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) 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 Temperatura del medio refrigerante Altitud de instalación Condiciones ambientales (agua, cuerpos sólidos extraños, polvo, contactos con partes móviles del motor…) Ambientes y condiciones especiales (ambientes explosivos, centrales nucleares…) CyA-T6
RED DE ALIMENTACIÓ ALIMENTACIÓN N Tensión Frecuencia Condiciones de la red
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SELECCIÓN DE UN MOTOR
Selecció Selección del tipo de carcasa y nivel de protecci ón (IP). Selecció funció ón de la Selección de la potencia asignada del motor en funci potencia o par que se necesita para arrastrar la carga, de la al titud 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 caracterí stica stica 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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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. CyA-T6
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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. CyA-T6
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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 Q4 t4
t
Diagramas de potencia y de pérdidas
Q 1t 1 + Q 2 t 2 + Q 3 t 3 + ... + Q p t p t 1 + t 2 + t 3 + ... + t p
1. Se elige inicialmente un motor. 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 I n. 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 CyA-T6
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. 8
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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 M eq 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. 2. Se elige un motor tal que Mn Meq . Entonces puede considerarse que el calentamiento del motor es admisible.
t M4
t
t4
Diagramas de potencia y de par CyA-T6
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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 P eq que produciría en el motor las mismas pérdidas que la potencia real, es decir, el mismo calentamiento. La potencia equivalente P eq 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
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POTENCIA DE UN MOTOR PARA EL ACCIONAMIENTO DE UN VENTILADOR La potencia útil necesaria del motor de accionamiento viene expresada por la ecuación: P=
Qp
10 −3
(kW)
ηv η t
Q : caudal de aire evacuado, en m3/s p : presión total del ventilador (estática+dinámica) en N/m 2 (Pa) En la práctica, la presión se mide en mm de columna de agua (1 mm cda = 9’81 Pa) v : rendimiento del ventilador t : 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=
Qp
10 −3
P=
(kW)
Q : caudal de líquido, en 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) : b rendimiento de la bomba t : rendimiento de la transmisión entre motor y bomba
10 −3
(kW)
ηb ηt
ηb ηt
m3/s
Q γH
Q : caudal de líquido, en m3/s : peso específico del líquido en N/m3. Para el agua =9810 N/m3 H : altura teórica de impulsión en metros (altura de aspiración + altura de impulsión + pérdidas de altura + presión libre) b : rendimiento de la bomba t : rend. de la transmisión entre motor y bomba CyA-T6
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POTENCIA DEL MOTOR PARA MECANISMOS DE ELEVACIÓN Y DE TRASLACIÓN ELEVACIÓN P=
(m + mc ) g v
10 −3
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 : rendimiento mecánico _________ Si existe un contrapeso para compensar la masa de la caja y la mitad de la de la carga: 1 m g v −3 10 2 η
10 −3
(kW)
η
η
P=
µGv
: 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 rendimiento mecánico :
(kW) CyA-T6
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Oñós ñós Prados, E.; Ramí Ramí rez rez Vá Vázquez, J.; Ruiz Vasallo, F.: Maniobra, mando y control elé eléctricos. Enciclopedia CEAC de Electricidad. CEAC, 1989. Lobosco, O.S.; Dias, J.L.P.C.: Selección y aplicación de motores elé eléctricos. Marcombo, Marcombo, 1990. Sanz Feito, J. Má Máquinas Elé Eléctricas. Prentice Hall, 2002. Documentació Documentación té técnica y catá catálogos electroté electrotécnicos comerciales.
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