Sección MOTORES ELECTRICOS ING. ALFREDO AGUILAR GALVAN

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1 Sección MOTORES ELECTRICOS ING. ALFREDO AGUILAR GALVAN

2 Los Motores Eléctricos

3 Los Motores Eléctricos Representan hasta el 80% del consumo de energía en una industria. Útiles para todo tipo de aplicaciones mecánicas. Molinos, Bandas, Bombas, Compresores, Tornos, Elevadores etc.

4 Los Motores Eléctricos Existen en variedad de potencia En una rasuradora eléctrica, 15 W En algún Compresor, 300 hp En un Bambury de una industria Llantera 10,000 hp

5 Los Motores Eléctricos Son Equipos de Larga Duración La vida mínima 10 años En muchas industrias todavía hay motores de mas de 50 años.

6 Los Motores Eléctricos Son Equipos de muy eficientes. Eficiencia de Motor Combustión Interna Alrededor del 40%

7 MEJORAMIENTO DE EFICIENCIAS % M OTORES ESTÁNDAR 1994 (NOM 016 ENER 2002) 94 SELLO FIDE NEM A PREM IUM 89 Capacidad Incremento de Eficiencias 84 Acero al Silicio Embobinado de cobre de alta calidad Armazon de Fierro Ventilador HP 1 a a 25 Puntos porcentuales a a a Baleros anti-friccion Mas Cobre HP Entrehierro mas estrecho Mayor area de laminación

8 Campo Magnético El motor eléctrico usa los polos magnéticos (que funcionan como imanes) para producir el movimiento del rotor. Esto debido a la Ley fundamental de los imanes: Cargas opuestas se atraen e iguales se repelen. Así que si tiene dos imanes con sus extremos como norte y sur, entonces el extremo norte se atraerá con el sur. De otro lado, el extremo norte del imán repelerá el extremo norte del otro (y similarmente el sur repelerá el sur). Demo Curso Motores Eléctricos 8

9 PARTES DE UN MOTOR CONEXIONES ELECTRICAS ESTATOR ROTOR

10 Partes del Motor Eléctrico: Estator Fijo Rotor Móvil

11 Corriente Continua o Directa Independientes En Serie Compuestos Corriente Alterna Asíncronos Síncronos Tipos de Motores

12 Motor CD Se prefieren para aplicaciones en que se requiera: Grandes variaciones de velocidad. Cambios o inversiones rápidas de la marcha. Control automático de pares y velocidad.

13 Necesitan alimentación especial, mediante rectificadores de corriente, así como baterías de reserva o resistencias lo cual incrementa su costo Motor CD

14 Motor CD Desventajas: Alimentación especial, Mantenimiento delicado y minucioso Altos costos de mantenimiento.

15 Eficiencia = Potencia Potencia Sale Entra Energía Eléctrica Entrante Energía Mecánica Saliente Pérdidas

16 Motores Eléctricos Potencia Eléctrica Demandada de Potencia Mecánica Entregada Corriente Alterna Pérdidas Diversas n s = 120 x f p f = Frecuencia de alimentación p = Número de polos del devanado del estator

17 Ejercicio: Determine la velocidad sincrona de motores de inducción de 2, 4, 6, 8 y 10 polos n s = 120 x f p

18 Deslizamiento. El rotor NO gira a la velocidad de sincronismo, sin embargo es muy próxima ésta. Se le llama deslizamiento s, a la diferencia entre la velocidad de sincronismo n s y la del rotor n, expresada en % de la velocidad de sincronismo: S = n s n x100 n s

19 Ejemplo: Un motor tiene una velocidad a plena carga de 3,550 R.P.M., determinar el deslizamiento del mismo. S = n s n s n x S = x100 = 1.39% 3600

20 Los motores asíncronos no pueden funcionar a cualquier velocidad, sino a una serie de velocidades cercanas a la de Sincronismo

21 Motores Síncronos Giran a velocidad constante e igual a la velocidad síncrona que depende del número de polos y de la frecuencia de alimentación. n = p = número de pares de polos. f = Frecuencia n = Número de revoluciones por minuto. 120 x f 2p Tiene mejores eficiencias que los asíncronos de la misma velocidad, aproximadamente en 2% mayor.

22 Motores Síncronos Estos motores pueden preferirse en casos de : Bajas velocidades. Grandes tamaños. Mejora del factor de potencia Su par inicial de arranque es nulo; Hay que llevarle por algún medio exterior a la velocidad sincrona y una vez en esa situación, conectarle la corriente continua de excitación.

