
1785
1775
1765
1750
1740
1720
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
9.6
14.1
18.6
23.8
25.8
31.4
0.5
1,9
3.5
5.2
5.6
6.7
3.8
6.2
7.6
9.8
10.6
12.8
4.3
8.1
11.1
15.0
16.2
19.5
0.53
0.66
0.73
0.76
0.76
0.74
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
2.5
5.0
7.5
10.0
11.0
13.0
3.667
7.313
10.900
14.420
15.771
18.42
0.85
0.90
0.98
0.96
0.97
0.94
Tabla 3.5 Datos obtenidos realizar una prueba de rendimiento efectivo.
De la tabla anterior:
f = La frecuencia del sistema, que es constante.
n = La velocidad nominal del motor en r.p.m
V1 y V2 = Voltaje nominal
I = Es la corriente promedio de los tres ampérmetros es decir:
3321 III
I++
=
W1 y W2 = La potencia medida por los wátmetros.
Pa = Es la potencia absorbida en las terminales del motor (potencia de entrada)
es decir:
Pa = W1 + W2
COS = EL factor de potencia en el motor y se calcula:
))((3
)(1000cos
IV
Kw=φ
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
82
P = Es la potencia que desarrollara el motor (potencia de salida) se calcula
como:
))()()(00103.0( NLQP = dado en kw
Donde:
L = Es la longitud de la palanca del freno dada en metros.
Q = Es el peso aplicado al freno dado en Kg.
EL valor de 0.00103 es una constante.
La gráfica obtenida con los datos de la tabla anterior se muestra en la figura
3.12
Figura 3.12 Gráfica de los resultados de la prueba de rendimiento efectivo.
10
20
1400
1500
N (R.P
.M)
5 10 12 15
N
n
cos
A
n
cos
PO
TENCIA
NO
MIN
AL.
30
A
POTENCIA DESARROLLADA EN KW
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
83
3.5 PRUEBA DE TEMPERATURA O CALENTAMIENTO.
Como se sabe las pérdidas en las distintas partes de una máquina eléctrica, se
manifiesta en firma de calor. Este calor transmite una parte al medio ambiente
por radiación y por conveccion, y una parte es absorbida por los materiales de
la máquina, elevando su temperatura con respecto a su calor especifico.
Cuando esta temperatura alcanza un valor tal que el calor producido iguala la
cantidad de calor cedido al ambiente y se mantiene constante, se dice que la
máquina alcanza su “régimen termino”.
La temperatura de régimen tiene una gran importancia para el funcionamiento
y vida de la máquina, dado que los aislamientos, que en gran parte están
constituidos por materiales orgánicos que a una cierta temperatura se
carboniza perdiendo su calidad de aislante. Es evidente que reduciendo sus
características dieléctricas estos aislamientos, la máquina opera en condiciones
peligrosas, por otra parte recordemos de lo estudiado anteriormente que la
temperatura tiene una notable influencia sobre el buen funcionamiento de las
chumaceras (baleros).
En la siguiente figura (3.13) se muestra de manera gráfica los límites de
temperatura para Máquinas eléctricas de acuerdo a su clase de aislamiento.
AislamientoClase A105° C.
Clase B130° C.
Aislamiento
Clase C155° C.
Aislamiento
Clase H180° C.
Aislamiento
165° C.
145° C.
120° C.
100° C.
Elevación de Temperaturapor el método de la resistencia. 105° C
1
2
Limite máximo permisiblede acuerdo a la clase de aislamiento.
Limite máximo de tep. usandoel método de la resistencia.
Temperatura ambiente Limite. 40° C3
2
1
Figura 3.13 Gráfica de límites de temperatura según su clase de aislamiento.
Limite máximo permisible de acuerdo a La clase de aislamiento.
Limite máximo de temperatura usando el método de la resistencia
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
84
3.6 METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA TEMPERATURA.
Los diferentes métodos usados para la determinación de la temperatura en las
distintas partes de una Máquina eléctrica son:
• Por termómetros: en este caso se usan termómetros de bulbo o de
termopar aplicados a los puntos de las Máquinas en donde se desea
conocer la temperatura.
• Por variación de resistencia: éste método se usa principalmente para
la determinación de la temperatura en los devanados, consiste en
efectuar dos mediciones de resistencia, la primera con la máquina fría y
la segunda con la máquina en caliente. El método a emplear en la
medición de la resistencia es el del voltmetro y el ampérmetro.
• Con relevadores internos: estos se aplican durante la construcción de
la máquina, usando también termopares para aquellas partes de la
máquina que son inaccesibles. El campo de aplicación de cada uno de
estos métodos se explica en la tabla 3.6.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
85
Método. Aparatos usados. Campo de aplicación.
Por
termómetro.
Termómetros de mercurio o de
alcohol.
Termómetros eléctricos de
resistencia o de termopar no
predispuesto.
Se aplica en general para la medición
de la temperatura:
• De todos los órganos que no sean
devanados.
• De puntos particulares de la
superficie de los devanados.
• De los devanados en corto circuito
permanente.
• De los devanados de baja
resistencia en los cuales las
conexiones hacen que solo sea una
parte de la resistencia total.
Por
variación de
resistencia.
Medición de la resistencia por
el método del vóltmetro y el
ampérmetro.
T1=Temperatura al inicio de la
prueba.
T2=T1+(R2-R1)/R1(A+T1)
R1 = Resistencia al inicio de la
prueba.
R2 = Resistencia al final de la
prueba.
A = Constante.
=234.5 para el cobre.
=230 para el aluminio.
Se aplica en general para la medición
de la temperatura de los devanados de
las máquinas eléctricas.
Relevadores
internos.
Termopares o resistencias
ajustadas y dispuestas en la
Máquina en puntos
inaccesibles como Máquina
completa.
Se aplica para los estores de
máquinas síncronas o de inducción de
potencias superiores a 5000 Kva o en
núcleos con longitudes mayores a 1
metro.
Tabla 3.6 Métodos de prueba para la medición de temperatura para máquinas eléctricas.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
86
Procedimiento para la prueba.
La prueba consiste en llevar a la máquina al valor de su propia carga nominal y
mantenerla así hasta que alcance su temperatura nominal o de régimen.
Si se trata de máquinas con servicio intermitente se someterá a las mismas a
periodos sucesivos de trabajo con carga nominal y con periodos de reposo y de
funcionamiento en vacío, según sea el tipo de intermitencia en el trabajo.
En el caso de los motores de inducción, la carga se aplica por medio de freno
dinamométrico, es decir aplicando el freno de prony por ejemplo.
Debido a que en la última parte de la prueba, es decir cuando se aproxima a la
temperatura de régimen. La temperatura aumenta lentamente, para no
prolongar la prueba en forma excesiva, en conveniente en general suspender la
prueba cuando la temperatura no aumente más de 2o C en un lapso de una
hora.
Se deben considerar los siguientes aspectos para el desarrollo de la prueba:
1) La medición de la resistencia óhmica de los devanados antes de la prueba
se debe efectuar con la máquina a la temperatura ambiente.
2) En la medición de la resistencia, tener cuidado de conectar el vóltmetro y
efectuar la medición cuando la corriente esté estabilizada y desconectarlo
antes de interrumpir el circuito.
3) Disponer los equipos de manera que se pueda, con la mayor rapidez
posible reponer el circuito de prueba al final de la prueba en el mismo
punto.
4) Localizar los termómetros en los puntos accesibles que presumiblemente
resulten los más calientes, introduciéndolos, si es posible, dentro de la
parte por medir, teniendo por lo tanto un buen contacto y quedando
fuera de la corriente de aire. La temperatura del rotor solo se puede
medir obviamente cuando está parado.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
87
5) La temperatura ambiente se debe medir introduciendo el bulbo del
termómetro en pequeños recipientes metálicos con aceite de manera que
no queden expuestos a las corrientes de aire, a los rayos del sol o bien
otras fuentes de calor.
6) Aplicar carga a la máquina de manera que, con frecuencia y voltaje
nominal absorba la corriente correspondiente a la potencia nominal.
Manteniendo tal condición hasta que se alcanza la temperatura de
régimen.
7) La prueba con carga se puede iniciar también con la Máquina a una
temperatura distinta a la temperatura ambiente.
8) Las lecturas se deben efectuar a intervalos regulares de tiempo,
reduciéndolos cuando se acerca el final de la prueba (por ejemplo cada 15
minutos).
9) Al final de la prueba (cuando se ha alcanzado la temperatura de régimen),
parar la máquina, evitando que funcione en vació.
10) Los termómetros que se mantienen en su posición durante el
funcionamiento con carga, pueden indicar una temperatura superior
estando parado el motor, que cuando está en movimiento (estando
parada la ventilación), se requiere registrar la temperatura máxima.
11) Antes de efectuar la medición de la temperatura, desconectar
totalmente todos los circuitos de alimentación y medición de la corriente
alterna.
12) Efectuar las operaciones con la máxima rapidez, ya que si del
momento en que se interrumpe el funcionamiento con carga al momento
en que se efectúan las mediciones transcurren algunos minutos, se debe
trazar entonces un diagrama de temperaturas extrapolando valores.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
88
Ejemplo de la prueba:
Se efectuó la prueba en un motor trifásico de inducción rotor jaula de ardilla,
con las siguientes características:
• Potencia nominal. 75 hp (55 Kw)
• Tensión nominal. 440 V.
• Numero de polos. 4
• Frecuencia. 60Hz
El diagrama de conexiones de la prueba se muestra en la figura 3.14
MA
W2
V2
W1f
V1
L
Figura 3.14 Diagrama de conexiones para la prueba.
El diagrama de localización de los termómetros para la medición de la
temperatura se muestra en la figura 3.15
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
89
V
A
tf st
tcrt
Figura 3.15 Disposición de los termómetros en la prueba de temperatura.
Los datos obtenidos al efectuar la prueba se anotan en una tabla (3.7)
Hora. Tem.
ambiente
Tem.
Núcleo
estator.
Tem. Dev
estator.
Tem.
chumaceras
Tensión
Volts
Corriente
Amp
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:15
12:30
12:45
13:00
21
21
21
21
21
21
24
24
24
24
25
25
25
21
45
57
63
66
68
69
70
70
70
71
71
71
21
49
61
66
69
71
72
72
72
72
73
73
73
21
35
49
41
41
41
41
42
42
43
43
43
43
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
440
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
Tabla 3.7 Datos obtenidos de una prueba de temperatura.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
90
Las Temperaturas reportadas al final de la prueba con la máquina parada. Se
deben reportar como se muestra en la tabla 3.8
Tem.
Ambiente
oC
Tem.
Núcleo
Estator oC
Tem.
Devanado
Estator oC
Tem. En
chumaceras
oC
Tem.
Rotor
oC
Temperatura
sobre la
ambiente
25 74
49
77
52
45
55
80
20
Tabla 3.8 Datos reportados al final de la prueba.
Valores obtenidos de la medición de la resistencia en el estator en frió 210 C por
el método del vóltmetro y el ampérmetro.
V = 1.70 Volts.
I = 20 Amperes.
R = 1.70/20 = 0.085 Ohms.
Valores obtenidos de la medición de la resistencia en el estator después de la
prueba;
V = 2.10 Volts
I = 20 Amperes.
R = 2.10/20 =0.105 Ohms.
Conclusiones.
Resistencia del devanado del estator a 210 C = 0.085 Ohms.
Resistencia en el devanado del estator al final de la prueba = 0.105 Ohms.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
91
La temperatura del devanado del estator con resistencia se calcula como:
Cxt o1.81)215.234(085.0
085.0105.0212 =+−+=
Temperatura ambiente 210 C.
Elevación de temperatura del devanado del estator:
.2 ambientett − = 81.10-21.00 = 60.10C.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
92
CAPÍTULO 4
DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES
TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
Dentro del mantenimiento correctivo a motores se debe de determinar las
posibles causas que originan las fallas en los equipos, principalmente aquellas
de origen mecánico, que en su mayoría conducen a otras fallas de muy
diversos tipos.
En este capítulo se presenta una guía general para la localización de fallas en
motores trifásicos de inducción, y sus posibles soluciones. El mantenimiento
correcto de los equipos debe estar sujeto a las características particulares de
cada motor, uso y lugar de operación.
4.1 CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE
INDUCCION.
La localización de las fallas no lleva mucho tiempo, si los técnicos de
mantenimiento siguen algunas reglas básicas. Estas técnicas permiten
acercarse al problema de una forma muy rápida.
1. El primer paso para la localización de fallas o problemas en cualquier
circuito, es tener una clara comprensión del circuito o componente, así
como su función antes de comenzar. Si no se comprende cómo funciona
un circuito o alguna componente del mismo cuando hay un problema, es
casi imposible detectarlo, porque no se sabe qué es lo que se busca. Esto
no significa que se deba tener un conocimiento profundo del circuito o
sus componentes, pero sí un conocimiento general.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
93
2. El siguiente paso en la detección de las fallas es eliminar lo obvio, no
importa que tan simple pueda parecer, esto incluye verificar primero:
fusibles, interruptores, restablecer botones, etc.
3. El siguiente paso es aislar el problema en el circuito de control, el circuito
de fuerza o la alimentación. En cada una de estas áreas, áun cuando
están conectadas y relacionadas, se pueden detectar fallas.
En la práctica se deben de disponer de procedimientos que permitan
diagnosticar posibles fallas en los motores mismos o en sus circuitos de
control, para la localización rápida, se necesita cierto conocimiento e
información de cómo proceder, pero también se requiere el uso de herramientas
y equipo de prueba.
