TEMA 6:
SELECCIÓN DE
MOTORES ELÉCTRICOS
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
ELECCIÓN DE UN MOTOR ELÉCTRICO
CARGA ACCIONADA Y CARACTERÍSTICAS DE SERVICIO
„ Diagramas de carga: potencia y/o par requeridos y su
variación. Clase de servicio
„ Velocidad y su control (variación de velocidad)
„ Curva par resistente-velocidad de la carga
„ Características del arranque (duración, frecuencia…)
„ Capacidad de sobrecarga necesaria
„ Inercia de las masas arrastradas
„ Forma de montaje
MEDIO Y CONDICIONES DE TRABAJO
ƒ Temperatura del medio refrigerante
ƒ Altitud de instalación
ƒ Condiciones ambientales (agua,
cuerpos sólidos extraños, polvo,
contactos con partes móviles del
motor…)
ƒ Ambientes y condiciones especiales
(ambientes explosivos, centrales
nucleares…)
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RED DE ALIMENTACIÓN
ƒ Tensión
ƒ Frecuencia
ƒ Condiciones de la red
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1
SELECCIÓN DE UN MOTOR
„
„
„
„
„
„
„
Selecció
Selección del tipo de carcasa y nivel de protecció
protección (IP).
Selecció
Selección de la potencia asignada del motor en funció
función de la
potencia o par que se necesita para arrastrar la carga, de la altitud
altitud
de instalació
instalación y la temperatura del medio refrigerante.
Selecció
Selección de la velocidad (nú
(número de polos) en funció
función de la
velocidad de la carga arrastrada.
Selecció
Selección de la forma y posició
posición de montaje normalizada en funció
función
de su ubicació
ubicación.
Selecció
Selección de la tensió
tensión y frecuencia asignadas del motor en funció
función
de la red o fuente de alimentació
alimentación.
Selecció
Selección de la clase de aislamiento en funció
función de la temperatura
esperada.
Selecció
Selección de la caracterí
característica mecá
mecánica en funció
función del par de
arranque y el par resistente de la carga.
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SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR
Generalmente el cálculo de la potencia de un motor eléctrico se realiza
en función del calentamiento y se comprueba a continuación su
capacidad de sobrecarga y las condiciones de arranque.
INCONVENIENTES DE UTILIZAR MOTORES DE POTENCIA DEMASIADO
ELEVADA:
„ Mayor costo y tamaño del motor.
„ Mayor intensidad de arranque.
„ Mayor tamaño y costo de los elementos de la instalación (contactor,
relé térmico, sección de cables …).
„ Menor rentabilidad debido al peor factor de potencia con carga parcial.
„ Menor rendimiento a carga parcial.
INCONVENIENTES DE UTILIZAR MOTORES DE POTENCIA INSUFICIENTE:
„ Posibilidad de funcionamiento incorrecto y averías de la máquina
accionada.
„ Menor capacidad de sobrecarga del motor.
„ Calentamiento excesivo del motor disminución de su vida útil.
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2
SELECCIÓN DE LA POTENCIA DE UN MOTOR EN
SERVICIO CONTINUO (CARGA INVARIABLE)
Si se conoce la potencia constante P
requerida por la máquina:
Pasignada ≥ P
Si se conoce el par constante M
requerido por la máquina:
Masignado ≥ M
• Si la altitud de instalación o la temperatura del medio refrigerante lo requieren
deberá desclasificarse la potencia del motor para evitar un calentamiento
excesivo del mismo.
• Para mecanismos bien conocidos (bombas, ventiladores, aparatos de elevación,
algunas máquinas herramientas, etc.) se determina la potencia o el par
requeridos mediante cálculos teóricos o por medio de fórmulas empíricas,
aplicando coeficientes obtenidos en el transcurso de numerosas experiencias.
• Para mecanismos poco conocidos puede determinarse la potencia o el par
necesarios obteniendo los diagramas de carga por medio de aparatos
registradores sobre instalaciones análogas en servicio.
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SELECCIÓN DE LA POTENCIA DE UN
MOTOR EN SERVICIO PERMANENTE CON
CARGA VARIABLE
Con carga variable, la temperatura del motor varía de forma continua y
la elección de la potencia del motor, en función del calentamiento,
resulta más compleja.
La selección de la potencia asignada del motor basándose en el valor
de la carga máxima conduce a un valor demasiado grande de la
potencia, mientras que si se toma el valor medio de la carga (potencia
media) no se tiene en cuenta la relación cuadrática entre las pérdidas
variables y la corriente del motor.
„
„
„
„
Cuando un motor trabaja siguiendo ciclos iguales y repetidos de
carga, pero la carga varía a lo largo del ciclo, pueden utilizarse los
siguientes métodos, indicados de mayor a menor precisión:
Método de las pérdidas medias
Método de la corriente equivalente
Método del par equivalente
Método de la potencia equivalente.
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3
MÉTODO DE LAS PÉRDIDAS MEDIAS
El procedimiento consiste en encontrar el valor de las pérdidas caloríficas
medias del motor Qmed para el diagrama de carga dado y comparar este
valor con el de las pérdidas nominales Qn para las que el motor ha sido
calculado en régimen de carga constante.
P
Q med =
P1
P2
P3
P4
Q
Q1
t1
Q2
t2
Q3
t3
t 1 + t 2 + t 3 + ... + t p
1. Se elige inicialmente un
motor.
t
Q4
t4
Q 1t 1 + Q 2 t 2 + Q 3 t 3 + ... + Q p t p
t
Diagramas de potencia y de pérdidas
2. Se determinan las pérdidas
medias de ese motor durante
un ciclo de trabajo.
3. Si Qmed ≤ Qn se considera que
el motor funciona a
temperatura admisible.
