SELECCIÓN ADECUADA DE UN MOTOR ELÉCTRICO ASÍNCRONO
Si necesita sustituir un motor eléctrico asíncrono de corriente alterna, le indicamos los criterios más utilizados para la correcta selección en fundición de sus necesidades. En muchos casos la información puede obtenerse consultando la propia placa de identificación del motor.
Seleccionar un motor eléctrico asíncrono A la hora de seleccionar un motor eléctrico asincrónico trifásico y/o monofásico es importante considerar los siguientes criterios, que son los más utilizados para obtener el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada.
La potencia Es la fuerza que el motor genera para mover una carga a una determinada velocidad. La potencia especificada en placa de los motores indica la potencia mecánica disponible en la punta del eje del motor y va expresada en kilowatts (kW) y en su equivalente en caballos de vapor (HP / CV).
Para convertir los valores de unidades de potencia, usted puede usar las fórmulas abajo: Ejemplo: ¿Cuántos kW equivale un motor de 5.50 hp? 5.50 X 0.736 = 4.04 (aprox.4.00kW)
Nota: la potencia especificada en la placa de identificación del motor, indica la potencia mecánica disponible en la punta del eje. Para obtener la potencia eléctrica consumida por el motor (kW), se divide la potencia en kW por su eficiencia (η). Ejemplo: η = 84,5% (Dato de placa para motor de 4kW / 5,50 hp) = Ps/Pe donde: Pe= potencia de entrada - Ps = potencia de salida Pe = (4,00/ 0,845) = 4,73/ kW
La velocidad/rotación Expresada en rpm (revoluciones por minuto), es el número de giros que el eje del motor desarrolla en cada minuto. En los motores de corriente alterna la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación (hz), dándonos el número de pares de polos del motor. Para las frecuencias de 50 hz y 60 hz, tenemos:
Los motores de 2 y 4 polos son los más vendidos en el mercado.
Deslizamiento: El concepto de deslizamiento es usado para describir la diferencia entre la rotación sincrónica y la rotación efectiva en la punta del eje del motor. Factores como la carga o inclusive la variación de la tensión de la red de alimentación, pueden influenciar en la rotación del motor.
La tensión La tensión es el voltaje de entrada para el cual está diseñado el motor; es decir, es la presión con la que el motor empuja la corriente a través de un circuito eléctrico cerrado. Se expresa en voltios (V) y debe coincidir con la el voltaje de la máquina que se desee accionar. Tipos de tensión: Monofásica: Es la tensión medida entre fase y neutro. El motor monofásico normalmente está preparado para ser conectado en la red de 120 Vac o 240 Vac (208Vac). Sin embargo, hay sitios donde la tensión monofásica puede ser 110Vac,115 Vac, 230 Vac o 254 Vac. En estos casos debe ser aplicado un motor específico para estas tensiones. Trifásica: Es la tensión medida entre fases. Son los motores más utilizados, pues los motores monofásicos tienen limitación de potencia, y además de esto suministran rendimientos y pares menores, lo que aumenta su costo operacional. Las tensiones trifásicas más utilizadas son 220-230 V, 380-400 V a 50Hz y 440 V a 60hz En Guatemala 208-240Vac y 480Vac, a 60 hz. Los motores se suministran standard de acuerdo con los siguientes parámetros de diseño: 230/400 V D/Y 50 Hz (PN) / 275/480 V D/Y 60 Hz (PN * 1,2) 400/690 V D/Y 50 Hz (PN) / 480/830 V D/Y 60 Hz (PN * 1,2) Los motores pueden trabajar sin cambiar la potencia nominal conectada a una toma de corriente aún cuando las fluctuaciones del voltaje (a frecuencia nominal) difiera N en un +/5% del valor nominal (patrón de voltaje en medida A). Los voltajes standard establecidos según normas DIN IEC 38 se toman como punto base. Por lo que la gama cubierta por un motor standard es: 220-240 V / 380-420 V D/Y 50Hz (PN = 100%) 380-420 V / 660-720 V D/Y 50Hz (PN = 100%) 240-265 V / 420-460 V D/Y 60Hz (PN = 100%) 420-460 V / 720-800 V D/Y 60Hz (PN = 100%) 265-290 V / 460-500 V D/Y 60Hz (PN = 120%) 460-500 V / 790-870 V D/Y 60Hz (PN = 120%) Los motores deben usarse con el voltaje especificado en DIN IEC 38 con una tolerancia total de +/- un 10%.
