BOLETÍN TÉCNICO GING‐BT‐002‐11
15 DE MARZO DE 2011
GERENCIA DE INGENIERÍA Y PROYECTOS
PLACA DE IDENTIFICACION EN MOTORES ELECTRICOS CONTENIDO 1. Introducción 2. Identificación de los motores eléctricos 3. Placa de datos 4. Descripción de un motor eléctrico 5. Áreas peligrosas 6. Conclusiones 7. Referencias 8. Anexos
- Especificaciones Eléctricas - Especificaciones Térmicas - Especificaciones Mecánicas
Dado el alcance de este boletín, en este se mostrará las especificaciones generales que se da en la placa de datos del motor eléctrico. En esta placa se da de forma resumida las especificaciones: eléctricas, térmicas y mecánicas. La placa de identificación por lo general es colocada por el fabricante (ocasionalmente por el dueño o proveedor). esta es metálica con letras en relieve, otras placas pegadas al motor son las auxiliares (certificado de uso del motor en lugares peligrosos, conexiones eléctricas y número de arranques). La información de la placa está normada por la NEMA 2 (MG1, sección 10.38) u otras similares. 3. Placa de datos MANUFACTURER´S NAME DESIGN TRADE NAME
INDUCTION MOTOR
Esquema de motor eléctrico 1. Introducción
En nuestras instalaciones de YPFB Logística, existen motores eléctricos, con el objeto de mover equipos: bomba, compresores y otros, que son de uso diario. Este boletín muestra la descripción de la placa de datos de los motores eléctricos1, indicando su significado de la información que trae esta placa, ilustrando con ejemplos aclaratorios donde se ha creído necesario, al final del boletín se ha incluido una breve descripción de los lugares peligrosos, que está relacionado al tema así como a nuestras instalaciones. Este boletín está destinado a mejorar el conocimiento en lo referente a los motores eléctricos, por la gente relacionada a Operación y Mantenimiento de CLHB SA.
2. Identificación de los motores eléctricos
Los motores eléctricos, se pueden identificar por sus especificaciones técnicas, estas se pueden dividir en: - Especificaciones Generales Placa de datos y placas auxiliares Información por el proveedor o el fabricante
Un motor eléctrico es una máquina rotativa que transforma la Energía Eléctrica en Energía Mecánica
1
FACTORY LOCATION
MADE IN BOLIVIA TYPE FRAME VOLTS HERTZ ºC
SER NO HP AMPS RPM DUTY SE BEARING
PHASE 3
kVA
EO BEARING
MODEL SV FACTOR INSUL EFF DESIGN OPTG INST
ROTATION FACING DRIVE END WITH PHASE SEQUENSE A-B-C CCW A-T B-T2 C-T CCW A-T B-T2 C-T
Figura Nº 1. Placa de Motor Eléctrico típica, para un motor de inducción. E-43744
UL
UNDERWRITERS LABORATORIES R L I S T E D
INC.
ELECTRIC MOTOR FOR HAZARDOUS LOCATIONS CLASS I GROUP CLASS I GROUP
D
Nº S
A A 2 3 3 0 8 4
165 OPERATING TEMP. _________ºC PRINTED IN U.S.A.
Figura Nº 2. Placa Auxiliar de Motor Eléctrico, que indica la certificación de un laboratorio para áreas peligrosas 2 NEMA; Nacional Electrical Manufactures Asociation
Los datos de la placa y placas auxiliares de un motor (común en instalaciones de CLHB SA), son: Marca comercial [MANUFACTURER´S NAME] Modelo [MODEL] Serie [SER NO] Tipo de motor [TYPE] Potencia Nominal [HP] Frecuencia de rotación (velocidad sincrónica) [RPM] - Voltaje Nominal [VOLTS] - Corriente (nominal / de arranque a rotor bloqueado) [AMPS] - Número de fases [PHASE] - Factor de Servicio [SV FACTOR] - Servicio [DUTY] - Número de arranques - Frecuencia eléctrica [HERTZ] - Temperatura °C máx del ambiente [ºC MAX AMB] - Clase de aislamiento [INSUL] - Diseño NEMA [DESIGN] - Eficiencia [EFF] - Factor de Potencia [P.F.] - Altitud [FT. ALT. S.] - Protección de los motores eléctricos - Armazón [FRAME] - Carcasa - Conexiones - Clave de kVA [kVA] - Designación de rodamiento [SE BEARING] [EO BEARING] -
3.2 Tipo de motor 3 El tipo de corriente puede definir el tipo de motor. Una clasificación simplificada de los motores eléctricos es: a) Motor de corriente continua de acuerdo al campo magnético, pueden ser: - Motor Shunt (paralelo) - Motor, serie (tipo serie) - Compuesta o combinada (tipo compound) b) Motor de corriente alterna; que de acuerdo a la rotación puede ser: - Síncronos, (que tienen la velocidad sincrónica) - Asíncronos, ( de inducción, giran por debajo del sincronismo) TYPE Se refiere a la combinación de letras y/o números (código) seleccionado por el fabricante para identificar el tipo de carcasa y de cualquier modificación importante en ella. Es necesario tener el sistema de claves del fabricante para entender este dato. 3.3 Potencia Nominal [HP] Es la potencia de salida a plena carga/expresada en HP o en KW.4, cuando se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factor de servicio de 1.0 3.4 Frecuencia de rotación (velocidad sincrónica) [RPM] Para motores de inducción monofásicos y trifásicos, las frecuencias de rotación (velocidad angular) sincrónicas, están en función del número de polos y de la frecuencia eléctrica.