Las fallas en los motores pueden derivarse de muchos factores pero en general
se pueden englobar en la clasificación siguiente:
• Fallas mecánicas.
• Fallas eléctricas.
• Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento.
• Otras.
Se puede ejemplificar en porcentajes la ocurrencia de fallas en los motores
eléctricos de inducción en la Tabla siguiente:
Fallas eléctricas. 33%
Fallas mecánicas. 32%
Fallas debidas a los efectos ambientales
Y de mantenimiento.
15%
Otras. 20%
Total. 100%
Tabla 4.1 Porcentaje de ocurrencia de fallas en motores de inducción.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
94
La clasificación de estas fallas de forma aproximada se muestran en las tablas
siguientes:
Fallas eléctricas.
Sobrecargas persistentes. 5 %
Deterioro normal. 28 %
Total. 33 %
Tabla 4.2 (a). Porcentaje de fallas eléctricas.
Fallas mecánicas.
Alta vibración. 15.5 %
Pobre lubricación. 16.5 %
Total. 32 %
Tabla 4.2 (b). Porcentaje de fallas mecánicas.
Por efectos ambiéntales y de
mantenimiento.
Temperatura ambiente elevada. 3 %
Pobre ventilación o enfriamiento. 3.5 %
Presencia de agentes químicos
abrasivos.
4.0 %
Presencia de otros elementos y
mezclas anormales.
3.5 %
Voltajes anormales. 0.4 %
Frecuencia anormal. 0.6 %
Total. 15 %
Otras. 20 %
Tabla 4.2 (c). Porcentaje de fallas por efectos ambientales y de mantenimiento.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
95
4.1.1 Fallas mecánicas.
Estas representan un alto porcentaje del total de las fallas en los motores
eléctricos, pero son más fácilmente detectables, por esta razón se pone más
atención a las fallas de origen eléctrico.
Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el rotor. Es posible
que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial; sin embargo, un
cambio en su carga o en el acoplamiento, se manifestará como una sobrecarga
en el motor. Las chumaceras o baleros comenzarán a fallar, los engranes están
expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo
de fricción que se manifieste como una sobrecarga. Cuando se presenta una
sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura
del mismo, reduciendo la vida del aislamiento.
Los problemas en baleros y chumaceras son una de las causas más comunes
en los motores, también la alineación errónea de èstos y la carga, malos
acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranes,
son causas comunes de fallas mecánicas. Por otro lado, se debe hacer un
correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración.
4.1.2 Inadecuada lubricación.
Es importante mantener el motor con la adecuada lubricación en sus baleros, a
continuación se describen algunas recomendaciones que hace “US MOTORS”
(Fabricante de motores eléctricos)5 al especto
5 Para mayor información se puede consultar la página de Internet. www.usmotors.com
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
96
Instrucciones de lubricación con grasa.
• Las unidades se prelubrican en fábrica y, por lo tanto, no requieren
lubricación inicial.
• La frecuencia de lubricación dependerá de la velocidad, los rodamientos y
el tipo de funcionamiento.
• La Tabla 4.3 ofrece las frecuencias de engrasado sugeridas, pero cabe
destacar que ciertas condiciones de operación podrían demandar
lubricaciones con mayor regularidad.
• El motor debe permanecer desactivado y los controles eléctricos abiertos
y trabados para evitar que se accionen.
• Mientras se realizan las tareas de servicio técnico (consulte la sección de
Seguridad). Si necesita sacar el motor de su lugar de almacenamiento,
consulte los procedimientos pertinentes.
• Nunca utilice sondas mecánicas mientras el motor se encuentra en
funcionamiento.
• Aplique grasa nueva en el orificio de entrada; consulte las cantidades de
reengrasado adecuadas que se indican en la Tabla 4.3. La grasa nueva
debe ser compatible con la que se encuentra en el motor (vea el aviso de
precaución).
• Accione el motor durante 15 a 30 minutos con el drenaje destapado para
facilitar la salida del exceso de grasa. Apague la unidad y coloque
nuevamente el tapón.
• A continuación, ponga en marcha el motor. Algunos motores cuentan con
baleros sellados que no deben volver a engrasarse.
“El exceso de grasa puede elevar demasiado las temperaturas de los baleros,
dañar el lubricante y provocar fallas en los baleros. Por lo tanto, evite el
engrasado excesivo”
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
97
Número de balero
Común.
Número de balero
AFBMA
Grasa
(onzas)
Frecuencia de lubricación.
62XX 63XX XXBC02 XXBC03 3600 R.P.M 1800 R.P.M 1200 R.P.M
6203-6207 6303-6306 17-35 17-30 0.2 2 Años 3 Años 3 Años
6208-6212 6307-6309 40-60 35-45 0.4 1 Año 2 Años 2 Años
6213-6215 6310-6311 65-75 50-55 0.6 1 Año 2 Años 2 Años
6218-6220 6312-6315 80-100 60-75 1.0 6 Meses 1 Año 2 Años
6221-6228 6316-6320 105-140 80-100 1.8 6 Meses 1 Año 1 Año
Tabla 4.3. Frecuencia y cantidades de engrasado sugeridas. (Para lubricar unidades que se encuentran en servicio)
Nota: Para motores montados en sentido vertical o que se encuentran en
entornos hostiles, reduzca la frecuencia indicada en un 50 por ciento.
Consulte la placa de datos del motor para obtener información sobre los baleros
provistos para un motor específico. Si el balero no se encuentra en esta lista,
utilice la siguiente fórmula para calcular la cantidad de grasa requerida:
G = (0.11)(D) ( R)
Donde:
G = Cantidad de grasa en onzas.
D = Diámetro externo de los baleros en pulgadas.
R = Ancho de los baleros en pulgadas.
Grasas recomendadas.
Las siguientes grasas pueden utilizarse en reemplazo de la grasa provista desde
fábrica (a menos que se indique lo contrario en la placa de lubricación del
motor. Tabla 4.4
FABRICANTE GRASA (NLGI No 2) EXXON CORP POLYREX-EM
CHEVRON U.S.A INC. SRI N02
Tabla 4.4. Fabricantes y tipo de grasa recomendada.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
98
4.1.3 Fallas eléctricas.
Se trata en realidad de fallas en los aislamientos del motor. Para comprender el
mecanismo de la falla en los aislamientos eléctricos de los motores, es
conveniente iniciar con una descripción de los componentes del sistema de
aislamiento.
a) Aislamiento primario. Es el que se encuentra entre el cobre (los
conductores) y el núcleo de hierro laminado se le denomina el aislamiento
a tierra y, por lo general, se trata de un polímero, o bien una combinación
polímero/mica para los motores que operan en alta tensión. En la
actualidad, los materiales son extremadamente durables, esto es que no
se deterioran o se queman, excepto a temperaturas muy elevadas; son
resistentes a ataques de agentes químicos y mecánicamente son
duraderos.
b) Aislamiento de fase a fase. Es similar a aquel que se tiene entre el
devanado y tierra, es decir, se requiere un polímero de alta resistencia,
este aislamiento se coloca entre las espiras y al final. El aislamiento de
las bobinas de un motor reúne esta forma de construcción.
c) Aislamiento de espira a espira. Es una película delgada de poliéster
aplicada a la superficie del conductor (cobre) usado en el devanado del
motor.
Bajo condiciones normales de operación, el voltaje entre espiras nunca es muy
alto, de manera que no se pone demasiada atención a esta componente
secundaria del aislamiento del devanado, sin embargo, el deterioro de este
aislamiento es una causa de las fallas en los motores eléctricos.
Si se toman las medidas preventivas apropiadas, un buen número de las fallas
de los motores eléctricos se pueden evitar o prevenir, y con ello aumentar la
vida útil de los mismos.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
99
Una incorrecta alimentación de voltaje al motor puede reducir la vida o causar
una falla rápida, si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta
una corriente mayor que la normal.
“Si el voltaje decrece en una forma brusca, se presentará una corriente excesiva
que sobrecalienta al motor”.
Un voltaje alto en la línea de alimentación a un motor reduce las pérdidas RI2 ,
pero produce un incremento en el flujo magnético, con un consecuente
incremento de las pérdidas en el hierro.
Los motores de inducción se pueden operar en forma satisfactoria bajo
condiciones de operación con carga nominal y con una variación del voltaje de
+/-10% en sus terminales. Por otro lado, una variación de la frecuencia de +/-
5% se considera permisible.
4.1.4 Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento
Otro grupo importante de las fallas los constituyen los efectos ambientales,
como son: altas temperaturas, la presencia de agua, polvo, grasas, aceite, etc.,
que tienen que ver con los aspectos de mantenimiento y selección de los
motores.
Frecuentemente la temperatura excesiva causada por el ambiente o por un
problema con el motor mismo, es una de las fallas en el motor. Los motores
deben operar dentro de sus valores nominales de temperatura (dato de placa),
para asegurar una larga vida.
“Por cada 10° C que un motor opera sobre su valor nominal de
temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad”6
6 “Selección y aplicación de Motores Eléctricos” (ver bibliografía)
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
100
Otros elementos de ambiente agresivo que deben ser evitados, son los
siguientes:
• Humos o vapores corrosivos.
• Aire salino.
• Suciedad excesiva.
• Polvo.
• Otros contaminantes.
La humedad es también otra fuente común de las fallas en los motores
eléctricos, ésta se forma en la superficie de los aislamientos debido al ambiente,
cambios de temperatura o la exposición indirecta al agua. Por lo anterior, la
superficie del aislamiento se puede hacer altamente conductiva, lo que se
traduce en una falla del aislamiento, y en consecuencia del motor.
4.1.5 Mantenimiento inadecuado.
El mantenimiento preventivo básico, puede prevenir o retrasar la falla en un
motor eléctrico. Existen algunos elementos indicativos, a primera vista, de falta
de mantenimiento al motor, que pueden conducir a problemas más severos,
entre otros elementos se mencionan los siguientes: presencia de polvo,
humedad e impurezas.
4.1.6 Instalación inadecuada.
Los errores en el montaje de los motores pueden ser una de las causas de falla.
Algunas ocasiones, el tamaño de los tornillos o anclas de montaje y sujeción no
es el apropiado, o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a
problemas de vibraciones con posibles fallas en las chumaceras o hasta en el
eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan de fundamental importancia
para evitar problemas mecánicos y eventualmente eléctricos.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
101
4.1.7 Otros factores de falla.
Lo son la inadecuada selección y/o instalación.
El grado de selección y aplicación de un motor como ya se mencionó
anteriormente puede variar ampliamente, por lo que es necesario, en primera
instancia, que se seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor de
acuerdo a la carga.
Se debe tener en cuenta que los ciclos de trabajo son los que más dañan a los
motores. Cuando no son seleccionados en forma apropiada, los arranques, los
paros y frenados bruscos, así como los periodos de aceleración largos,
conducen a fallas en el motor.
4.2 DETERMINACIÓN DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.
Los motores eléctricos presentan muchas fallas que son comunes en casi todo
tipo de motor , la única diferencia radica en el aspecto constructivo del mismo
ya que se pueden tener más o menores componentes; en este caso en
particular sólo estaremos hablando de las fallas comunes en motores trifásicos
de inducción jaula de ardilla tema principal de este trabajo.
La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos se
pueden detectar por una simple inspección, o bien efectuando unas pruebas. A
este tipo de pruebas se les conoce como pruebas de diagnóstico o de
verificación, se inician con la localización de fallas con las pruebas más
simples, y el orden en que se desarrollan normalmente tiene que ver con el
supuesto problema.
Los equipos que se pueden utilizar para las pruebas van desde los más
sencillos, como son las lámparas de prueba, hasta los instrumentos digitales,
que en algunos casos pueden ser sofisticados.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
102
Algunas de las condiciones anormales pueden resultar bastante fáciles de
identificar, sin necesidad de pruebas complicadas. En algunos casos son
totalmente detectables a simple vista por observación y algunas fallas eléctricas
sólo con la ayuda de una lámpara de prueba.
Las fallas o averías más frecuentes que se pueden presentar en los motores
trifásicos de inducción son las siguientes.
• Fusibles quemados.
• Chumaceras o cojinetes desgastados.
• Interrupción de alguna fase.
• Sobrecargas.
• Fases invertidas.
• Corto circuito.
• Conexiones internas erróneas.
• Contactos a tierra de los devanados.
• Cojinetes excesivamente apretados.
• Tapas mal montadas.
• Eje torcido.
• Barras del rotor flojas.
Un principio básico es la observación de manera periódica de los motores, y la
elaboración de un programa de mantenimiento de acuerdo a las condiciones de
servicio. Periódicamente se debe inspeccionar lo siguiente:
1. Limpieza general.
2. Condiciones eléctricas.
3. Las temperaturas ambiente elevadas y la ventilación.
4. El alineamiento con la carga.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
103
5. Lubricación apropiada y el desgaste de las chumaceras del motor y de la
carga.
6. El deterioro del aislamiento de los devanados.
7. La condición del rotor.
8. El desgaste den los interruptores.
4.3 PROBLEMAS DE ORIGEN MECÁNICO EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS
DE INDUCCIÓN.
Los problemas de origen mecánico más comunes en los motores eléctricos son:
• Cojinetes (chumaceras) desgastados.
• Tapas mal montadas.
• Cojinetes (chumaceras) excesivamente apretadas.
• Eje torcido.
4.3.1 Cojinetes desgastados.
Cuando existe un desgaste en las chumaceras se produce un descentramiento
del eje del rotor, y debido a que el entrehierro (espacio de aire entre el estator y
el rotor) es muy pequeño. Este descentramiento produce algunas veces roce
mecánico entre el rotor y el estator, originando un deterioro en los devanados.