La frecuencia Es el número de veces que un determinado evento se repite en un determinado intervalo de tiempo. La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo. Es un factor importante, ya que influye directamente en la rotación del motor eléctrico. Un ejemplo para calcular la velocidad de un motor conociendo el número de polos es: Ns = (120 x hz) / (número de polos) Ejemplo: Motor de 4 polos conectado a una línea de 60hz le velocidad síncrona sería: Ns= (120×60) / (4) = 1800rpm Esto es muy práctico cuando variamos la frecuencia a través de variadores de velocidad, de esa manera podremos informar al cliente a que velocidad girará el motor en función de la frecuencia que establezcamos.
Grado de protección Es la protección del motor contra la entrada de cuerpos extraños (polvo, fibras, etc.), contacto accidental y penetración de agua. Así, por ejemplo, un equipamiento a ser instalado en un local sujeto a chorros de agua, debe poseer un envoltorio capaz de soportar tales chorros de agua, bajo determinados valores de presión y ángulo de incidencia, sin que haya penetración que pueda ser perjudicial al funcionamiento del motor. El grado de protección es definido por dos letras (IP) seguido de dos dígitos. El primer dígito indica protección contra la entrada de cuerpos extraños y contacto accidental, mientras el segundo dígito indica la protección contra la entrada de agua.
La carcasa/tamaño Dimensiones del motor expresadas a través de valores estándares establecidos por normativas IEC para los motores eléctricos. El tipo de carcasa es un dato fundamental en la elección del motor eléctrico, ya que permite identificar gran parte de sus dimensiones mecánicas. El tamaño de la carcasa es definido por la potencia y rotación del motor y es identificado por la letra H, que va desde la base de soporte del motor hasta el centro del eje, medida en mm. La altura H es exactamente igual al modelo de la carcasa del motor, tratándose de motores IEC.
Las formas constructivas Determinan cómo el motor va a ser fijado y acoplado a la carga. Los motores eléctricos son normalmente suministrados en la forma constructiva B3D, (montaje en la posición horizontal, motor con patas, eje a la derecha mirando hacia la caja de conexión). Las demás formas constructivas pueden ser observadas en la tabla abajo.|
Las clases de aislamiento Especifican la temperatura de operación de los materiales aislantes utilizados en el devanado del motor. Los motores normalmente son fabricados con clase de aislamiento F, que permite una temperatura máxima de operación de 155°, pero los motores también pueden ser fabricados con clase de aislamiento H, cuya temperatura máxima de operación permitida es de 180°. La temperatura de la clase de aislamiento no significa la temperatura ambiente máxima, y sí la máxima temperatura que soportará el aislamiento del motor.
La ventilación El sistema de ventilación es responsable por la refrigeración del motor. Los motores IP55 (cerrados) son generalmente suministrados con sistema de ventilación TCVE o TEFC. Los motores con grado de protección IP23(abiertos) poseen sistema de ventilación interna.
La placa de identificación Normalmente nos da casi todos los datos necesarios para identificar el motor adecuadamente, os indicamos un ejemplo de placa de motor Weg identificando todos los puntos arriba descritos:
Motores ¿Cómo saber si mi motor es Norma NEMA o IEC? La principal diferencia está en las unidades de medición, todos los motores NEMA están hechos utilizado la medida Americana, pulgadas. Mientras que la IEC utiliza el Sistema Internacional con milímetros.
Figura 1. Diferencia principal entre los motores IEC y NEMA
¿Qué es NEMA? Sus siglas son de National Electric Manufactures Association, Son los Estándares principales en los Estados Unidos y la Norma Nema MG1 dicta los estándares para la producción de motores y Generadores.