A continuación desarrollamos las definiciones de cada elemento de la placa que identifica al motor eléctrico; 3.1 Marca comercial/ Modelo/ Serie Estos datos son propios del fabricante. Para el número de serie; este es exclusivo para cada motor o diseño para su identificación colocado por el fabricante.
Esta velocidad de rotación (RPM), es la del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal a la máquina impulsada, con el voltaje y la frecuencia nominales aplicados a las terminales del motor (velocidad nominal).
El tipo de motor que aquí se estudiará con mayor énfasis es el de corriente alterna, asíncrono de jaula de ardilla 4 1HP = 0.745 KW 3
En la siguiente tabla se muestran las velocidades sincrónicas de un motor en función del número de polos para una frecuencia eléctrica fija de 50 Hz.5 N° de Polos Frecuencia de rotación
2
4
6
8
3000
1500
1000
750
(velocidad en RPM) con 50 Hz
Para determinar la velocidad sincrónica se hace uso de la siguiente ecuación: RPM = (120 * f)/ p Donde: RPM: Velocidad del motor rev/ min f: Frecuencia eléctrica, HZ p: Número de polos
síncrono,
Ejemplo 1, Sea un Motor eléctrico de: 2 polos, para una frecuencia eléctrica de 50 HZ, Determinar las RPM. RPM = (120 * 50) / 2 = 3000 Comúnmente a los motores de velocidades cercanas o mayores a 3000 RPM, se les llama motores de alta, a los menores de 1.000 RPM se les llama de baja revoluciones. (Debido a que existen motores a dos velocidades). Para este ejemplo, al valor de de 3000 rpm se resta una cantidad debida al resbalamiento. 3.5 Voltaje Nominal [VOLTS] Es el voltaje necesario para que funcione el motor, este voltaje debe ser medido en las terminales del motor. Para motores trifásicos, está debe estar entre ±10 % de su voltaje nominal siempre que su frecuencia no exceda ±5 %. En CLHB SA, las tensiones comunes son: 220V en Monofásico y 380 en trifásico, con una frecuencia de 50 Hz. 3.6 Corriente [AMP] 3.6.1 Corriente nominal Es la corriente nominal para alcanzar la potencia nominal
5
50 HZ, es la frecuencia eléctrica, que es usada en Bolivia.
3.6.2 Corriente de arranque (rotor bloqueado) Es la corriente que demanda el motor al arrancador, y que corresponde a condiciones de rotor bloqueado o velocidad cero, aplicando la tensión y frecuencia nominales. Esta corriente de arranque (a rotor bloqueado) para motores con tensión y frecuencias nominales no debe exceder los valores establecidos indicados en los datos del fabricante. En los motores trifásicos de inducción, está en función al diseño del motor (A, B, C, D y F, ver párrafo 3.14). 3.7 Número de fases [PHASE] Es el número de circuitos sobre los cuales se suministra la potencia eléctrica, que debe ser el mismo que el sistema de suministro. En un motor monofásico la potencia se suministra en un solo circuito o devanado. En un sistema trifásico, la potencia es suministrada sobre tres circuitos, cada uno de los cuales alcanza valores cíclicos a intervalos de 120°. 3.8 Factor de Servicio [SV FACTOR] Es el multiplicador que indica el porcentaje en exceso sobre la potencia nominal, que puede acomodarse continuamente al voltaje y frecuencias nominales, sin sobrecalentamiento dañino (es decir, que se sobrepase la elevación permisible en la temperatura según la NEMA para sistemas dados de aislamiento). Los factores de servicio más comunes son de: 1.0 a 1.15 Ejemplo 2, Sea un motor de 15 HP, con una corriente nominal de 40A, con un factor de servicio de 1.2, podrá soportar la siguiente sobrecarga; 1.2 x 40 A = 48 AMP ó 1.2 x 15 HP = 18 HP El factor de servicio se aplica a motores de uso no permanente, es decir el FS debe dar únicamente la seguridad térmica. Este dato debe ser considerado en el dimensionado del conductor de alimentación al motor, es decir que el motor puede trabajar con esta sobrecarga sin sufrir daños, sin embargo en estas condiciones de trabajo se suelen afectar las características de eficiencia.