Este tipo de fallas se pueden identificar con las marcas echas al rotor debido al
rozamiento con los devanados del estator.
4.3.2 Tapas mal montadas.
Cuando una tapa no se adapta bien a la carcasa de un motor, las chumaceras
no quedan alineadas y, entonces no se puede hacer girar el rotor con facilidad,
esto es notable cuanto se quiere hacerlo girar con la mano. No hay más que
alinear las tapas y volver a apretarlas firmemente con sus tornillos.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
104
4.3.3 Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados.
Cuando los cojinetes están excesivamente ajustados con el eje del rotor, resulta
muy difícil hacerlo girar con la mano, entonces la solución es rectificar los
cojinetes para que se ajusten adecuadamente.
4.3.4 Eje torcido.
Si después de que las tapas del motor están bien montadas, se tiene dificultad
para hacer que gire el motor accionándolo manualmente, entonces, es casi
seguro que el eje se encuentra torcido. Esta falla se puede verificar
desmontando al rotor del motor y colocándolo entre los puntos de un torno.
Accionando el torno se observará si la flecha o eje gira centrada o descentrada.
La reparación de esta falla en motores pequeños se pueda hacer con el rotor
montado sobre los puntos del torno, y con una placa o un pedazo de tubo
colocado en la parte curvada se intenta enderezar.
4.4 FALLAS ELÉCTRICAS COMUNES EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE
INDUCCION.
Las fallas eléctricas potenciales que pueden ocurrir en los motores de
inducción son:
• Efectos de desbalanceo de tensión.
• Efectos de operación de una fase.
• Efectos de sobrecarga.
• Efectos ambientales y de mantenimiento.
4.4.1 Desbalance de tensión.
De forma general se puede establece, en base ala literatura sobre el tema que,
cuando los voltajes están desbalanceados se presentan corrientes inducidas
mayores en el rotor, debido a que tienen una menor impedancia.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
105
Por ejemplo para un desbalance de voltaje del 3%, el desbalance de corriente
puede ser del 18% al 24%. El incremento en la corriente del estator es
usualmente pequeño, por lo tanto, la protección de sobrecarga no opera a
tiempo para protegerlo. Este calor adicional en el rotor, se puede presentar en
un periodo de tiempo considerable, y debido a que las laminaciones del rotor y
su eje constituyen un elemento metálico continuo, este calor se transmite a las
chumaceras reduciendo su vida útil.
4.4.2 Efecto de la pérdida de una fase.
Los efectos potenciales a los que puede conducir la pérdida de una fase son
similares a aquellos producidos por el desbalance de voltaje; sin embargo, la
pérdida de una fase representa uno de los peores casos de desbalance de
voltaje, adicionalmente también, en los devanados de las dos fase restantes que
quedan en operación, se presenta un sobrecalentamiento excesivo.
“El desbalance en los motores trifásicos ocurre cuando se aplican cargas
monofásicas, lo que ocasiona que una o dos de las líneas lleven más o meno
carga”
El desbalance comienza cuando se agregan cargas monofásicas adicionales al
sistema. Este desbalance produce que las líneas trifásicas no se encuentren
desfasadas 120° eléctricos en sus corrientes y voltajes, y que los motores
trifásicos operen a temperaturas superiores que las que se indican como
valores nominales. A continuación se muestra una grafica (figura 4.1) que
muestra la relación entre el porcentaje de desbalance y el porcentaje de
elevación de la temperatura.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
106
20
100
200
300
400
500
600
700
% D
E E
LEVACIO
ND
E T
EM
PERATU
RA.
% DE DESBALANCE.
0 5 10 15
Figura 4.1 Relación entre desbalance y elevación de temperatura.
4.4.3 Efectos de la sobrecarga.
La sobrecarga mecánica se manifiesta, con un sobre calentamiento en el
estator, en tanto que los problemas de arranques repetidos y paros repetidos,
generan esfuerzos mecánicos sobre los cabezales de las bobinas.
Estas fuerzas mecánicas generadas vía el proceso de operación del motor
(arranque-paro, etc.), se reflejan como un esfuerzo físico en los cabezales de las
bobinas y terminales de las espiras de cobre, incrementando los problemas
potenciales por fractura del aislamiento de las partes conductoras.
Otra posibilidad que se presenta es un incremento de la temperatura del
aislamiento, como resultado del proceso de arranque y paros del motor en
tiempos relativamente cortos.
El calor generado por estos procesos incrementa la temperatura, acelerando el
deterioro del aislamiento, en combinación con los esfuerzos físicos aplicados al
sistema de aislamiento si se tiene polvo o humedad se puede acelerar el proceso
de falla.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
107
“Las sobrecargas no deberían afectar a un motor correctamente protegido, ya que
cualquier sobrecarga mayor que el ajuste de la protección contra sobrecarga debe
ser detectada y removida”
A continuación se presenta un resumen de las fallas más comunes en los
motores eléctricos y sus efectos. Tablas (4.5(a) A 4.5(f)).
Fallas potenciales en la
red de alimentación. Efectos
1.-pérdida de una fase en
la red de alimentación.
• Calentamiento excesivo en los devanados de
las fases restantes.
• Calentamiento en el rotor(barras del rotor y
problemas con chumaceras y lubricantes.
2.-fusible fundido en un
fase de la red de
alimentación.
Falla en una fase de la
línea.
Tabla 4.5(a). Fallas y efectos ocasionados por la red de alimentación.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
108
Fallas potenciales en el sistema de
distribución de la propia planta. Efectos.
• Desbalance en la fuente de
voltaje.
• Pérdida de una fase en el control
del motor.
• Conductor abierto en una fase
del devanado.
• Fusible fundido en una fase.
• Falla en una fase de un cable.
• Operación incorrecta en una fase
de una cuchilla desconectadora.
• Sobrecalentamiento por pérdida
de conexiones en alguna fase.
Estator.
1.- Desbalance de voltaje máximo.
2.- Calentamiento excesivo en los
devanados de las dos fases restantes.
Rotor
1.- Calentamiento en las barras.
2.- Calentamiento del rotor y la flecha.
3.- Vibración del rotor.
4.- Fallas de chumaceras.
Tabla 4.5(b). Fallas y efectos ocasionados en el sistema de distribución de una planta.
Fallas potenciales en la red de
alimentación. Efectos.
• Bajo voltaje.
1.- Sobrecalentamiento en el devanado
del estator.
2.-Deterioro del aislamiento (fractura y
pulverización).
3.- Corto de espira a espira, de bobina a
bobina o de fase a fase.
4.-Daño en el estator.
Tabla 4.5(c). Fallas y efectos ocasionados en la red de alimentación.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
109
Fallas potenciales del sistema de
distribución. Efectos.
• Ciclo excesivo de trabajo o cargas
pulsatorias.
• Sobrecargas continuas.
• Tiempos de aceleración
prolongados.
• Problemas mecánicos en las
cargas.
• Bajo voltaje en la alimentación.
• Arranque y paros repetidos.
1.- Sobrecalentamiento en el devanado
del estator.
2.-Deterioro del aislamiento (fractura y
pulverización)
3.-Corto de espira o de bobina, de fase a
fase, o de fase a tierra.
4.-Daño en el estator.
Tabla 4.5(d) Fallas y efectos ocasionados en el sistema de distribución.
Fallas potenciales de tipo eléctrico. Efectos.
• Temperatura ambiente elevada.
• Obstrucción en el sistema de
ventilación.
1.- Sobrecalentamiento en los
devanados.
2.-Deterioro de los aislamientos por
sobrecalentamiento.
3.-Falla de aislamiento de las bobinas.
• Contenido excesivo de
armónicas.
1.- Incremento en las corrientes
circulantes y pérdidas por histéresis en
las laminaciones.
2.- Sobrecalentamiento en los
devanados.
3.-Falla de aislamiento en las bobinas.
• Esfuerzos de voltaje. 1.- Falla dieléctrica del aislamiento.
2.- Falla del aislamiento de las bobinas.
Tabla 4.5(e). Fallas y efectos del tipo eléctrico.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
110
Fallas potenciales de tipo
mecánico Efectos.
• Pérdida o exceso de
lubricante.
• Contaminación en el
lubricante de las chumaceras.
• Sobrecalentamiento en el
lubricante de las chumaceras
o cojinetes.
• Pérdida o sobrecalentamiento
en el agua de enfriamiento.
1.- Sobrecalentamiento y/o deterioro
en el lubricante de las chumaceras.
2.- Falla de chumaceras (baleros).
• Pérdida de alineación en el eje
o problemas con la
cimentación.
1.- Vibración excesiva.
2.- Sobrecalentamiento y/o deterioro
en el lubricante de las chumaceras.
3.- Falla de chumacera.
Tabla 4.5(f). Fallas y efectos del tipo mecánico.
4.5 DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS ELÉCTRICAS DE MANTENIMIENTO A LOS
MOTORES DE INDUCCIÓN.
Cuando se requiere localizar una falla en un motor es conveniente
inspeccionar todo el sistema que compone el circuito de arranque del mismo
antes de aplicar las pruebas de inspección a los devanados de la máquina.
Estas pruebas pueden realizarse con la ayuda de una simple lámpara en serie,
un óhmetro o multímetro y deben realizarse para determinar la continuidad de
la alimentación desde la fuente hasta las terminales del motor.
Una de las causas por las que un motor de C.A no arranca o tiene problemas
para hacerlo es que existan fallas en su alimentación. Por lo que hay que
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
111
fusi
ble
F1
L1
F2
fusi
ble
L2
fusi
ble
F3
L3Voltmetro.
Línea 1 y Línea 2bajo prueba.
determinar si existe potencial entre terminales y si los voltajes entre fases son
iguales, hasta determinar el estado en que se encuentran los fusibles, para
localizar posibles fallas, En las figuras (4.2 y 4.3) se muestra la manera de
comprobar el estado de los fusibles del interruptor que alimenta el motor.
Figura 4.2 Prueba de una línea de alimentación con un vóltmetro.
fusi
ble
fusi
ble
fusi
ble
F1 F2 F3
L1 L2Voltmetro.
Fusible F2 bajo prueba
L3
Figura 4.3 Prueba de un fusible
1.- No hay lectura del vóltmetro indica fusible en mal estado.
2.- Si hay lectura del vóltmetro el fusible está en buen estado.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
112
4.5.1 Pruebas Eléctricas al motor de inducción trifásico.
La mayoría de las fallas eléctricas en los motores se deben principalmente a
fallas en el aislamiento de los devanados, ya que estos fallan porque los
motores operan con temperaturas arriba de sus valores nominales; esta
condición puede ser causada por una sobrecarga o una pobre ventilación.
También son causa de fallas en los motores eléctricos: la exposición a la
humedad, las atmósferas corrosivas, el polvo, las limaduras o partículas
metálicas, así como los arcos eléctricos en la alimentación o fallas en los
controladores (arrancador, cuchillas, etc.). Una de las fallas más comunes en
los devanados (bobinados) es el corto circuito, éste se puede dar cuando dos o
más espiras están eléctricamente en contacto, cuando una espira hace contacto
con las laminaciones del estator o rotor, o bien con la carcasa. Esto quiere decir
que el corto circuito puede ser entre devanados o de un devanado a tierra; estos
tipos de corto circuito conducen a su vez a otra falla, que es la de devanado o
bobina abierta.
Un corto circuito en cualquier parte del devanado puede provocar una
operación ruidosa del motor, con presencia de humo. Otro indicativo del corto
circuito es la demanda o consumo de una corriente elevada cuando el motor
opera en vacío, ósea sin carga mecánica.
Para localizar una bobina en corto circuito se pueden usar los siguientes
métodos.
1. Si el motor lo permite, se pone en marcha y se deja operar durante un
tiempo, localizando al tacto la bobina más caliente, que será la que se
encuentra en corto circuito.
2. Otro de los métodos comunes para el desarrollo de las pruebas eléctricas
en los devanados, son los siguientes:
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
113
• El método de la lámpara de prueba.
• El método de volt-ampérmetro de gancho.
• El método de Megger o medidor de resistencia de aislamiento.
• El método del Growler o Zumbador.
• El método del milivóltmetro.
Estos procedimientos y métodos de prueba simplificados se ilustran en los
siguientes esquemas, la idea de estos procedimientos es que sean fácilmente
interpretados, y que de los resultados se puedan tener los diagnósticos y la
localización de las fallas.
4.5.2 El método de la lámpara de prueba.
Se conecta una punta de prueba a la carcaza y la otra se conecta a cada
Terminal de fase en forma alternativa. Si el contacto chispea o prende la
lámpara (aun con baja intensidad) entonces hay falla a tierra. Ver figura 4.4
Fase A Fase B
Fase C
Lámpara de prueba (10 o 15 w)
Alimentación.Cables de prueba
Carcaza
Figura. 4.4 Método de la lámpara de prueba para localizar fallas a tierra.
Carcasa.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
114
4.5.3 Localización de fallas de fase a tierra por medio de un
voltampérmetro de gancho.
• Para determinar si un devanado está a tierra o tiene un valor muy
bajo de resistencia de aislamiento, se conecta a un voltampérmetro de
gancho como se muestra en la figura 4.5
• La fuente de alimentación puede ser de 120 V o 127 V, se usa el rango
más bajo de la escala, si el devanado esta a tierra es simplemente un
caso de resistencia de aislamiento.
• Un valor de resistencia a tierra es simplemente un caso de resistencia
de aislamiento baja.