¿Qué es IEC? Sus Siglas vienen de International Electrotechnical Comission, son los estándares Internacionales, con más de 67 países afiliados, muy fuerte sobre todo en Europa. El asunto con esto es que Guatemala no tiene una normativa que predomine, Se tiene tanto maquinaria NEMA como IEC y por lo tanto motores con ambos estándares. Además de la unidad de medición hay varias diferencias físicas que se verán a continuación:
Figura 2. Diferencias físicas entre Motores IEC y NEMA
En la Imagen anterior se puede observar un motor NEMA (color dorado) y otro motor IEC (color celeste) Una gran diferencia es que los motores NEMA como ven en la imagen traen la caja de conexiones al lado derecho (visto desde la tapa del ventilador del motor), esto se conoce como montaje F-1, mientras que los IEC, su estándar es en la parte superior, esto se conoce como montaje F-3. En ambas nomas se pueden hacer motores “Customs”, que tengan la caja de conexión en otra posición, sin embargo lo dicho anteriormente es lo usual. Las dimensiones del motor están dadas por el frame, los frames también cambian entre una norma y otra. En NEMA, los frames están compuestos por 3 dígitos y una letra. Si se dividen los 2 primeros dígitos entre 4, se obtiene la altura de la base al centro del eje en pulgadas (Dimension “D”) Ver figura 3. Mientras que en IEC, la altura del centro del eje a la base en milímetros es el frame. (Dimension H) Ver Figura 3 Otro aspecto de los frames es que en NEMA tienen algunos sufijos que nos indican cosas como el tipo de flanger del motor, si tiene alguna variación en el eje y otros aspectos. En el caso de IEC eso no existe por lo que hay que ponerle atención a un código de montajes. Vamos a ver las diferencias en los montajes a continuación.
Figura 3. Frames IEC vs Frames NEMA en motores eléctricos
Los montajes en NEMA se denominan como en la siguiente imagen.
Figura 4.Montajes NEMA
Ahora los montajes IEC, En la nomenclatura del Montaje es donde se indica el tipo de flange.
Figura 5. Montajes IEC Otra diferencia fundamental es en los voltajes y frecuencias utilizados. En la siguiente Imagen vemos cuales son los voltajes y frecuencias mรกs usados
Figura 6. Voltajes y frecuencias
En Estados Unidos lo estándar son los 60HZ y en Europa los 50HZ. Muchas veces los motores IEC vienen con los valores de voltajes y frecuencia europea en la placa. Es importante recalcar que aunque la placa traiga esos valores al ser conectados en Guatemala estarán con los valores de 60 hz porque esta es la frecuencia acá. Es muy común toparse motores que dicen 50hz/ 1450 rpm, pero si lo medimos realmente estará a 1750 rpm, velocidad correspondiente a los 60 hz. Esto también afecta otros valores dentro de la placa de datos. Además un punto importante es que por norma los motores IEC soportan solamente un 5% de variaciones en el voltaje, mientras que los NEMA pueden soportar un 10%. También la mayoría de los motores IEC primeramente tienen el dato de potencia en unidades kilowatts (kW) mientras que los NEMA en Caballos de Fuerza (hp). Otro punto muy característico es la caja de conexiones. En la siguiente imagen se puede ver una Caja de conexiones IEC.
Figura 7. Caja de Conexiones IEC
Mientras que una caja de conexiones NEMA se aprecia así:
Como ven la caja IEC tiene terminales, mientras que la NEMA vienen siempre los cables sueltos. Los grados de protección también difieren, en IEC se habla de IP, mientras que NEMA tiene otras nomenclaturas. Además específicamente en el tema de Motores los NEMA trabajan más por aplicación que por IP, por ejemplo se habla de wash down, de severy duty, etc. Otro aspecto, es que los motores IEC no usan Factor de Servicio, mientras los NEMA en su mayoría usan 1.15. Por último se va a tocar el tema de la eficiencia, en este tema se estudiara con más profundidad en un próximo Blog. Pero a manera Resumen en NEMA existen la eficiencia estándar, la alta eficiencia y la eficiencia NEMA Premium, mientras que en IEC existen los grados IE1 (equivalente a la estándar) IE2 (Equivalente a la alta) e IE3 (Equivalente a la Nema Premium).