(S4) o arranques y frenados
3.9 Servicio [DUTY] Si bien los motores eléctricos tienen rendimientos elevados, tiene también pérdidas de energía (eléctrica, magnética y mecánica), que tienden a aumentar conforme aumenta su temperatura. Este hecho es de gran importancia ya que en los motores y en todas las máquinas eléctricas el calentamiento de sus elementos y especialmente el de los aislantes, determina su vida útil. De lo anterior podemos decir que se puede aumentar la potencia de una máquina si paralelamente se mejoran sus condiciones de refrigeración; y que de la misma manera, en servicios de corta duración en los que la temperatura no puede alcanzar grandes valores, el motor puede ceder más potencia de la que sería capaz de suministrar en régimen permanente. Teniendo en cuenta este último punto, los estándares de cada nación han clasificado las clases de servicio de una máquina eléctrica rotativa. En una placa típica se identificada como servicio: continuo o intermitente. Generalmente fabricantes de motores europeos definen ocho clases de servicio siguientes (norma UNE 20-113): •
•
•
S1: Servicio Continuo. La máquina funciona a carga constante, de modo que alanza la temperatura de régimen permanente, significa también que el motor puede funcionar las 24 horas los 365 días al año, durante muchos años, a la carga y voltaje nominales sin sobrecalentamiento dañino por reducción en la vida del motor. S2: Servicio Temporal o de corta duración. La máquina trabaja en régimen de carga constante un tiempo breve, de tal manera que no se llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces parada hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente. En la placa de características se especifica el tiempo de funcionamiento en carga. S3, S4 y S5: Servicios Intermitentes. Consisten en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por periodos de carga constante; (S3) Incluyendo el tiempo de arranque
(S5) seguido de períodos de reposo Sin que alcance nunca una temperatura constante. S6, S7 y S8: Servicios Ininterrumpidos. Similares respectivamente a S3, S4 y S5 pero sin períodos de reposo. En todas las clases de servicio se define el factor de marcha como la relación entre el tiempo de funcionamiento en carga y el total de un ciclo de trabajo. Los valores normalizados son 15, 25, 40 y 60%. •
Los regímenes típicos de servicio por corto tiempo son: 5, 15, 30 y/o 60 min.
3.10 Número de arranques Se refiere al número de arranques por hora o número de arranques consecutivos (llevando al motor al reposo), en las condiciones para las cuales fue diseñado (método de arranque, inercia de la carga, par de la carga durante la aceleración, tensión y frecuencias nominales) debe ser capaz de soportar sin daño el siguiente ciclo de arranque. Estos datos típicamente están en una placa auxiliar 3.11 Frecuencia eléctrica (CICLAJE) [HERTZ] Es el número de ciclos6 completos de corrientes por segundo de la corriente alterna. Aunque en algunas placas se indica en ciclos por segundo, el término preferido es Hertz “Hz”, La frecuencia estándar en Bolivia es de 50 Hz; sin embargo en otros países como Estados Unidos es de 60 Hz. Un motor puede funcionar para dos frecuencias eléctricas diferentes (sin sufrir daños), la cuál debe estar indicada en su placa de identificación auxiliar o principal, pero al cambiar su frecuencia también cambian los parámetros de funcionamiento.
Numero de ciclos.- es la frecuencia de un oscilación (alternaciones completas, onda sinusoidal) por unidad de tiempo
6
3.12 Temperatura °C máx del ambiente
F
155
H
180
De uso en CLHB, según: GT-EI-30
Si las temperaturas del ambiente superan los 40°C, el valor de la temperatura máxima que debe soportar el aislamiento se debe disminuir en; - 10°C si el intervalo es desde: 41°C a 50°C - 20°C si el intervalo es desde: 51°C a 60°C 3.14 Diseño NEMA (LETRA DE DISEÑO) [DESIGN] Figura N° 3 Temperatura de operación vs. Clase de aislamiento Se refiere a la temperatura a la que debe operar como máximo un motor, se obtiene sumando la temperatura ambiente más la propia de operación, a la cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Si la temperatura ambiente es mayor que la señalada hay que reducir la potencia de salida del motor para evitar daños al sistema de aislamiento, limitada por la clase de aislamiento (ver párrafo 3.13) del devanado con que está construido (ver la figura N° 3). La temperatura ambiente se considera a 40 °C de bulbo seco, es el medio que rodea al motor, generalmente aire y que está en contacto con sus partes externas enfriándolo. 3.13 Clase de aislamiento [INSUL] La clase de aislamiento se refieren a la temperatura que los materiales aislantes o combinación de los mismos son capaces de soportar una determinada temperatura según la clase de aislamiento utilizado en el devanado del estator Las clases de aislamiento para motores son las siguientes; (ver también la figura N° 3) Clase de Temperatura aislamiento máxima que Observaciones (nomenclatura) soporta (°C) A
105
E
120
B
130
Los motores eléctricos trifásicos, de jaula de ardilla7, son los motores de ca de inducción más ampliamente utilizados en la industria. La letra de diseño identifica las características de: Corriente de arranque, Par de arranque, Par máximo y Par mínimo de un motor para las aplicaciones de estos. Las clasificaciones se distinguen por una letra de diseño de la NEMA (A, B, C y D). Los motores monofásicos, también tienen letras de diseño de la NEMA, pero no especifican las características de rendimiento con la misma extensión que las letras de diseño trifásico tienen. Las letras para estos son: L, M, N y O. A continuación se da una descripción de los motores ca según el diseño NEMA. La fuerza de torsión desarrollada por un motor es lo que se conoce como torque, generalmente el torque de arranque es diferente y superior al torque necesario para mantener la carga en movimiento. NEMA clasifica los motores en cuatro tipos: * Design A: características similares al design B con mayores corrientes de arranque. * Design B: Torque de arranque normal, corriente de arranque normal y poco deslizamiento. Son los de mayor aplicación industrial. * Design C: Alto torque de arranque, corriente de arranque normal y poco deslizamiento. * Design D: Alto torque de arranque, corriente de arranque normal y alto deslizamiento.