• Un devanado que no está a tierra da un valor muy pequeño o
despreciable.
Carcaza
1 2
3
0.00 A.
Punta de prueba.
Punta de prueba. A la Línea de alimentación.
Motor conectado en estrella.
Voltampermetro de gancho.
Figura. 4.5 Localización de fallas de fase a tierra, por medio de un voltampérmetro de gancho.
Voltampérmetro de gancho.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
115
4.5.4 Determinación de devanados abiertos con voltampérmetro de gancho.
• Para determinar si un devanado está abierto, conectar las puntas de prueba como se muestra en la figura 4.6, si el devanado está abierto, no hay indicación de voltaje.
• Si el circuito no está abierto. El voltampérmetro conectado como
voltmetro se reflexiona o lee a plena carga.
Punta de prueba.
3
Motor conectado en estrella.
1 2
A la Línea de alimentación.Punta de prueba.
0.00 A.
Voltampermetro de gancho.
Figura. 4.6 Localización de Devanados abiertos por medio de un voltampérmetro de gancho. 4.5.5 Prueba de rotores jaula de ardilla por medio del Glowler.
La pérdida en el par de salida a velocidad nominal en un motor de inducción se
puede deber a circuitos abiertos en el rotor jaula de ardilla. Ver figura 4.7
Para probar el rotor y determinar si las barras están abiertas se procede de la
siguiente manera:
1. Colocar el rotor sobre el Glowler7.
2. Se coloca el voltampérmetro de gancho en la línea de alimentación y se
ajusta el ampérmetro a la escala más grande.
7 El Glowler (Gruñón) no es más que un inductor cuyo campo se hace pasar al devanado del rotor (barras en el caso del rotor jaula de ardilla).
Voltampérmetro de gancho.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
116
3. Energizar el Glowler y girar el rotor sobre el mismo tomando nota de las
corrientes. el Glowler funciona como el primario de un transformador.
4. Si el rotor esta bien debe tener más o menos la misma indicación de
corriente en todas las posiciones.
5. Si alguna barra está abierta entonces la corriente baja en el punto que
está abierto.
Voltampermetro de gancho.
0.00 A.
Rotor.
Glowler.
A la linea de Alimentacion.
Figura 4.7 Prueba de Rotores con Glowler.
4.6 PRUEBAS DE AISLAMIENTO A LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. En una industria es común el chequeo o mantenimiento preventivo a motores
que son considerados como claves en el proceso de producción de la planta.
Estos motores generalmente son de potencias considerables y por lo tanto su
costo de reparación es elevado, así como la sustitución del mismo, también se
toma en cuenta las pérdidas en la producción que se originan por tener un
motor fuera de servicio.
Voltampérmetro de gancho.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
117
En general los motores fraccionarios o de potencias pequeñas no son
considerados para este tipo de pruebas.
Se pueden desarrollar tres tipos de pruebas básicas para probar el aislamiento,
cualquiera de ellas ofrece buenos resultados respecto al estado del aislamiento
del motor.
• Prueba de aislamiento de corta duración. (prueba de aislamiento spot).
• Prueba de índice de polarización.
• Prueba comparativa de paso de voltaje.
4.6.1 Prueba de aislamiento de corta duración.
Esta prueba también conocida como “prueba de aislamiento spot”, es la
prueba de resistencia de aislamiento más simple, durante esta prueba el voltaje
de salida del aparato probado se eleva hasta el valor deseado, y a un tiempo
determinado se toma la lectura de resistencia de aislamiento. Los niveles de
voltaje recomendados para esta prueba se muestran en la tabla 4.6.
La medición de la resistencia de aislamiento se efectúa con una fuente de
alimentación en corriente continua y con un voltaje de al menos 500 volts, por
medio de un aparato denominado “Megóhmetro”. Estos aparatos pueden ser de
500 volts, 1000 volts, o 1500 volts y con acoplamiento manual o motorizado.
Valores de niveles de tensión de prueba recomendados para pruebas de resistencia de aislamiento. (en mantenimiento de rutina para equipos hasta 4160 V o mayores)
Voltaje del equipo por probar (En C.A)
Voltaje de la prueba (En C.D)
Hasta 100 V 440 V A 550 V 2400 V 4160 V y Mayores.
100 V y 250 V 500 V y 1000 V 1000 V a 2000 V o Mayores. 1000 V a 5000 V o Mayores.
Tabal 4.6 Valores de tensión de prueba recomendados para pruebas de resistencia de
aislamiento.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
118
Para obtener el valor de la resistencia, es práctica común que la prueba de
resistencia de aislamiento spot se desarrolle por un tiempo de 60 seg., porque
en muchos casos la lectura de la resistencia de aislamiento se continúa
elevando para un periodo de tiempo mayor. Si la prueba siempre se suspende a
los 60 segundos, se establece un parámetro consistente para cada máquina.
La prueba spot se usa cuando se desea obtener una evaluación rápida de
referencia de las condiciones de un motor, las lecturas se deben tomar:
• Entre cada fase del motor y tierra.
• Entre las tres fases unidas temporalmente contra tierra.
En la figura 4.8 se muestra un esquema para la realización de esta prueba.
Si los valores de lectura están arriba de los valores mínimos aceptables, el
motor se considera en condiciones de operación para un periodo de tiempo
preseleccionado (por lo general de 6 meses a 1 año).
Para motores hasta 460 V de tensión nominal, el valor mínimo aceptable es de
1 Megohm. También se establece que no debe ser menor de 1 Megohm del valor
obtenido con la expresión:
)(100
minMegohms
KVAenPotencia
alesterenTensionR oaislamient +
>
El valor de resistencia de aislamiento deberá ser de alguna manera mayor,
dependiendo de la historia del aislamiento; sin embargo, los valores aceptables
pueden variar de acuerdo a otros factores, tales como: voltajes nominales de los
motores y tipos de aislamiento, altura de operación sobre el nivel del mar,
potencia nominal del motor y el medio ambiente en el lugar de la instalación.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
119
Lo más importante con la prueba de aislamiento tipo spot es la tendencia de los
valores comparativos de las lecturas de la prueba año con año. Estas lecturas
proporcionan una excelente guía de las condiciones del motor.
'Megohmetro.
L1
A tierra
L2
L3
cada Fase a tierra.Se mide la resistencia de
Y Posteriormente las tres fasesUnidas Temporalmente contra tierra.
Figura 4.8 Esquema Para Efectuar La Prueba de Aislamiento de Corta Duración.
4.6.2 Determinación del índice de Polarizacion (IP).
La prueba de índice de polarizacion se puede usar para obtener una indicación
inmediata de la condición del aislamiento del motor. Es importante observar
que esta prueba no está afectada por la temperatura, debido a que se basa en
relaciones cuyos valores no están afectados por variaciones de temperatura.
Para desarrollar la prueba se toma una lectura de la prueba de resistencia de
aislamiento a 1 minuto, y una segunda lectura después de 10 minutos.
Se mide la resistencia de cada fase a tierra.
Posteriormente las tres fases unidas temporalmente contra tierra.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
120
El índice de polarizacion es el valor obtenido de dividir la segunda lectura entre
la primera, es decir:
min
.min
1
10
R
RIP =
Donde:
IP = Índice de polarización.
R10 min. = Resistencia de aislamiento tomada después de 10 minutos.
R1 min. = Resistencia de aislamiento a 1 minuto
El valor obtenido proporciona una indicación inmediata de la condición del
aislamiento del motor. En la tabla 4.7 se dan algunos valores de relaciones y
las correspondientes condiciones relacionadas para el aislamiento probado.
En general un valor elevado de IP indica que el aislamiento se encuentra en
buenas condiciones. Un valor de IP menor que la unidad (menor que 1) indica
que se debe tomar una acción correctiva en forma inmediata.
Valores de índice de polarizacion (IP) que indican las condiciones del
aislamiento.
Condición del Aislamiento. Relación 10/1 minutos (IP)
Peligroso
Cuestionable
Bueno
Excelente
Menor de 1
1.0 a 2.0
2.0 a 4.0
Mayor de 4.0
Tabla 4.7. Condiciones del aislamiento con sus índices de polarizacion correspondientes.
Frecuentemente, una lectura de valor bajo indica que el aislamiento está sucio o
húmedo. La limpieza y/o secado generalmente restauran el IP a valores
aceptables.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
121
Conviene tener en mente que los valores de IP sobre un mismo motor son
relativos. Si por ejemplo, para un motor se obtuvieron valores bajos de IP
durante un cierto número de años, que ni con la limpieza o secado se han
logrado cambios en el IP, se debe suponer que esto es normal para este motor
en particular.
4.7 PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO.
Una prueba de aislamiento en sitio es una prueba que verifica el aislamiento
del motor sobre la vida del motor. Se hace cuando el motor esta en servicio
alrededor de cada seis meses. Véase la figura 4.9 que sintetiza la prueba.
Para la aplicación de esta prueba se sigue el siguiente procedimiento:
1. Conectar un megger (Megóhmetro) para medir la resistencia de cada
terminal del devanado a tierra. Las lecturas se registran después de 60
segundos. En caso dado que no se obtenga la lectura mínima aceptable,
se debe revisar y dar mantenimiento al motor. Se debe registrar el valor
de la lectura mínima, ya que esta sirve de referencia.
2. Se descargan los devanados del motor a través de una resistencia.
3. Se repiten los pasos anteriores cada 6 meses y se traza la gráfica.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
122
5
10
50
100
500
1000
1990 1991 1992 199319941995
C
A
B
D
ANO_
RESIS
TENCIA
EN H
OM
S.
A tierra
T1
T4
T5
T8
Resistencia de5 K 5 W.
Descargar los devanados. 2
1Se mide la resistencia decada devanado a tierra.
Se miden los pasos cada 6 meses.
1 2y
A Localizado en operacion.
B Efecto de envejecimientocontaminacion, etc.
Falla de Aislamiento del Motor.C
Despues de reparar la falla (reembobinar).DMegohmetro.
'
'
'
'
Figura 4.9. Prueba de aislamiento en sitio a motores.
4.8 PRUEBA DE AISLAMIENTO DE PASO DE VOLTAJE.
Una prueba de aislamiento de paso de voltaje, es aquella que crea esfuerzo
eléctrico en los aislamientos internos para revelar envejecimiento o daño que no
se pueden encontrar durante otras pruebas de aislamiento del motor. La
prueba de aislamiento de paso de voltaje se aplica sólo después de la prueba de
aislamiento en sitio. Véase la figura 4.10 que sintetiza la prueba.
Para desarrollar se aplica el siguiente procedimiento:
1. Se ajusta el megóhmetro a 500 V y se conecta para medir la resistencia
de cada terminal del devanado a tierra. Se toma la lectura de cada
resistencia. Cada 60 segundos se debe registrar la lectura más baja.
Falla de aislamiento del motor.
CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
123
2. Colocar las terminales del medidor sobre el devanado que tiene la lectura
mas baja.
3. Ajustar el megóhmetro con incrementos de 500V, comenzando con 1000
V y terminando con 5000 V. registrar las lecturas cada 60 segundos.
4. Descargar los devanados.
Figura 4.10 Prueba de aislamiento de paso de voltaje.
Megohmetro.
sobre el devanado con laColocar la terminal del medidor
cada devanado a tierra.Medicion de cada
5 W.5 KResistencia de
T3
T2
A tierra
RESIS
TENCIA
EN H
OM
S.
VOLTAJE (KV)
C
54321
1000
500
100
50
10
5
T1
lectura mas baja.
'
Se aumenta el ajuste delMedidor por 500 V y se resgistranlas lecturas sobre la grafica.
Curva A
Curva B
más baja
medidor por 500 y se registran las lecturas sobre la gráfica.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
124
CAPÍTULO 5
CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES
TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
En anteriores capítulos se ha mencionado el funcionamiento de los motores de
inducción tipo jaula de ardilla, pruebas, clasificación y diagnósticos de fallas.
La finalidad de este capítulo es aplicar dicha teoría en la selección de un motor
trifásico de inducción jaula de ardilla a partir de ciertas especificaciones entre
las cuales se tiene:
• Característica de la carga a mover.
• Tensión de alimentación disponible. (infraestructura eléctrica)
• Velocidad requerida.
• Ambiente en el cual operara el motor.
• Ciclo de trabajo ( continuo o intermitente).
• Montaje del motor ( vertical, horizontal u otro en especial).
• Tipo de arranque (de acuerdo a las características de la carga).
• Tipo de tracción requerida.
• Tipo de carcasa. Dependiendo del ambiente de trabajo.
• Especificaciones especiales como tipo de mantenimiento y montaje.
5.1 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA
A PARTIR DE LOS DATOS DE PLACA.
Como se sabe la capacidad de las máquinas eléctricas se da en términos de
sus capacidades de salida. Para los motores eléctricos, se presenta en función
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
125
de la potencia de salida en caballos de fuerza (hp) en el eje del motor, a la
velocidad nominal, corriente a plena carga y tensión Nominal.
Para simplificar esta descripción nos concretaremos a la información que se da
en las placas de los motores. No todos los motores muestran toda la
información posible que podría aparecer en una placa. En algunos casos, la
información que no se muestra en la placa se puede obtener en las
publicaciones del fabricante o mediante sus especificaciones por escrito para el
motor. En una placa de motor pueden aparecer cuales quiera de los siguientes:
• Tipo de motor (en este caso de inducción jaula de Ardilla).
• Conexión de los devanados.
• Tamaño del armazón.
• Hermeticidad.
• Número de fases.
• Salida de potencia en h.p
• Frecuencia.