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MÉTODO DE LA CORRIENTE EQUIVALENTE
Se basa en reemplazar, para el cálculo, la corriente real que absorbe el
motor, y cuyo valor es variable, por una corriente equivalente Ieq que
produciría en el motor las mismas pérdidas que la corriente real y, por lo
tanto, el mismo calentamiento. La corriente equivalente Ieq se compara
con la corriente asignada del motor In.
P
P1
P2
Ieq =
P3
I12 t 1 + I22 t 2 + I23 t 3 + ... + Ip2 t p
t 1 + t 2 + t 3 + ... + t p
P4
I
I1
t1
I2
t2
I3
t3
t
I4
t4
t
Diagramas de potencia y de corriente
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1. Se elige inicialmente un
motor.
2. Se determina el valor de Ieq
durante un ciclo de trabajo.
3. Si Ieq ≤ In se considera que el
calentamiento del motor es
admisible.
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4
MÉTODO DEL PAR EQUIVALENTE
Se basa en reemplazar, para el cálculo, el par de carga variable del motor
durante un ciclo, por un par equivalente Meq que produciría en el motor
las mismas pérdidas que el par real, es decir, el mismo calentamiento. El
par equivalente Meq se compara con el par asignado del motor Mn.
P
P1
P2
Meq =
P3
M12 t 1 + M22 t 2 + M23 t 3 + ... + Mp2 t p
t 1 + t 2 + t 3 + ... + t p
P4
M
M1
t1
M2
M3
t2
t3
1. Se determina el valor de Meq
durante un ciclo de trabajo.
t
2. Se elige un motor tal que
Mn≥ Meq . Entonces puede
considerarse que el
calentamiento del motor es
admisible.
M4
t
t4
Diagramas de potencia y de par
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MÉTODO DE LA POTENCIA EQUIVALENTE
Se basa en reemplazar, para el cálculo, la potencia requerida del motor
durante un ciclo, por una potencia equivalente Peq que produciría en el
motor las mismas pérdidas que la potencia real, es decir, el mismo
calentamiento. La potencia equivalente Peq se compara con la potencia
asignada del motor Pn.
P
Peq =
P1
P2
P3
P4
t1
t2
t3
t4
t
Diagrama de potencia
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P12 t 1 + P22 t 2 + P32 t 3 + ... + Pp2 t p
t 1 + t 2 + t 3 + ... + t p
1.
Se determina el valor de Peq
durante un ciclo de trabajo.
2.
Se elige un motor tal que
Pn≥ Peq . Entonces puede
considerarse que el
calentamiento del motor es
admisible.
10
5
POTENCIA DE UN MOTOR PARA EL
ACCIONAMIENTO DE UN VENTILADOR
La potencia útil necesaria del motor de accionamiento
viene expresada por la ecuación:
P=
Q p −3
10
ηv ηt
(kW)
Q : caudal de aire evacuado, en m3/s
p : presión total del ventilador (estática+dinámica) en N/m2 (Pa)
En la práctica, la presión se mide en mm de columna de agua
(1 mm cda = 9’81 Pa)
ηv : rendimiento del ventilador
ηt : rendimiento de la transmisión entre motor y ventilador
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POTENCIA DE UN MOTOR PARA EL
ACCIONAMIENTO DE UNA BOMBA
La potencia útil necesaria del motor de accionamiento
puede determinarse mediante las expresiones:
P=
Q p −3
10
ηb ηt
P=
(kW)
Q : caudal de líquido, en m3/s
p : presión total en la boca de
la bomba en N/m2 (Pa).
En la práctica, la presión se
mide en m de columna de
agua (1 m cda = 9810 Pa)
ηb : rendimiento de la bomba
ηt : rendimiento de la
transmisión entre motor y
bomba
Q γ H −3
10
ηb ηt
(kW)
Q : caudal de líquido, en m3/s
γ : peso específico del líquido
en N/m3. Para el agua
γ=9810 N/m3
H : altura teórica de impulsión en
metros (altura de aspiración +
altura de impulsión + pérdidas de
altura + presión libre)
ηb : rendimiento de la bomba
ηt : rend. de la transmisión entre
motor y bomba
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POTENCIA DEL MOTOR PARA MECANISMOS
DE ELEVACIÓN Y DE TRASLACIÓN
ELEVACIÓN
P=
(m + mc ) g v −3
10
η
TRASLACIÓN
P=
(kW)
m : masa de la carga en kg
mc : masa de la caja en kg
g : 9.81 m/s2
v : velocidad de elevación en m/s
η : rendimiento mecánico
_________
Si existe un contrapeso para
compensar la masa de la caja y la
mitad de la de la carga:
P=
1 m g v −3
10
2 η
µ G v −3
10
η
(kW)
µ : coeficiente de resistencia a la
traslación o a la rodadura
G : peso total (peso propio +
peso de la carga) en N
v : velocidad de traslación en
m/s
η : rendimiento mecánico
(kW)
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
„
„
„
„
Oñós
ñós Prados, E.; Ramí
Ramírez Vá
Vázquez, J.; Ruiz Vasallo, F.:
Maniobra, mando y control elé
eléctricos. Enciclopedia CEAC de
Electricidad. CEAC, 1989.
Lobosco,
Lobosco, O.S.;
O.S.; Dias,
Dias, J.L.P.C.:
J.L.P.C.: Selecció
Selección y aplicació
aplicación de motores
elé
eléctricos. Marcombo,
Marcombo, 1990.
Sanz Feito, J. Má
Máquinas Elé
Eléctricas. Prentice Hall, 2002.
Documentació
ó
n
té
é
cnica
y
catá
Documentaci t
catálogos electroté
electrotécnicos comerciales.
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