Motor tipo jaula de ardilla.- Es un motor de inducción cuyo circuito secundario está formado por láminas colocadas en ranuras del núcleo secundario, permanentemente cerradas (corto circuitos) por medio de anillos en sus extremos dando una apariencia de jaula de ardilla 7
Existe una matriz o tabla que establece los valores de torque de arranque en % de la carga, la corriente de arranque en % de la corriente nominal de consumo de la carga, el % de deslizamiento, las aplicaciones típicas y la eficiencia relativa para los tipos B, C y D. 3.14.1 Motor de diseño A de la NEMA Son motores de diseño A de la NEMA son motores para todo uso con altas corrientes de arranque y pares de torsión normales (ver la figura N° 4 (a)), el deslizamiento es menor al 5%, excepto para motores con 10 o más polos que tienen un deslizamiento ligeramente mayor. Estos motores son adecuados en aplicaciones en las cuales la carga de inercia es pequeña y los arranques no son frecuentes. Se suelen usar cuando se requiere un alto par de torsión máximo (en comparación con los motores de diseño B de la NEMA). Diseño NEMA
60 F
C
B
A D
20 0
0
50
100
150
Par (% del normal)
200
250
300
Velocidad (% de la síncrona)
Velocidad (% de la síncrona)
80
40
Par a plena carga
de la carga
100
Par máximo
3.14.4 Motor de diseño D de la NEMA Los motores de diseño D de la NEMA son motores que tienen altos pares de torsión de arranque con altos deslizamientos y baja corriente de arranque (ver la figura N° 4 (a)). Este motor combina un alto troqué de arranque con un alto deslizamiento nominal, se presentan tres tipos de diseño en función de su deslizamiento o su rendimiento estos son: - Diseño 1D del 5% al 8% - Diseño 2D del 8% al 13% - Diseño 3D mayores al 13%
Curva de par del motor Curva de aceleración
los pares de torsión máximos son normales, aunque ligeramente mayores que los de diseño B. Aunque el deslizamiento es menor al 5%, es el más alto que el deslizamiento de los de diseño B. estos motores se usan típicamente en aplicaciones donde las cargas de reparación son altas y donde se requieren pares de torsión de arranque mayores que los disponibles en los motores de diseño B. estos motores tienen buenas características de marcha normal, aunque la eficiencia es un poco más pobre que los de diseño B.
Par mínimo Par de arranque
Par (% de la plena carga)
Figura N° 4 (a) Curvas velocidad – par correspondientes a los distintos diseños NEMA. (b) Descripción de la curva par – velocidad de un motor
3.14.2 Motor de diseño B de la NEMA Los motores de diseño B de la NEMA son motores para todo uso con pares de torsión de arranque y corrientes normales y pares de torsión máximos relativamente altos (ver la figura N° 4 (a)), el par de torsión de aceleración normalmente disponible permite la aceleración rápida hasta la velocidad de plena carga. El deslizamiento es similar que en el diseño A. Los motores de diseño B son los más populares en la industria en general. 3.14.3 Motor de diseño C de la NEMA Los motores de diseño C de la NEMA son motores que tienen altos pares de torsión de arranque con corrientes normales de arranque (ver la figura N° 4 (a)),
El troqué de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el par nominal aunque para aplicaciones especiales puede ser más alto. Estos motores son recomendados para cargas cíclicas y para cargas de corta duración con frecuentes arranques y paradas. 3.14.5 Motor de diseño F de la NEMA Los motores de diseño F de la NEMA son motores que tienen troqué de arranque bajo, corriente de arranque bajo y bajo deslizamiento nominal (ver la figura N° 4 (a)). Estos motores son poco usados, destacándose a cargas con frecuentes arranques, pueden ser de altos torques y se utiliza en casos en los que es importante limitar la corriente de arranque. 3.15 Eficiencia [EFF] Es la medida de la capacidad que tiene el motor de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Es decir el cociente de la potencia mecánica disponible en el eje del motor entre la potencia que toma de la línea
de alimentación (ambos expresados en las mismas unidades). EFF %= Potencia mecánica de salida/ Potencia eléctrica de entrada x 100 Potencia mecánica de salida = Potencia eléctrica de entrada - Pérdidas En este contexto, la NEMA (MG1-1967), recomendó marcar la placa de los motores trifásicos con la eficiencia nominal NEMA. En la siguiente tabla (12-4 de la MG1-12.53b) se muestra la eficiencia nominal para motores trifásicos diseño NEMA B (comúnmente utilizados en CLHB): HP 5 10 25 50 75 100 150 200 250
Rango de eficiencia nominal 78 – 85 81 – 88 85 – 90 88 – 92 89.5 – 92.5 90 – 93 91 – 93.5 91.5 – 94 91.5 – 94.5