• Velocidad nominal.
• Corriente nominal.
• Aumento permisible de temperatura sobre el ambiente.
• Ciclo de trabajo (intermitente, continuo).
• Letra de código para corriente a rotor bloqueado.
• Protección térmica.
• Factor de servicio.
• Número de identificación del fabricante.
• Número de modelo del fabricante.
La manera más sencilla y práctica para sustituir un motor eléctrico de
cualquier equipo, será simplemente adquirir uno idéntico al motor por
sustituir.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
126
En estos casos no se necesita saber mucho sobre motores eléctricos ni de su
selección a un más cuando se cuenta con los datos de placa del motor, pero en
la práctica de la ingeniería en algunas ocasiones habrá que realizar algunos
cálculos antes de determinar la capacidad del motor, así como sus
características complementarias.
5.2 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA
APARTIR DE LA CARGA.
La elección de un motor eléctrico del cual no se dispongan de los datos de
placa, es un proceso más complejo que deberá ser estudiado para cada caso en
particular, sin embargo existen ciertos lineamientos que deben seguirse al
seleccionar un motor en particular.
El primer paso es determinar la característica del par requerido al arranque del
motor, esta característica está íntimamente ligada al tipo de carga que deberá
mover el motor.
El proceso propuesto para la selección de un motor trifásico de inducción tipo
jaula de ardilla será:
1. Determinar las condiciones generales de operación del motor.
2. Calcular la potencia eléctrica requerida para accionar la carga
3. Determinar la velocidad requerida por la carga.
4. De acuerdo con el ambiente de trabajo se selecciona la carcasa del motor.
5. Se selecciona la clase de aislamiento de acuerdo al ciclo de trabajo y las
condiciones atmosféricas.
6. Se selecciona el método de arranque que más convenga, de acuerdo al
par demandado por la carga al momento del arranque.
7. Determinar el tipo de transmisión mecánica hacia la carga.
8. Con la información anterior Se selecciona el motor mediante catálogos de
fabricantes.
9. Se efectúa un estudio económico. (se presenta en el capitulo VI).
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
127
5.3 EJEMPLO DE SELECCIÓN DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION
TIPO JAULA DE ARDILLA.
Como ya se mencionó anteriormente no se pretende dar una guía completa de
selección de todo el equipo requerido para la puesta en marcha de un motor
trifásico de inducción. Estos deberán estar sujetos a los requerimientos
específicos en cada caso.
La selección de un motor eléctrico debe de realizarse tomando en cuenta como
ya se mencionó con anterioridad todas las prerrogativas necesarias, es decir
tener conocimiento de lo que se desea obtener del motor.
Con los datos generales de operación se propone un método para la selección
de un motor eléctrico de inducción de la siguiente manera:
Primero: Se determina que trabajo deberá realizar el motor. Esto implica
conocer el tipo de mecanismo que deberá accionar. Estos mecanicismos son
muy variados y podemos mencionar algunos:
• Mecanismos de elevación.
• Mecanismos de traslación.
• Mecanismos de transportación.
• Mecanismos para la succión de líquidos.
Segundo: Se debe especificar la velocidad a la cual deberá ser movida la
carga. Esto normalmente se hace mediante un reductor de velocidad del tipo
mecánico.
Tercero: Se calcula la potencia en kw del motor a utilizar.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
128
Cuarto: Se especificará las características complementarias del motor.
• Clase del motor.
• Frecuencia.
• Factor de servicio.
• Clase de aislamiento.
• Tamaño y tipo de carcasa.
Quinto: Se enlistan las características obtenidas del motor a utilizar.
Sexto: Con los datos anteriores podemos seleccionar un motor de un
catálogo de fabricante.
A continuación se expone un ejemplo de selección de un motor de inducción
jaula de ardilla a partir de la siguiente información.
Ejemplo típico: Selección del motor para un mecanismo de elevación.
En una planta industrial se desea sustituir un motor de inducción tipo jaula de
ardilla que ha terminado su ciclo de trabajo, dicho motor forma parte de un
mecanismo de elevación, a base de polea y cable de acero. Se desea que este
nuevo motor tenga la capacidad de elevar cargas de hasta 1000 kg a una
altura de 5 metros, con una velocidad de 20m/min, para lo cual se usara un
reductor de velocidad mecánico acoplado al eje del motor.
Las condiciones de trabajo del motor son las siguientes:
• Se trata de una planta dedicada a fabricar contenedores de acero.
• No existe la presencia de gases peligrosos o explosivos.
• Existe una temperatura promedio de 25 0C durante el día.
• Existe la presencia moderada de polvo.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
129
• El ambiente no es húmedo.
• Se pretende que el motor trabaje en ciclos intermitentes de trabajo.
• La tensión disponible para el motor es de 220V trifásica.
• El motor trabajará en la ciudad de México.(2300 m.s.n.m).
Una vez determinado las condiciones generales de carga y de trabajo para el
motor, aplicaremos el método sugerido.
• Se determinó que se trata de un mecanismo de elevación.
• La velocidad requerida es de 20m/min.
• Cálculo de la potencia requerida por el motor.
La potencia eléctrica que se necesita para elevar la carga de 1000 kg estará
dada por la ecuación 1:
ηx
vxFPN 1000
= ……………..1
Donde:
PN = Potencia Nominal del motor en Kw.
F = Fuerza en Newtons.
v = Velocidad de elevación en m/s.
η = Rendimiento mecánico.
El rendimiento mecánico se refiere a qué tan eficiente es la transmisión de la
potencia mecánica a través del mecanismo de transmisión. Para este ejemplo
tomaremos como 0.9 la eficiencia ya que se trata de un acoplamiento directo a
la flecha del motor por lo que se considera altamente eficiente. En todo caso se
debe de consultar el dato en el equipo.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
130
La fuerza esta dadá por la siguiente ecuación:
F = m x g……….2
Donde:
m = Masa en kg.
m = 1000 kg.
g = Aceleración
g = 9.81 m/seg2
v = 20 m/min = 0.333 m/s
η = 0.9
F = 1000kg x 9.81m/seg2
F = 9810 N.
Sustituyendo valores. En la ecuación 1 tenemos:
.7.629.39.01000
333.09810KW
xs
mxN
PN ==
La potencia requerida para el motor es de 3629.7 W
Los hp`s serán:
.8655.4746
7.3629
746hp
W
W
W
Php N ===
Donde:
PN = Potencia nominal del motor en watts.
746 W equivalen a 1 hp.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
131
Es decir que se necesitaría un motor de 4.8655 hp. En este caso el motor
comercial que se aproxima al valor obtenido es el de 5 hp.
Especificación de las características complementarias del motor.
• El factor de servicio.
Algunos motores están diseñados para desarrollar más de su potencia nominal
(hp) sin que se les produzca daño. El factor de servicio de un motor es un
margen de seguridad.
Los factores de servicio recomendados son los que se muestran en la tabla. 5.1
Equipo Factor
de servicio.
Ventiladores. Centrífugo. De pistón.
1.00 1.25
Compresores. Centrífugo. De pistón.
1.25 1.50
Transportadores. Uniformemente cargados. De servicio pesado.
1.50 2.00
Elevadores. De cubo. De carga.
2.00 2.25
Máquinas herramientas. De enrollado. De presión y perforado De remache.
2.00 2.25 3.00
Bombas. Centrífuga. Recíproca. Rotatoria
1.00 2.00 1.50
Mezcladoras. De concreto. Tambor
2.00 2.25
Tabla 5.1 factor de servicio típicos para aplicaciones industriales.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
132
El factor de servicio está relacionado con la sobrecarga mecánica en la que
puede operar el motor sin que sufra daño alguno, en este caso la potencia en
nuestro ejemplo fue calculada para la máxima carga esperada.
En la tabla anterior 6.1 se describen factores de servicio de tipo industrial
aunque para nuestro ejemplo podríamos tomar un factor de servicio de 1.15
ya que como se mencionó la potencia ha sido calculada de acuerdo a la carga
máxima esperada.
Así que la potencia desarrollada por el motor con factor de servicio de 1.15
será:
Hp max =Hp x F.S Hp max = 5 x 1.15 = 5.75
Es decir que el motor seleccionado deberá soportar una sobrecarga equivalente
a 0.75 Hp o ¾ Hp
• Diseño del Motor de acuerdo a Norma NEMA.
Los motores trifásicos de inducción en jaula de ardilla en el rango de 1 a 2000
hp, son especificados por su diseño: A, B, C o D.
Estos requerimientos de diseño están disponibles para aplicaciones
particulares, basadas en los requerimientos de la carga típica la cual se agrupa
en la clasificación de diseño y aplicaciones de motores de inducción (ver tabla
5.2) de la norma NEMA.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
133
Clasificación
Par de
arranque(porciento
del par de arranque
nominal).
Corriente de
arranque.
Deslizamiento. Par de atascamiento
(porciento del par de
carga nominal)
Aplicación típica.
Diseño A y B
par de
arranque
normal y
corriente de
arranque
normal.
100 – 200 %
200 – 250 %
Normal.
< 5 %
Abanicos, bombas
centrifugas y
compresoras. Donde
los requerimientos del
par de arranque son
relativamente
pequeños.
Diseño C par
de arranque
alto y
deslizamiento
alto.
200 – 250 %
200 – 250 %
Normal.
< 5 %
máquinas
conmutadoras,
agitadores, bombas
reciprocantes y
compresoras donde se
requiere un arranque
con carga.
Diseño D par
de arranque
alto y
deslizamiento
Bajo.
275 %
275 %
Bajo.
> 5 %
Cargas elevadas,
perforadoras,
elevadores, extractores
etcétera.
Rotor
devanado
Cualquier par hasta
el valor de
atascamiento.
225 – 275 %
Depende del
par de
arranque.
Depende de la
resistencia del rotor.
Donde se requiere alto
par de arranque, con
baja corriente de
inserción, arranques
frecuentes o control de
velocidad ilimitada y
donde deba acelerarse
la inercia.
Tabla 5.2 Clasificación de diseños y aplicaciones de los motores de inducción.
Con la tabla anterior podemos escoger el diseño o clase de motor que más
conviene, según la aplicación de que se trate.
En nuestro caso en particular se trata de un motor que operara en un
mecanismo de elevación y que por lo tanto se requiere que el motor arranque
con la carga. Esto nos hace pensar que el motor a seleccionar debe ser según la
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
134
tabla 5.2 el de la “clase D” ya que este motor nos proporciona alto par al
arranque con una corriente de arranque baja y es apto para cargas elevadas
como es el caso de nuestro ejemplo.
En la práctica puede ser que otro diseño pueda funcionar con las mismas
prestaciones que el seleccionado. El criterio para seleccionar el motor en
ocasiones depende de la experiencia que tenga el ingeniero encargado de la
selección.
• Montaje.
Los motores están generalmente montados horizontalmente anclados al piso,
otros arreglos comunes son:
• Montados en pared.
• Montados en el techo.
• Montados en pedestal.
• Montados de lado.
• Montaje vertical.
• Montaje horizontal.
En este caso el montaje es de “tipo horizontal” montado a la estructura
metálica del elevador y sujetado por tornillos de alta resistencia.
• Clase de Aislamiento.
El tipo de aislamiento usado en un motor depende de la temperatura de
operación que este vaya a experimentar. Los motores son especificados por
temperatura ambiente y clase de aislamiento.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
135
La temperatura ambiente promedio que hay en el lugar de operación del motor
es de 25° C. la clase de aislamiento se puede elegir con la tabla 5.3 donde se
muestran los limites permisibles de elevación de temperatura.
Clase Temperatura de 20000 HR de vida.
A
B
F
H
105° C
130° C
155° C
180° C
Temperatura ambiente máxima de 40° C.
Tabla 5.3 Clases de aislamiento y temperaturas para una vida en el aislamiento de 20000
horas.
La tabla 5.3 muestra la temperatura del devanado del estator máxima
permitida para una vida en operación de 20000 Hrs. Y una temperatura
ambiente máxima de 40° C .
La clase A es una clasificación antigua. La clase B es la estándar actual, las
clases F y H, son usadas para aplicaciones de altas temperaturas.
Para nuestro motor seleccionado la clase de aislamiento más adecuado es la
clase “B” que soporta una temperatura máxima de 130° C con un incremento
de temperatura de 90° C respecto a la temperatura ambiente máxima de 40° C.
Si tomamos en consideración que la temperatura ambiente promedio es de 25°
C, El incremento de la temperatura será de 105° C, con lo cual se tiene un
margen satisfactorio y el motor puede operar con incrementos considerables de
temperatura, pero jamás rebasar ese límite. De aquí radica la importancia de la
selección del aislamiento adecuado.
Un factor a considerar es que existe la presencia de degradación en los
aislamientos de la máquina, cuando estas operan por encima de los 1000
m.s.n.m. por lo que se debe considerar la información en la tabla 5.4
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
136
Degradación de motores por altitud.
Rango de Altitud
(m.s.n.m)
Factor de servicio = 1.0 factor de servicio = 1.5
1000 – 2700 93% 100%
2700 – 3000 91% 98%
3000 – 4000 86% 92%
4000 - 5000 79% 85%
Tabla 5.4 factores de degradación de motores por altitud.
Para el caso de nuestro ejemplo se tiene una altura de operación de 2350
metros sobre el nivel del mar y un factor de servicio de 1.15 por lo que no existe
degradación que afecte la vida útil de los aislamientos.
• La frecuencia.
El sistema de generación en México y América es de 60 Hz o ciclos por segundo;
Siendo esta la de la red de la planta.
• La tensión.
La tensión de 220 V es la de la red interna de la planta para alimentar el motor
de 5hp.
• Tamaño y tipo de carcasa.
El tipo de carcasa se seleccionara según las condiciones de operación, ya sean
consideradas como normales o especiales por ejemplo, sumergido en agua, a
prueba de goteo, a prueba de polvo, en ambientes explosivos, etcétera.
En la tabla 5.5 se muestran las características de las carcasas usadas en los
motores de inducción.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
137
tipos Características.
Abiertos.
A prueba de goteo
A prueba de salpicaduras.
Protegido.
Semiprotegido.
A prueba de goteo totalmente
protegido.
Ventilación externa.
Ventilación con tubería.
Intemperie, tipo 1.
Intemperie, tipo 2.
Totalmente cerrado.
No ventilado.
Enfriamiento con abanico.
A prueba de explosiones.
A prueba de ignición de polvo.
Intemperie.
Ventilación con tubería.
Enfriamiento con agua.
Enfriamiento con agua-aire.
Enfriamiento aire-aire
Encapsulado.
Operación con goteo de líquidos hasta 15° C de la vertical.
Operación con salpicaduras de líquidos hasta 100° de la vertical.
Protegido por aperturas de tamaños limitado (menos de ¾ pulg).
Protegido solamente en la parte media superior.
A prueba de goteo con aperturas de tamaño limitado.
Ventilado con abanico separado del motor puede contar con otro
tipo de protección.
Las aperturas aceptan entradas de ductos o tubo para
enfriamiento con aire.
El pasaje para ventilación minimiza la entrada de lluvia, nieve y
partículas en el aire. Los pasajeros cuentan con menos de ¾ pulg
de diámetro.
Los motores, además de contar con las características del tipo 1,
tienen un pasaje para descargar partículas con alta velocidad que
se introducen en el motor.
No equipado para ventilación externa.
Enfriado mediante un abanico externo integrado.
Soporta explosiones internas de gas. Previene ignición de gas
externa.
Excluye la ignición de cantidades de polvo, lo cual degradaría su
operación.
Las aperturas aceptan entradas de ductos o tubos para
enfriamiento con aire.
Enfriado por circulación de agua.
Enfriado con agua, aire enfriado.
Enfriado con aire, aire enfriado.
Enfriado con abanico y protegido por aperturas de tamaño
Cuenta con devanados rellenos de resina. Para condiciones
severas.
Taba 5.5 características de operación de motores eléctricos y tipo de carcasa.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
138
Recordemos que nuestro motor seleccionado trabajará en un ambiente seco,
con la presencia moderada de polvo. Otra condición es que se encuentra fuera
de cualquier tipo de humedad o ambiente explosivo.
Para fines prácticos se puede seleccionar una carcasa tipo abierta a prueba de
salpicaduras con ello se podría prevenir la presencia de agua debido a los
servicios de limpieza que se realizan en los equipos.
• Elección de la Carcasa.
Los motores se deben montar en forma apropiada antes de su puesta en
operación. Todos los motores con carcasas proporcionarán algunos medios de
montaje. Las carcasas o tamaños de la carcasa se han clasificado por la NEMA
(Nacional Manufacturer Association)., por medio de un número normalizado
para indicar las dimensiones de montaje del motor.
El número de carcasa (NC) de un motor de acuerdo a las normas americanas
NEMA. Se determina multiplicando la distancia (medida en pulgadas) del
centro de la flecha a la base por 16, para las carcasas con números 48 y 56.
Para los motores con carcasas mayores del 48 o 56 se asignan números de tres
o cuatro dígitos; los primeros dos dígitos del número de la carcasa se asignan
multiplicando la distancia del centro de la flecha o eje a la base (expresada en
pulgadas) por cuatro.
Cuando el número calculado no es entero, entonces se redondea al número
inmediato superior.
El tercer digito del número de la carcasa se determina tomando el doble de la
dimensión “F” (ver figura 5.1) y aplicando el tercer-cuarto digito del número de
la carcasa en tablas. Ver el anexo A “dimensiones de carcazas para motores
eléctricos”.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
139
B
F F BA
V
U
D
E E
A
Figura 5.1 Dimensiones de las carcasas en los motores eléctricos según la NEMA.
El tamaño de la carcasa y del motor en su conjunto está en proporción a la
potencia del motor que se seleccione así como de la velocidad requerida.
En general los motores de alta velocidad son más pequeños que los de baja
velocidad, a igualdad de potencia.
Es necesario consultar los catálogos de los fabricantes para determinar el
número de carcasa apropiada según nuestro montaje.
Es deseable que el tamaño de la carcasa se adapte al montaje que se esté
realizando, regularmente se tienen que hacer unas modificaciones a la
estructura antes de montar el motor
Ejemplo: Si se tuviera una carcaza número 184. Las dimensiones serían las
siguientes:
Los primeros dos dígitos dividido entre 4
D = Distancia de la base al centro de la flecha del motor en pulgadas.
D =18/4 = 4.5 pulgadas.
El tercer dígito multiplicado por 2
F = Distancia del centro de la carcasa al centro del los orificios de montaje.
F = 2(4) = 8 pulgadas.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
140
5.4 Arranque del motor.
El arranque del motor está sujeto a la carga por accionar, en este caso se trata
de una carga constante que requiere el máximo par al momento del arranque.
Otro aspecto importante es el efecto que se tiene al momento de la puesta en
marcha sobre la línea de alimentación, cuestión que puede ser minimizada por
el uso de un alimentador independiente hacia el motor y con el uso de la
corriente trifásica, ya que de otro modo un motor monofásico demandaría una
cantidad considerable de corriente al arranque y por lo tanto un mayor grado
de perturbaciones en la red eléctrica de la planta.
El control del sistema de elevación está dado por un arrancador
electromagnético a tensión plena y controlado por una estación de botones.
Dicho diagrama está expuesto en el capítulo II.
• El mantenimiento.
Regularmente los fabricantes proporcionan la información acerca del
mantenimiento de los motores que venden, de tal manera que se deben acatar
no sólo por el lado de asegurar una larga vida útil del motor, si no porque de
esta manera se asegura la garantía por escrito que da el fabricante.
Una vez que el motor tiene tiempo en operación el mantenimiento debe llevarse
a cabo de manera periódica, teniendo en cuenta las pruebas descritas en los
capítulos IV y V
5.5 RESUMEN DE CARACTERISTICAS DEL MOTOR SELECCIONADO.
Se ha seleccionado un motor eléctrico de inducción jaula de ardilla, aunque hay
que recordar que todos y cada uno de los motores tiene una aplicación en la
cual son más eficientes, esta guía está dirigida a la selección de motores
trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla por ser el motor de mayor aplicación
en la industria.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
141
Todos los casos en los que intervenga la selección de cualquier equipo debe ser
estudiada y analizada para cada caso en particular sobre todo en aquellos
motores que por su gran tamaño y trabajo que realizan en el proceso de la
producción de una planta se les considera como claves, o cuando la
interrupción en la operación de dichos motores afecta el proceso de la
producción.
Una vez echo la selección de los parámetros más importantes para la selección
de un motor, el siguiente paso será sintetizar la información a manera de lista
para poder comparar estos datos con algún modelo de motor en el mercado y
pedir presupuesto.
A continuación se muestra en síntesis las características más importantes para
la selección del motor trifásico de inducción tipo jaula de ardilla.
Potencia 5 HP.
Tensión. 220 V, 3
Diseño del motor. CLASE “D” Par de arranque elevado ideal para cargas
elevadas.
Frecuencia. 60 HZ
Factor de servicio 1.15
Tipo de servicio Intermitente.
Carcasa. A prueba de salpicaduras.
Clase de aislamiento Clase “B "130° C de elevación.
Velocidad 1800 r.pm
Tabla 5.6 Resumen de características requeridas para selección del un motor trifásico de
inducción tipo jaula de ardilla que operara un accionamiento elevador de carga.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
142
5.6 Selección del motor a utilizar.
Para nuestro ejemplo de selección se ha elegido un motor de la marca WEG, del
cual se puede obtener su catálogo de motores vía Internet, la cual incluye sus
características principales y precios de sus productos para el presente año
2008.8
De acuerdo a este catalogo se eligió un motor con las características siguientes:
MOTORES NEMA TRIFÁSICOS ARMAZÓN DE HIERRO W21 ALTA EFICIENCIA Potencia 5hp. Motores modelo MPH3J con las siguientes características: * Rodamiento de bolas (de rodillos como opcional) * Totalmente cerrados con ventilación exterior (TCCV) * Servicio continuo * Montaje: Horizontal * Factor de Servicio 1.25 (de 1 a 100 HP) * Caja de conexiones: Lateral (F1) 1.15 (potencias mayores) * Aislamiento: Clase F * Voltaje: 208-230 / 460 V @ 60 Hz * Diseño Eléctrico: NEMA B * Doble sello "V-Ring" en la flecha
5.7 Motores de Alta Eficiencia.
En la actualidad la creciente demanda de energía eléctrica a nivel mundial
obliga a los fabricantes de equipo eléctrico hacer cada día mejoras en sus
productos con la finalidad de tener el máximo rendimiento de las máquinas,
con un ahorro de energía mayor, que sea en beneficio del consumidor, y de las
propias compañías suministradoras de energía eléctrica.
En el caso de los motores de uso industrial es cada vez más frecuente el uso de
motores de alta eficiencia, ya que se obtienen múltiples beneficios al hacer uso
de éstos, sobre todo en lo que respecta al pago por consumo de energía, al
reducirse la pérdidas eléctricas y mecánicas.
8 La lista de precios se obtuvo a través de Internet. ver las referencias electrónicas anexas.
CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.
143
En la actualidad existe la tendencia en adquirir motores de alta eficiencia,
sobre todo cuando hablamos de plantas industriales que emplean un número
considerable de motores. En La industria es común el reemplazo de motores
eléctricos cuya eficiencia ya no corresponde a las tendencias actuales de ahorro
y eficiencia de la energía eléctrica.
El tema de los motores eléctricos de alta eficiencia y su impacto en la economía
energética del país merece un Estudio aparte; lo cual no está en el alcance de
este trabajo.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
144
CAPÍTULO 6.
ESTUDIO ECONÓMICO.
En este capítulo se presenta un estudio del impacto económico que surge por
una inadecuada selección de los motores, sobre todo en aquellos que por su
gran potencia o trabajo que desempeñan se hacen imprescindibles.
6.1 CONSECUENCIAS DE UNA MALA SELECCIÓN DEL MOTOR.
Algunos de los impactos inmediatos de la mala selección de un motor son:
• Fallas súbitas en el motor.
• Fallas en los mecanismos de transmisión o eje de los motores.
• Sobre cargas que originan calentamientos, (degradación de aislamientos).
• Grandes pérdidas debidas a altas temperaturas, que son traducidas en
cobros excesivos de energía eléctrica.
• Suspensión en el proceso, por mantenimiento no previsto.
• Necesidad de hacer reparaciones mayores al motor.
• Costos elevados por falta de producción en la planta.
Las fallas en los motores deben de prevenirse con el mantenimiento predictivo y
preventivo, programado por el personal técnico de la planta, de esta manera se
estará garantizando su buen funcionamiento.
Pero a pesar del buen mantenimiento que aplique a las máquinas, estas
pueden fallar en cualquier momento si fueron mal seleccionadas desde un
principio. De manera tal que un motor mal aplicado puede llegar a tener
mantenimientos continuos para garantizar su funcionamiento, pero es obvio
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
145
que los mantenimientos continuos traen consigo una serie de inconvenientes
económicos al tener que sustituir elementos del motor y por ende tener que
parar la producción de manera intempestiva.
6.2 DEGRADACION DE LA VIDA UTIL DE UN MOTOR DE INDUCCION.
En nuestro ejemplo del capítulo 5 se seleccionó un motor con clase de
aislamiento B, con esta clase de aislamiento la temperatura máxima permisible
es de 130o. ¿cuál seria su vida útil si se hubiera escogido el mismo motor pero
con clase de aislamiento A. Suponiendo que la vida promedio de los motores es
de 10 años. Y una temperatura detectada en el motor de 115o C ?
¿Qué tiempo de vida se espera del motor con clase de Aislamiento B ?
Con clase “A”
El cálculo de la vida útil está dada por la siguiente ecuación:
R
VidaVida orig
cal = ………..1
Donde R es el factor de reducción de la vida del motor.
)10/(2OTR ∆= …………2
Donde:
DT = Es la diferencia positiva de temperatura entre la máxima elevación
permisible de temperatura y la temperatura registrada por los detectores en el
motor.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
146
Para una clase “A” se tiene una temperatura máxima de elevación de 105o. La
diferencia de temperatura queda como:
DT = 115o - 105o = 10o
Sustituyendo en la ecuación 2.
222 1)10/10( ===OO
R
Y sustituyendo en la ecuación 1 se tiene:
52
ños10 === a
R
VidaVida orig
cal años.
“Lo cual quiere decir que por cada 10o C de elevación de temperatura por
arriba de lo permisible la vida del motor se reduce a la mitad”
Con Clase “B”
Si se seleccionara la clase B se tendría.
Vidacal = Vidaorig x E…………3
Donde:
E = la extensión de la vida útil del motor y se calcula con la ecuación siguiente:
)10/(2OTE ∆= ……………4
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
147
Con un aislamiento B la temperatura admisible es 130o C. por lo que la
diferencia de temperatura es igual a:
DT = 130o - 115o = 15o
Y sustituyendo en la ecuación numero 4:
82.222 5.1)10/15( ===Oo
E
Sustituyendo en la ecuación 3 obtenemos la vida calculada.