Eficiencia nominal promedio 82 85 88 90 91 91.5 92.5 93 93.5
3.16 Factor de Potencia [P.F.] Es el cociente entre la potencia activa (Watts) y la potencia aparente (Voltamperes), generalmente se expresa en %. También se define como el coseno del ángulo de fase entre el voltaje de línea y la corriente en los circuitos de ca. El ángulo de fase se determina por las características eléctricas de la carga. 3.17 Altitud [FT. ALT. S.] La altura de operación por lo general viene definida hasta los 1.000 msnm, para los motores que se utilizan a alturas superiores, debe considerarse las variaciones de altitud con respecto a la temperatura, según la siguiente tabla: Temperatura °C 40 30 20
Altura msnm Hasta 1.000 2.000 3.000
Donde el decremento de temperatura ambiente compensa el incremento en la elevación de
temperatura, tal como se indica en la anterior tabla. Los motores que tengan un factor de servicio de 1.15 o mayor pueden operar satisfactoriamente a un factor de servicio 1, con temperatura ambiente de 40°C en altitudes de 1.000 y 2740 msnm. Otros autores indican que el descenso de la densidad del aire con la altura ocasiona una refrigeración empobrecida, que afectará la potencia esto en los motores refrigerados por aire. De acuerdo a la siguiente tabla: Atura (m)
Factor de corrección
1000 2000 3000 4000
1.00 0.95 0.88 0.81
La temperatura ambiente es la temperatura del aire alrededor del motor, el diseño estándar es para trabajar por encima de los 40ºC y vienen lubricados con grasas especiales para altas temperaturas. Se deben considerar condiciones especiales de lubricación y aislamiento para muy altas, altas y muy bajas temperaturas, alta humedad y condiciones adversas de corrosión. 3.18 Protección de los motores eléctricos El diseño de los motores eléctricos está regulado por las normas que se aplican en el país de fabricación, en Bolivia la Norma Boliviana; NB 777-1997 en su página 88 define el grado de protección para el equipo y las personas que sean o no sus operadores. El grado de protección de los equipos eléctricos, se definen con el siguiente código: IP
x
x
Letras del código (Pr otección Internacional) 1° Cifra ( Prote cción contra sólidos) (cifra del: 0 a 6, o letra X) 2° cifra (Pr otección contra líquidos) (cifra del: 0 a 8, o letra X)
En la siguiente tabla mostramos los grados de protección para los equipos eléctricos
Tabla. Grados de protección proporcionados por las envolventes. Elementos del código IP y su significado8 Elemento Letras del ódigo 1° cifra característica
Cifras o letras IP
Significado para protección del equipo Contra el ingresode objetos extraños sólidos:
0 1 2 3 4 5 6
(noprotegidos) =< 50.0 mmde diámetro =< 12.5 mmde diámetro =< 2.5 mmde diámetro =< 1.0 mmde diámetro Protegidocontra polvo Totalmente protegido contra polvo Contra la penetración de agua con efectos perjudiciales:
0 1 2 3 4 5 6 7 8
(noprotegido) Protegidocontra las caídas verticales de gotas de agua Protegidocontra las caídas de agua con inclinación máx. 15º Protegidocontra el agua en forma de lluvia Protegidocontra las proyecciones de agua Protegidocontra los chorros de agua Protegidocontra los chorros fuertes de agua Inmersión temporal Inmersión continua
2° cifra característica
Significado para protección de personas Contra el acceso a partes peligrosas con: (no protegido) Dorso de la mano Dedo Herramienta Alambre Alambre alambre
(ver anexo A)
Tabla extraída y acondicionada de: UNE 20324-93, en esta tabla no se incluyen la letra adicional y letra suplementaria, ambas opcionales 1
La protección contra el medio ambiente y métodos de enfriamiento para las carcasas de motores (ver párrafo 3.20). Con el propósito de aclarar la anterior definición daremos el siguiente ejemplo. Ejemplo N° 3. Cuál es el significado de: IP 65, que corresponde al display del gravitó metro de la estación Potosí La protección IP 65 significa: - IP - 6
= Protección Internacional = protección del equipo: Totalmente protegido contra el polvo (ob. extraños sol) Protección de persona: contra accesos de alambre, (partes peligrosas)
- 5
= protección del equipo contra chorros de agua en todas las direcciones
3.19 Armazón [FRAME] Es la designación formada por número y letra que define el tamaño (dimensiones, peso, espacio para la chaveta del eje o rotor, orificios para fijar la carcaza del equipo a su base, formas constructivas) del motor y la posición de montaje del motor (poción vertical y horizontal). Que caracterizan un tipo de motor 8
identificado por ese código mencionado Estas dimensiones de los armazones están normalizadas por: IEC (N° 34, parte 7), DIN (N° 42.95), NEMA entre otros.