Vidacal = 10 años x 2.82 = 28.2 años
“Lo cual quiere decir que el motor aumenta su vida útil si se selecciona
adecuadamente la clase de aislamiento”.
De lo descrito anteriormente se destaca:
• La selección adecuada de la clase de aislamiento determina la vida útil
del motor.
• Si se elige una clase de aislamiento adecuada se puede obtener una vida
útil del motor elevada.
• Lo anterior impacta positivamente en el costo de operación.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
148
6.3 Análisis de costos.
Se observo a través del análisis anterior la importancia que tiene la selección
adecuada del motor, por ello se hace un estudio económico que compara los
costos de un motor correctamente seleccionado, contra los costos originados
por la mala selección del mismo.
Los conceptos de costos para un motor correctamente seleccionado serán:
• Costo de Ingeniería: Es decir la erogación a Favor del Ingeniero
encargado de la selección del Motor.
• Costo por adquisición del motor: Es el precio del Motor
Costo de Ingeniería.
El costo de Ingeniería está determinado por el propio ingeniero que seleccionará
el motor, la base para determinar el salario del ingeniero está determinado por
el mercado laboral y por la valoración que el ingeniero tenga en su trabajo, por
esto se toma como base el salario del ingeniero diario nominal.
Cabe mencionar que el ingeniero debe ser preferentemente de mantenimiento.
La determinación del costo de ingeniería es de acuerdo a lo siguiente:
Salario diario nominal del Ingeniero: $ 500.00 M.N9
Se estima 48 horas-ingeniero para selección correcta del motor.
Determinación del costo del ingeniero.
Costo base H-Ing. = .50.62$8
500$ =Hrs
Costo base H-Ing. = $ 62.50 9 Dato estimado de a cuerdo a las ofertas de empleo para un ingeniero de mantenimiento en el D.F
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
149
Factor de conversión salario base(F.S.R).
El factor de conversión de salario real para el ingeniero se obtiene de la manera
siguiente:
DTE
diasTRFSR
)(=
De donde:
TR = Total de días remunerados.
DTE = Días trabajados efectivos.
1. Salario Integrado (S.I):
Percepción Anual = 365 días.
Prima Vacacional = 1.5 días.
Gratificación
Anual = 15 días.
Suma 381.5 días
2. Prestaciones (P)
IMSS 15.9375%(SI) = 60.8015 días.
Impuesto Educación
1%(SI) = 3.8150 días.
Guarderías 1%(SI) = 3.8150 días
Infonavit 5%(SI) = 19.0750 días.
Suma 87.6915 días.
3. Total Días Remunerados (TR)
TR = (SI) = (P) = (381.5 + 87.6915) días.
TR = 469.1915 días.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
150
4. Días Trabajados Efectivos (DTE)
DTE = (365 días – días no trabajados)
Días no trabajados:
Días por descanso 52
Días feriados 5
Total 57 días.
El factor salario real es:
5233.1308
1915.469 ==FSR
El costo directo es:
Costo directo = Hrs-Ing base (FSR)= $62.50 X 1.5233 = $95.206
Es decir el costo salario real queda = $95.206/hora.
COSTO INDIRECTO.
EL costo indirecto queda integrado de la manera siguiente:
Director General (de la planta) 3%
Director Técnico 2%
Administración 5%
Depreciación 5%
Servicios 10%
Suma 25%
Costo indirecto por hora = $95.206 (1.25) = $ 119.00
Costo total de Ingeniería = $ 119.00 H-Ing (16 H-Ing) = $ 1,904.00
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
151
El costo de este motor es:
Para nuestro ejemplo se optó por el motor modelo: MPH3J de industrias WEG,
$ 6, 150 M.N
COSTO TOTAL POR ADECUADA SELECCIÓN.
C.T. = Costo de Ingeniería + Costo por adquisición del motor.
C.T = $ 6,150 + $ 1904.00 = $ 8054.
COSTO POR MALA SELECCIÓN DEL MOTOR.
Dada las características del motor se hace un estudio para saber el costo por
reparación del motor.
El origen de las fallas del motor por mala selección pueden ser muy variadas.
En este caso se supone que el motor ha sido seleccionado con una clase de
aislamiento inferior. Lo cual origina el riesgo de sobre calentamiento en los
devanados del motor por lo que se presenta una falla en los devanados, que
origina la reparación del mismo.
A continuación se presenta el costo por rebobinar el motor y por cambiar sus
baleros, se entiende que la reparación incluye nuevos materiales aislantes.
Costo del embobinado $ 3,000
Costo por cambio de baleros $ 1,600
Costo total de la reparación $ 4,600
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
152
Al costo de reparación se le debe sumar los siguientes conceptos:
• Costo original del motor mal seleccionado.
El costo del motor mal seleccionado regularmente debe estar por debajo del
costo del motor adecuado, por lo cual podríamos considerar un 20% más
barato.
Es decir: $ 6,150.00 (20%) = $ 1,230.00
Costo del motor mal seleccionado = $6,150.00 – 1,230.00 = $ 4,920
Sumando los costos de reparación y de motor seleccionado se tiene:
Costo motor $ 4,920
Costo de reparación $ 4,600
Total $ 9,520
Del análisis anterior se observa que el costo por mala selección rebasa al costo
de la buena selección.
El costo por mala selección se incrementa si se consideran las horas-hombre
que se pierden al parar el motor, también se debe considerar el atraso en la
producción y los tiempos de entrega.
Otra cuestión a considerar es que la reparación del motor está por arriba del
50% del costo original por lo cual es recomendable adquirir un nuevo motor, lo
cual aumenta todavía más el costo por la mala selección.
Este análisis demuestra que la buena selección del motor siempre será la
mejor opción ya que durante un tiempo muy largo no tendrán que ser
reparados ni sustituidos.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
153
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
De lo estudiado en el presente trabajo se puede concluir y recomendar lo
siguiente.
• El motor trifásico de inducción, debe ser correctamente seleccionado de
acuerdo a las características de la carga que impulsará, y de las
características generales de operación.
• La temperatura de elevación influye directamente en la vida útil del
motor. Por lo que se deben evitar las sobre cargas que se traducen en
calor y degradación de los aislamientos, y afectación a partes mecánicas
como baleros.
• Los motores correctamente seleccionados pueden llegar a alcanzar una
larga vida en operación.
• En muchos de los casos es preferible sustituir un motor de inducción por
uno nuevo en vez de repararlo ya que se ha demostrado que los motores
reducen su capacidad original, debido a que en ocasiones no se usan los
materiales adecuados en su reparación, también por la forma
constructiva de los devanados.
• Los costos por reparación de un motor deben estar por debajo del 50%
del costo del motor nuevo. De lo contrario es preferible adquirir uno
nuevo, que asegure igualdad de características.
• Es recomendable siempre seguir las indicaciones de mantenimiento que
da el fabricante. Una vez concluido el periodo de garantía se debe planear
su mantenimiento de acuerdo al tipo de servicio.
CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.
154
• Es recomendable contar con motores sustitutos, en aquellos que son de
gran tamaño o que desempeñan procesos claves en la producción de una
planta. Esto con el fin de reducir al mínimo los tiempos de paro por
fallas.
• La selección adecuada de motores siempre, contribuirá a economizar los
costos de mantenimiento del motor, y asegurar la continuidad en la
producción. Los costos por una correcta selección son inferiores a los
costos por mala selección del motor.
• Es deseable que la selección de los equipos en general corran a cargo del
ingeniero de mantenimiento de la planta. En caso contrario se tendrá que
pedir presupuesto a una consultaría de ingeniería.
ANEXOS.
155
“ANEXOS”
ANEXO A. Dimensiones y número de carcasa para los motores. Clasificación
NEMA.
B
F F BA
V
U
D
E E
A
Figura A1 Dimensiones de carcasas para motores eléctricos.
De la figura anterior:
A. Ancho de la carcasa.
B. Longitud de la carcasa.
BA. Distancia del centro de los agujeros de montaje al extremo del motor.
D. Distancia de la base al centro del eje.
E. Distancia del centro del eje al centro de los agujeros de montaje.
F. Distancia del centro del motor al centro de los agujeros de montaje.
U. Diámetro del eje.
V. Longitud de la flecha o eje.
ANEXOS.
156
Los fabricantes de motores asignan un número de carcasa a los motores de
acuerdo a las especificaciones normalizadas NEMA. Este número de carcasa se
debe encontrar indicado en la placa de datos del motor.
El número de carcasa (NC) de un motor de acuerdo a las normas americanas
NEMA se determina multiplicando la distancia (medida en pulgadas) del centro
de la flecha a la base por 16, para las carcasas con números 48 y 56. Para
motores con carcasas mayores del número 48 o 56 se asignan números de tres
o cuatro dígitos; los primeros dos dígitos del número de la carcasa se asignan
multiplicando la distancia del centro de la flecha o eje a la base (expresada en
pulgadas) por cuatro.
Cuando el número calculado no es un entero, entonces se redondea al número
inmediato superior.
El tercer dígito del número de la carcasa se determina tomando el doble de la
dimensión F ver figura A1 y aplicando el tercer-cuarto dígito del número de la
carcasa en tablas.
ANEXOS.
157
DIMENSIONES DE LA CARCASA.
CARCASA EJE CUÑA DIMENSIONES EN PULGADAS.
No U V W T L A B D E F BA
48 1/2 1 1/2 plana 3/64 _ 5 5/8 3 1/2 3 2 1/8 1 3/8 2 1/2
56 5/8 1 7/8 3/16 3/16 1 3/8 6 1/2 4 1/4 3 1/2 2 7/16 1 1/2 2 3/4
143T 7/8 2 3/16 3/16 1 3/8 7 6 3 1/2 2 3/4 2 2 1/4
145T 7/8 2 3/16 3/16 1 3/8 7 6 3 1/2 2 3/4 2 1/2 2 1/4
182 182T
7/8
1 7/8
2
2 1/2
3/16
1/4
3/16
1/4
1 3/8
1 3/4
9
9
6 1/2
6 1/2
4 1/2
4 1/2
3 3/4
3 3/4
2 1/4
2 1/4
2 3/4
2 3/4
184
184T
7/8
1 1/8
2
2 1/2
3/16
1/4
3/16
1/4
1 3/8
1 3/4
9
9
7 1/2
7 1/2
4 1/2
4 1/2
3 3/4
3 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
2 3/4
203 3/4 2 3/16 3/16 1 3/8 10 7 1/2 5 4 2 3/4 3 1/8
204 3/4 2 3/16 3/16 1 3/8 10 8 1/2 5 4 3 1/4 3 1/8
213
213T
1 1/8
1 3/8
2 3/4
3 1/8
1/4
5/16
1/4
5/16
2
2 3/8
10 1/2
10 1/2
7 1/2
7 1/2
5 1/4
5 1/4
4 1/4
4 1/4
2 3/4
2 3/4
3 1/2
3 1/2
215
215T
1 1/8
1 3/8
2 3/4
3 1/8
1/4
5/16
1/4
5/16
2
2 3/8
10 1/2
10 1/2
9
9
5 1/4
5 1/4
4 1/4
4 1/4
3 1/2
3 1/2
3 1/2
3 1/2
224 1 2 3/4 1/4 1/4 2 11 8 3/4 5 1/2 4 1/5 3 3/8 3 1/2
225 1 2 3/4 1/4 1/4 2 11 9 1/2 5 1/2 4 1/5 3 3/4 3 1/2
254
254U
254T
1 1/8
1 3/8
1 5/8
3 1/8
3 1/2
3 3/4
1/4
5/17
3/8
1/4
5/16
3/8
2 3/8
2 3/4
2 7/8
12 1/2
12 1/2
12 1/2
10 3/4
10 3/4
10 3/4
6 1/4
6 1/4
6 1/4
5
5
5
4 1/8
4 1/8
4 1/8
4 1/4
4 1/4
4 1/4
246U
256T
1 3/8
1 5/8
3 1/2
3 3/4
5/16
3/8
5/16
3/8
2 3/4
2 7/8
12 ½
12 1/2
2 1/2
12 1/2
6 1/4
6 1/4
5
5
5
5
4 1/4
4 1/4
284
284U
284T
284TS
1 1/4
1 5/8
1 7/8
1 5/8
3 1/2
4 5/8
4 3/8
3
1/4
3/8
1/2
3/8
1/4
3/8
1/2
3/8
2 3/4
7/4
3 1/4
1 7/8
14
14
14
14
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
7
7
7
7
5 1/2
5 1/2
5 1/2
5 1/2
4 3/4
4 3/4
4 3/4
4 3/4
4 3/4
4 3/4
4 3/4
4 3/4
286U
286T
286TS
1 5/8
1 7/8
1 5/8
4 5/8
4 3/8
3
3/8
1/2
3/8
3/8
1/2
3/8
3 3/4
3 1/4
1 7/8
14
14
14
14
14
14
7
7
7
5 1/2
5 1/2
5 1/2
5 1/2
5 1/2
5 1/2
4 3/4
4 3/4
4 3/4
324
324U
324S
324T
324TS
1 5/8
1 7/8
1 5/8
2 1/8
1 7/8
4 5/8
5 3/8
3
5
3 1/2
3/8
1/2
3/8
1/2
1/2
3/8
1/2
3/8
1/2
1/2
3 3/4
4 ¼
1 7/8
3 7/8
2
16
16
16
16
16
14
14
14
14
14
8
8
8
8
8
6 1/4
6 1/4
6 1/4
6 1/4
6 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
5 1/4
326
326U
326S
1 5/8
1 7/8
1 5/8
4 5/8
5 3/8
3
3/8
1/2
3/8
3/8
1/2
3/8
3 3/4
4 1/4
1 7/8
16
16
16
15 1/2
15 1/2
15 1/2
8
8
8
6 1/4
6 1/4
6 1/4
6
6
6
5 1/4
5 1/4
5 1/4
Tabla A1. Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.
ANEXOS.
158
DIMENSIONES DE LA CARCASA.
CARCASA EJE CUÑA DIMENSIONES EN PULGADAS.
No U V W T L A B D E F BA
326T 2 1/8
1 7/8
5
3 1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
3 7/8
2
16
16
15 1/2
15 1/2
8
8
6 1/4
6 1/4
6
6
5 1/4
5 1/4 326TS
364
364S
364U
364US
1 7/8
1 5/8
2 1/8
1 7/8
5 3/8
3
6 1/8
3 1/2
1/2
3/8
1/2
1/2
1/2
3/8
1/2
1/2
4 1/4
1 7/8
5
2
18
18
18
18
15 1/4
15 1/4
15 1/4
15 1/4
9
9
9
9
7
7
7
7
5 5/8
5 5/8
5 5/8
5 5/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
364T
364TS
2 3/8
1 7/8
5 5/8
3 1/2
5/8
1/2
5/8
1/2
4 1/4
2
18
18
15 1/4
15 1/4
9
9
7
7
5 5/8
5 5/8
5 7/8
5 7/8
365
365S
365U
365US
365T
365TS
1 7/8
1 5/8
2 1/8
1 7/8
2 3/8
1 7/8
5 3/8
3
6 1/8
3 1/2
5 5/8
3 1/2
1/2
3/8
1/2
1/2
5/8
1/2
1/2
3/8
1/2
1/2
5/8
1/2
4 1/4
1 7/8
5
2
4 1/4
2
18
18
18
18
18
18
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
9
9
9
9
9
9
7
7
7
7
7
7
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
5 7/8
404
404S
404U
404US
404T
404TS
2 1/8
1 7/8
2 3/8
2 1/8
2 7/8
2 1/8
6 1/8
3 1/2
6 7/8
4
7
4
1/2
1/2
5/8
1/2
3/4
1/2
1/2
1/2
5/8
1/2
3/4
1/2
5
2
5 1/2
2 3/4
5 5/8
2 3/4
20
20
20
20
20
20
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
16 1/4
10
10
10
10
10
10
8
8
8
8
8
8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 1/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
405
405S
405U
405US
405T
405TS
2 1/8
1 7/8
2 3/8
2 1/8
2 7/8
2 1/8
6 1/8
3 1/2
6 7/8
4
7
4
1/2
1/2
5/8
1/2
3/4
1/2
1/2
1/2
5/8
1/2
3/4
1/2
5
2
5 1/2
2 3/4
5 5/8
2 3/4
20
20
20
20
20
20
17 3/4
17 3/4
17 3/4
17 3/4
17 3/4
17 3/4
10
10
10
10
10
10
8
8
8
8
8
8
6 7/8
6 7/8
6 7/8
6 7/8
6 7/8
6 7/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
6 5/8
444
444S
444U
444US
444T
444TS
2 3/8
2 1/8
2 7/8
2 1/8
3 3/8
2 3/8
6 7/8
4
8 3/8
4
8 1/4
4 1/2
5/8
1/2
3/4
1/2
7/8
5/8
5/8
1/2
3/4
1/2
7/8
5/8
5 1/2
2 3/4
7
2 3/4
6 7/8
3
22
22
22
22
22
22
18 1/2
18 1/2
18 1/2
18 1/2
18 1/2
18 1/2
11
11
11
11
11
11
9
9
9
9
9
9
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/2
7 1/2
7 1/2
7 1/2
7 1/2
7 1/2
445
445S
445U
445US
445T
2 3/8
2 1/8
2 7/8
2 1/8
3 3/8
6 7/8
4
8 3/4
4
8 1/4
5/8
1/2
3/4
1/2
7/8
5/8
1/2
3/4
1/2
7/8
5 1/2
2 3/4
7
2 3/4
6 7/8
22
22
22
22
22
20 1/2
20 1/2
20 1/2
20 1/2
20 1/2
11
11
11
11
11
9
9
9
9
9
8 1/4
8 1/4
8 1/4
8 1/4
8 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
7 1/4
Tabla A1. (Continuación). Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.
ANEXOS.
159
DIMENSIONES DE LA CARCASA
CARCASA EJE CUÑA DIMENSIONES EN PULGADAS.
No U V W T L A B D E F BA
445TS
504U
504S
505
505S
2 3/8
8 7/8
4
8 3/8
4
5/8
3/4
1/2
3/4
1/2
5/8
3/4
1/2
3/4
1/2
5/8
3/4
1/2
3/4
1/2
3
7 1/4
2 3/4
7 1/4
2 3/4
22
25
25
25
25
20 1/2
21
21
23
23
11
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
9
10
10
10
10
8 1/4
8
8
9
9
7 1/2
8 1/2
8 1/2
8 1/2
8 1/2
Tabla A1. (Continuación). Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.
TABLA DEL NUMERO DE CARCASA DEL MOTOR
CARCASA 3ER Y 4º DIGITOS DE LA CARCASA.
No D 1 2 3 4 5 6 7
140 3.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25
160 4.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00
180 4.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00 8.00
200 5.00 4.50 5.00 5.50 6.50 7.00 8.00 9.00
210 5.25 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00 8.00 9.00
220 5.50 5.00 5.50 6.25 6.75 7.50 9.00 10.00
250 6.25 5.50 6.25 7.00 8.25 9.00 10.00 11.00
280 7.00 6.25 7.00 8.00 9.50 10.00 11.00 12.50
320 8.00 7.00 8.00 9.00 10.50 11.00 12.00 14.00
360 9.00 8.00 9.00 10.00 11.25 12.25 14.00 16.00
400 10.00 9.00 0.00 11.00 12.25 13.75 16.00 18.00
440 11.00 10.00 11.00 12.50 14.50 16.50 18.00 20.00
500 1 2.50 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00
580 14.50 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00
680 17.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00
Tabla A2. Número de carcasa de motores eléctricos.
ANEXOS.
160
TABLA DEL NUMERO DE CARCASA DEL MOTOR
CARCASA
No D 8 9 10 11 12 13 14 15
140 3.50 7.00 8.00 9.00 11.00 11.00 12.50 14.00 16.00
160 4.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00
180 4.50 9.00 10.00 1.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00
200 5.00 10.00 11.00
210 5.25 10.00 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00
220 5.50 11.00 12.50
250 6.25 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00
280 7.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00
320 8.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00
360 9.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00
400 10.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00
440 11.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00
500 12.50 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00
580 14.50 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00 63.00
680 17.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00 63.00 71.00 80.00
Tabla A2. (Continuación). Número de carcasa de motores eléctricos.
ANEXOS.
161
ANEXO B. Simbología y Unidades Eléctricas y Físicas Utilizadas. SIMBOLOGÍA. A Continuación se muestra la simbología eléctrica utilizada en
el presente trabajo. Tabla B1
fusible
MOTOR.
Conexión a Tierra.
Devanado general.
Devanados con derivaciones.
Desconectador general.
Desconectador doble.
Elemento térmico. Estación de botones de contacto Momentáneo normalmente abierto. Estación de botones de contacto Momentáneo normalmente cerrado.
Fusible
Fusible desconectador.
Interruptor general.
Interruptor con elemento térmicoDe sobrecarga.
Contacto Normalmente abierto.
Contacto Normalmente cerrado.
Contacto Normalmente abierto cuando La bobina esta energizada
Transformador símbolo general.
Motor de c.a
MBobina de contactor.
Tabla B1. Simbología utilizada en el presente trabajo.
ANEXOS.
162
Abreviaturas de términos eléctricos usadas en diagramas de control de
motores. Tabla B2
TERMINO ABREVIATURA.
Autotransformador. ATR. Batería Bat. Bobina de Cierre B.C Bobina de disparo B.D Circuito de Cierre. CR. C. Lámpara L Normalmente Abierto. N.A Normalmente Cerrado. N.C Operación Manual. O. Man. Reóstato. Reo. Resistencia. Res. Tierra. T Transformador de Aislamiento. T.A Transformador de Control. T. con. Transformador de Corriente T.C Transformador de Potencial. T.P
Tabla B2. Abreviaturas de términos usados en los diagramas de control.
Abreviaturas de equipo de medición comúnmente usadas. Tabla B3
EQUIPO ABREVIATURA.
Amperímetro AM. Medidor de Demanda. MD. Detector de Tierra. DT. Frecuencímetro. F Factorímetro. FP. Sincronoscopio. S. Vóltmetro. VM. Varhorímetro. VARH Vármetro. VARM. Wáttmetro. WM. Watthorimetro. WHM.
Tabla B3. Equipo de medición utilizado y su abreviatura.
ANEXOS.
163
UNIDADES ELECTRICAS. En la tabla B4 se muestra las unidades eléctricas un utilizados en este trabajo.
TERMINO ABREVIACION. UNIDAD SI SIMBOLO
Intensidad I Amperio
A
Tensión. U Voltio.
V
Resistencia Óhmica.
R Ohmio
Ω
Flujo magnético. Wb Weber Ф Intensidad de campo magnético.
H A/m A/m
Potencia activa P Vatio. W Potencia reactiva. Px Voltamperio reac VAr Potencia aparente. Pz Voltamperio. VA Frecuencia. f Herzio Hz
Tabla B4. Unidades eléctricas utilizadas en el presente trabajo.
UNIDADES MECÁNICAS. En la tabla B5. Se muestra las unidades mecánicas utilizadas en este trabajo.
TERMINO ABREVIACIÓN. UNIDAD SI SIMBOLO
Longitud L Metro
m
Superficie A Metro cuadrado.
M2
Masa. Peso. m Kilogramo
Kg
Tiempo t Segundo S Numero de revoluciones
n Inverso del segundo.
1/s
Velocidad. v Metro/Segundo m/s Aceleración a Metro/s2 m/s2
Fuerza debida al peso.
F Newton. N
Trabajo. W Newton metro. Nm Momento de giro. T Newton metro Nm Temperatura. T Kelvin K Angulo A,g,b grado o
Tabla B5. Unidades mecánicas utilizadas en el presente trabajo.
ANEXOS.
164
ANEXO C. Directorio de Fabricantes de Motores Eléctricos más Importantes en México. Datos de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas. (CANAME). WEG MÉXICO, S.A. DE C.V. Carr. Jorobas Tula Km. 3.5 Manzana 5 Lote 8 Parque Industrial Huehuetoca 54680 Huehuetoca, Edo. de Mex. Tel. 5321-4272 Fax. 5321-4262 Home Page:www.weg.com.br OTTOMOTORES, S.A. DE C.V. Calzada San Lorenzo No. 1150 Cerro de la Estrella 09860, México, D.F. Tel.5624-5600 Fax.5426-5521 Home Page: www.ottomotores.com.mx ABB MÉXICO, S.A. DE C.V. Blvd. Centro Industrial No. 12 Los Reyes Zona Industrial 54073 Tlalnepantla Edo. de México Tel.5328-1400 Fax. 5328-1439 Home Page: ww.abb.com INDUSTRIAS IEM, S.A. DE C.V. Manuel Ma. Contreras No. 25 San Rafael 06470 México, D.F. Tel. 5128-1797 Fax. 5128-1798 Home Page: www.condumex.com.mx MOTORES US DE MÉXICO, S.A. DE C.V. Topacio No.15 Transito 06820 México. D.F. Tel. 5542-3737, Fax. 5522-5264 Home PAge: www.usmotors.com POTENCIA INDUSTRIAL, S.A. Av. Año de Juárez No. 205 Granjas San Antonio 09070, México, D.F. Tel.5686-7246 Fax.5686-7006 Home Page: www.potenciaindustrial.com SIEMENS, S.A. DE C.V. Poniente 116 No. 590 Industrial Vallejo 02300, México, D.F. Tel.5328-2000 Fax.5328-2192 Home Page: www.siemens.com.mx
BIBLIOGRAFIA.
165
BIBLIOGRAFÌA
1. Irving L Kosow “Máquinas Eléctricas y Transformadores” editorial: prentice Hall.
2. Orlando S. Lobosco, José Luís Díaz “Selección y Aplicación de Motores
Eléctricos” editorial. Alfa Omega. México 1998.
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4. Enríquez Harper Gilberto “El ABC de las Máquinas Eléctricas Tomo II”
Maquinas de Corriente Alterna. Editorial: Noriega Editores. México 1988
5. Enríquez Harper Gilberto “El ABC de las Máquinas Eléctricas Tomo III” Instalación y Control de Motores. Editorial: Noriega Editores. México 1988
6. José Roldan Vitoria “Accionamientos de Máquinas” Motores Eléctricos.
Editorial: Paraninfo 3ra Edición. España 2001.
7. Enríquez Harper Gilberto “El Libro Práctico de Los Generadores, Transformadores y Motores Eléctricos” Editorial: Limusa Noriega. 3ra Edición. México 2000.
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11. Catalogo de precios “LPME W21010108“ del Fabricante de Motores WEG de México 2008.
12. Catalogo “US Motors“ Lubricación a Motores Eléctricos. México 2007.
FUENTES ELECTRÓNICAS.
www.caname.org.mx Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas. www.weg.com Fabricante de motores. www.usmotors.com Fabricante de motores. www.abb.com.mx Fabricante de motores.