Tabla extraída y acondicionada de: UNE 20324-93, en esta tabla no se incluyen la letra adicional y letra suplementaria, ambas opcionales
Figura N° 5, Dimensiones del armazón de un motor eléctrico La figura anterior acompañada de una tabla donde se presentan los valores de las diferentes dimensiones de la gráfica para cada frame, nos permite visualizar un ejemplo de cómo presentan los diferentes fabricantes sus productos, esto permite a la hora del diseño, homologar los frames de los diferentes motores de acuerdo con sus capacidades y a la hora de cambiar un motor eléctrico buscar el que corresponda con el respectivo frame.
3.20 Clasificación según el aislamiento de la carcasa Por carcasa entenderemos, la envolvente del núcleo del estator, de acuerdo a esto los motores se pueden clasificar en abiertos (O) y totalmente cerrados (TE), aquí mostraremos un resumen de los más importantes. (Más ref. ver: 6); Motores abiertos - (O; Open Dripproff) Son los que tienen abertura de ventilación que permiten el paso de aire externo de enfriamiento y alrededor de los embobinados del motor. Este tipo de motor entonces permite pasar gotas del líquido y partículas sólidas con un ángulo de 0 a 15º de la vertical del motor, este tipo de motor está diseñado para el uso de áreas no peligrosas y relativamente limpias. ODP: Open Drip Proof (A prueba de goteo), permite un libre intercambio de aire entre el ambiente y las partes internas del motor. Motores encapsulados – (Encapsulated) Estos motores cerrados ofrecen mayor resistencia a la humedad y/o ambientes corrosivos.
Motores totalmente cerrados, enfriado por ventilador – (TEFC; Totally Enclosed, Fan-Cooled) Un motor cerrado está equipado por enfriamiento externo por medio de un ventilador integral con el motor pero externo, las partes del motor están encerradas. Los motores TEFC son diseñados para el uso de áreas industriales con alta humedad, sucio y polvoriento. TEFC: Totally Closed Fan Cooled (Totalmente encapsulado con canales de ventilación) limita el intercambio de aire del ambiente y las partes internas del motor, manteniendo el equipo libre de suciedad y agua. Otro tipo de encapsulamiento muy importante para nuestro entorno (en la industria del petróleo) es el Explosión Proof (A prueba de explosión), el cual deber ser utilizado en espacios donde existe un eminente riesgo de explosión, este tipo de encapsulado incrementa considerablemente los costo de un equipo por las protecciones y consideraciones que se deben tener. Motores a prueba de explosión/ Motores a prueba de ignición de polvos – (Explosión - Prof./ Dust – Ignition – Prof.) Estos motores a prueba de explosión/ prueba a ignición de polvos; resiste la explosión de un gas interno y evita la ignición de un gas además de excluir polvos que puedan encenderse, sin permitir que genere la temperatura suficiente, arco o chispa que propicie la combustión de la atmósfera que lo rodee. 3.21 Conexiones Comúnmente las conexiones externas no aparecen en las placas de identificación en motores de u velocidad y de tres conductores, sin embargo, en motores con más de tres conductores, sí aparecen en dichas conexiones, en la placa de motores de doble velocidad se indican las conexiones para alta y baja 3.22 Clave de kVA [kVA] Este valor describe el valor de kVA que sirve para evaluar la corriente máxima (de avalancha) en el arranque. Se especifica con una letra clave correspondiente a un intervalo de valores de kVA/hp, y el intervalo que abarca cada letra aparece en la NEMA MG1-10.36, en la siguiente tabla:
Letra de código NEMA A B C D E F G H J K L M N P R S T U V
kVA al arranque por hp 0.00 – 3.14 3.15 – 3.54 3.55 – 3.99 4.00 – 4.49 4.50 – 4.99 5.00 – 5.59 5.60 – 6.29 6.30 – 7.09 7.10 – 7.99 8.00 – 8.99 9.00 – 9.99 10.00 – 11.19 11.20 – 12.49 12.50 – 13.99 14.00 – 15.99 16.00 – 17.99 18.00 – 19.99 20.00 – 22.39 22.40 -
Las letras de código sólo se utilizan en motores de ca hasta de 200 hp (potencias usadas en CLHB) Es necesario comprobar que el equipo de arranque sea de diseño compatible, y consultar si la empresa eléctrica local y/o el equipo (generador) proveedor, permite esta carga en su sistema 3.23 Designación de rodamientos [SE BEARING] [EO BEARING] En los motores que tienen cojinetes antifricción, estos se identifican con sus números y letras (códigos) correspondientes conforme a las normas de la AFBMA (Anti – Friction Bearing ManufacturersAsociation). Por tanto, los cojinetes pueden sustituirse por otros del mismo diseño, pues este código incluye holgura o juego del ajuste del cojinete, tipo de retención, grado de protección (Blindado, sellado, abierto, etc.) además de sus dimensiones. SE, significa extremo hacia el eje (Shaft end) y el extremo opuesto EO (End Opposite) en el eje del motor. Otros datos de los motores eléctricos, son: Nivel de ruido, Potencias de sonido, Emisión de ruido, Velocidad Dual, usos especiales. Condiciones de Montaje: Los estilos de montaje más utilizado son el de base rígida y el resistentemente elástico que se utiliza cuando es necesario aislar las vibraciones del equipo,
estos tipos de montaje y otros menos comunes son especificados por NEMA. 4. Descripción de las partes de un motor eléctrico
Por lo general, los motores eléctricos de corriente alterna están formados por tres partes fundamentales: - La Carcasa: Es la parte externa de la máquina y esta construida de acero, hierro fundido o cualquier otra aleación metálica, dependiendo de la aplicación y condiciones ambientales de trabajo. - El Estator: Va unido a la carcasa y esta constituido por numerosas chapas de material magnético, formando ranuras sobre las cuales están colocadas las bobinas fijas o devanado estatórico. - Rotor: Parte móvil de la máquina constituida igualmente por chapas aisladas de material magnético, dotadas de ranuras y fijas a un eje, en las cuales va alojado el devanado rotórico.
alimentación. - Ventilador: Dispositivo que absorbe el aire del ambiente y lo hace circular por las ranuras de ventilación de la carcasa. - Tapa del Ventilador: Protege al ventilador de cualquier impacto cuando esta en movimiento, ayuda a centralizar el aire absorbido y evita el contacto con operadores o personas que circulen en los alrededores del equipo. Selección de un Motor eléctrico Para los motores de aplicaciones generales los fabricantes han creado sus catálogos y guías específicas para exponer los modelos y características estándar, para evitar ampliar en este tema y no tratar de abarcar lo que establecen todos los fabricantes, en este artículo se hace solo a lo indicado en el libro: THE BIG LITTLE BOOK OF IN STOCK ELECTRIC MOTORS AND GRINDERS (El Pequeño Libro Grande de Motores Eléctricos) del fabricante BALDOR, de industria Americana, y por este hecho se rige en la norma NEMA en cuanto a condiciones mínimas de trabajo, aislamiento y dimensiones críticas de montaje. La alimentación eléctrica en EEUU suele ser corriente alterna monofásica o trifásica con una frecuencia de 60Hz, por lo general los monofásicos son motores menores a 1 HP que trabajan en un nivel de tensión de 110V y 220V, por su parte los motores trifásicos son mayores de 1HP y trabajan en un nivel de tensión de 2220V, 380V y otros mayores, también es común conseguir motores que trabajen en dos niveles de tensión, por ejemplo 220/440V.
Los componentes auxiliares que se observan en la figura anterior son los siguientes: - Tapas delantera y trasera: Son utilizadas para alojar los rodamientos que permiten la sustentación y movimiento del rotor y dan la protección contra el ambiente a la máquina. - Rodamientos: Dispositivo mecánico que mantiene el eje o rotor en suspensión, separado del devanado estatórico. - Caja de Bornes: Contiene la regleta donde se conecta el devanado estatórico a la red de
Para la selección de un motor eléctrico, una vez definido el nivel de tensión y la frecuencia de la red de alimentación, se debe considerar los Hp requeridos por la carga y las RPM de trabajo que dependen del mecanismo de acople entre la carga y el motor, que vienen a ser las características básicas de la aplicación del equipo en una necesidad ya definida. Lo cual debe estar complementado con las condiciones ambientales, torque de arranque, factor de servicio, ciclo de trabajo, condiciones de montaje, encapsulamiento, clase de aislamiento y frame. En esta guía se dispone de unas matrices o tablas que en el eje horizontal se establecen los HP, en el eje vertical se establecen las RPM,
cruzando los dos ejes obtenemos un tipo de motor diseñado para trabajar con un tipo de torque, un factor de servicio, un ciclo de trabajo, una clase aislamiento y unos determinados frame. Es importante revisar cada uno de los factores mostrados en el parágrafo 3, que muestra la una breve descripción de los diferentes parámetros para garantizar una buena selección de un motor eléctrico: 5. Ubicaciones peligrosas
Estos motores que se ubican en lugares peligrosos como de clase I grupo C ó D, o de clase II grupos E, F ó G, cumplen con normas para motores a prueba de explosión, (la UL y otros laboratorios proporcionan esta certificación, mediante una placa colocada en el motor, (placa Auxiliar)) Los términos que se utilizan son: Clase, División y Grupo Clase: se refiere a la naturaleza del producto con características específicas que genera la atmósfera explosiva Clase I: Áreas peligrosas, donde están presentes en el aire gases o vapores inflamables en cantidades suficientes para producir mezclas explosivas o inflamables. Clase II: Áreas Peligrosas, donde están presentes polvos combustibles Clase III: Áreas Peligrosas por la presencia de fibras o partículas volátiles fácilmente inflamables en el aire. División: Se refiere a la probabilidad de que en el mismo momento se encuentren presentes: la atmósfera explosiva con una chispa. De acuerdo a una condición normal o anormal. División 1: La atmósfera explosiva estará presente en forma permanente en el área División 2: La atmósfera explosiva sólo estará presente en el área de manera temporal, por fuga de tipo accidental. En condiciones normales habrá atmósfera explosiva. Grupo: Define el valor de temperatura de auto ignición de la atmósfera explosiva.
Grupo A: Producto inflamable, con punto de inflamación hasta 0ºC Grupo B: Producto inflamable, con punto de inflamación de 0ºC a 21ºC Grupo C: Producto inflamable, con punto de inflamación de 21ºC a 40ºC Grupo D: Producto inflamable, con punto de inflamación de 40ºC a 65ºC Grupo E: Producto inflamable, con punto de inflamación superior a 65ºC (fuel) Grupo F: Gases Inflamables y Licuados (es decir sustancias con punto de ebullición inferior o igual a 0 ºC a la presión de 1 Atmósfera) Mayores referencia se encuentran en la ref.: 8, NFPA 497A NFPA 497B, IEC 60079, Norma ANSI/NEMA-250, ANSI/ UL -1230 “Explossión proof. And Dust – Ignition Prof. Electrical equipment or Hazardous Locations” 6. Conclusiones
Sabiendo que la máquina rotativa en toda industria, más utilizada son los “Motores Eléctricos”, además siendo el del tipo jaula de ardilla, (inducción), por su simplicidad, fuerte construcción y bajo costo de fabricación, es necesario que el usuario (operador, mantenedor) tengan un conocimiento de: su principio funcionamiento, características de operación y control. Debido a que para comprender los puntos 1 y 2 anteriores, es necesario tener conocimientos básicos de la electrotecnia y además esa teoría se puede encontrar en los textos con mayor detalle (referencias: 3, 4 y 10), se ha visto por conveniente por desarrollar el tema: IDENTIFICACION DE LOS MOTORES ELECTRICOS “PLACA DE DATOS”, la cuál como se ha podido observar, suministran una gran cantidad de información útil sobre: Diseño, Operación, Mantenimiento y Reemplazo. La intención de este artículo ha sido de dar la información de forma lo más resumida posible, pero sin dejar al lector con sabor a poco, debido a esto se ha enfatizado en algunos puntos que se han creído importantes, pero para mayor información, las referencias mencionadas en el acápite 7, con
seguridad les servirá de para completar los conocimientos de los diferentes tópicos mencionados en este artículo.
8. Norma API – RP 500: Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities, Firs Edition, June 1991 (Replaces 500ª, 500B, 500C)
7. Referencias
9. Stroch de Gracia J.M. “Manual de seguridad Industrial en Plantas Químicas y Petroleras”, Mc Graw Hill, Madrid, 1998.
1. National Electrical Manufacturers Association, “Motors and Generators,” Publication No. MG1-1978, NEMA, Washington, 1978. 2. Werninck, E. H. (ed.) “Electric Motor Handbook.” McGraw - Hill, London, 1978. 3. Hélio Creder, “Instalacòes electricás”, 10ª edicao, Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., Sao Pablo, 1989
10. M. Kuznetsov, “Fundamentos de Electrotecnia”, MIR – Moscú, URSS 1972. 11. ELFEC & SIB, “Reglamento para instalaciones eléctricas interiores a baja tensión”, Cochabamba 1983. 12. Norma Boliviana, NB-777 – 1997, “Instalaciones Eléctricas a baja Tensión”, La Paz 1995.
4. R.J. Lawrie, “Motores eléctricos”, McGraw - Hill, Inc., Barcelona, 1994
13. Gerencia Técnica CLHB, “GT-EI-30, Motores eléctricos”, Santa Cruz, 2006
5. Stephen J. Chapman, “Máquinas Eléctricas”, McGraw – Hill, México, 1988 6. Bauneister, “Standard Handbook for Mechanical Engineers”, 7th ed., McGraw – Hill, New York, 1967
14. Baldoor (1988), The Big Little Book Of In Stock Electric Motors And Grinders.
7. Perry, “Manual del Ingeniero Químico”, 6ª edición, McGraw – Hill, México, 1996
Dedicado a: Compañero se la Estación Mariaca: Miguel Rodríguez Manuel Guerrero Freddy Miranda
8. Anexos Tabla extraída y acondicionada de: UNE 20324-93, en esta tabla no se incluyen la letra adicional y letra suplementaria, ambas opcionales
Tabla. Grados de protección proporcionados por las envolventes. Elementos del código IP y su significado * Elemento Letras del ódigo 1° cifra car acterística
Cifras o letras IP
Significado para protección del equipo
Contra el acceso a partes peligrosas con:
Contra el ingreso de objetos extraños sólidos:
0 1 2 3 4 5 6
(no protegidos) =< 50.0 mm de diámetro =< 12.5 mm de diámetro =< 2.5 mm de diámetro =< 1.0 mm de diámetro Protegido contra polvo Tota lmente protegido contr a polvo Contra la penetración de agua con efectos perjudiciales:
0 1 2 3 4 5 6 7 8
(no protegido) Protegido contra las caídas ver tica les de gotas de a gua Protegido contra las caídas de agua con inclinación máx. 15º Protegido contra el agua en forma de lluvia Protegido contra las proye cciones de agua Protegido contra los chorros de agua Protegido contra los chorros fuertes de agua Inmersión temporal Inmersión continua
2° cifra car acterística
Signific ado para protección de personas
( no pr otegido) Dorso de la mano Dedo Herramienta Alambre Alambre a lambre
R EG IST R O D E LE C TU R A Y CO M PR E NS IÓ N N°
NO MB RE
FE C H A
FIRM A
OB SERV A C IO NE S