23 Pérdidas de energía y eficiencias.

24 Eficiencia = Potencia Potencia Sale Entra Energía Eléctrica Entrante Energía Mecánica Saliente Pérdidas

25 Pérdidas que no dependen de la carga Pérdidas Típicas (%) Núcleo Factores que afectan las pérdidas Tipo y cantidad de material magnético Fricción y ventilación Pérdidas función de la carga 5-15 Pérdidas Típicas (%) Selección y diseño de ventiladores y rodamientos Factores que afectan las pérdidas Estator I 2 R Rotor I 2 R Adicionales Tamaño del conductor en el estator Tamaño del conductor en el rotor Fabricación y métodos de diseño

26 Pérdidas en el Núcleo Representan la energía requerida para magnetizar el material del núcleo (histeresis) e incluyen las pérdidas por la creación de las corrientes de eddy que fluyen en el núcleo.

27 Perdidas de fricción y ventilación: Ocurren debido a la fricción, se deben al rozamiento de los rodamientos del eje del motor.

28 Pérdidas en el estator: Se reflejan como calentamiento debido al flujo de corriente a través del embobinado del estator y dependen de la resistencia eléctrica del material utilizado. Son función de I 2 R, donde I es la corriente que circula por una fase de la armadura, y R es la resistencia de una de las fases. Pueden reducirse modificando el diseño de la armadura del estator o disminuyendo el espesor del aislamiento para incrementar el volumen de cable en el estator

29 Pérdidas en el rotor: Pueden disminuirse incrementando el tamaño de las barras conductivas para bajar la resistencia, o reduciendo la corriente eléctrica. Son función de I 2 R,

30 Pérdidas adicionales: Dependen del tipo de fabricación y método de diseño del motor.

31 Distribución típica de pérdidas de un motor Abierto de 1,800 RPM Tipos de Pérdidas Potencia del Motor en HP Estator 42% 38% 28% Rotor 21% 20% 18% Núcleo 15% 14% 13% Ventilación y fricción 7% 10% 14% Adicionales 15% 18% 27% Total 100% 100% 100%

32 Eficiencia Energía Eléctrica Entrante Energía Mecánica Saliente Pérdidas

33 Eficiencia Energía Eléctrica Entrante Energía Mecánica Saliente Pérdidas Eficiencia = Potencia Potencia Sale Entra Eficiencia = Potencia Entra Pérdidas Potencia Entra

34 Determinación del Factor de Carga Factor dec arga = RPM RPM sin cronas sin cronas RPM RPM medidas de placa Este método no es confiable con motores reembobinados o que operen con variación al voltaje de diseño.

35 Energía Eléctrica Entrante Determinación de la Eficiencia Energía Mecánica Saliente Pérdidas Eficiencia = Potencia de salida Potencia demandada Potencia de salida = Factor de carga x Potencia placa Potencia Demanda (kw) = 3 x V xixfp 1000

36 Determinación de la eficiencia en referencia a los datos de placa.

37 Se requiere información de diseño MOTOR 1800 rpm EFICIENCIA F. DE POTENCIA Facc de Carga HP 25% 50% 75% 100% 25% 50% 75% 100%

38 Determinación del factor de carga FC = Potenciamedida Potenciaplaca eficiencia al 100% En muchos casos será necesario interpolar para determinar la eficiencia al factor de carga correspondiente

39 Eficiencia de algunos motores Eficiencia % % 50% 75% 100% Factor de carga

40 Variación de voltaje. Relación entre el voltaje nominal con respecto al voltaje de operación Voltaje promedio medido % Variación = 1 x 100 Voltajeno min al

41 Efecto de variación de voltaje en el motor 8 7 Ajustes por Variación de Voltaje Porcentaje de cambio Corriente Eficiencia -5-6 Factor de Potencia -7-8

42 Desbalance de voltaje. Máxima Diferencia al Prom. % Desbalance de Voltaje = x 100 Voltaje Promedio Máxima Diferencia al promedio = Volt máximo -Volt promedio, ó, Volt promedio - Volt mínimo

43 Desbalance de voltaje. 100% 95% Factor de Disminución en la Eficiencia por desbalanceo de Voltaje Factor de disminución 90% 85% 80% 75% 0 1% 2% 3% 4% Porcentaje de desbalanceo 5%

44 El Par Se refiere al torque o brazo de palanca desarrollado por el Motor La potencia puede ser calculada si se conoce el torque requerido por el equipo: Potencia ( HP) = Torque x K RPM K es constante, igual a 7,124 sí T esta en Nm; y 5,250 sí T esta pie- libra.

45 Ejemplo Torque x RPM Potencia ( HP) = K Si el torque requerido para un agitador es de 15 Nm, y se requiere una velocidad de 3,600 RPM, cuál será la potencia nominal del motor para satisfacer esta carga? 15 Nm x 3,600 RPM HP = ,124 = 7.58 HP Por lo tanto, un motor de 7.5 HP puede satisfacer dicha carga.

46 Ejercicio Torque x RPM Potencia ( HP) = K El torque requerido para un mezclador es de 84 Nm, y requiere una velocidad de 1,700 RPM, cuál será la potencia del motor para satisfacer esta carga?

47 Variaciones del Par

48 Clasificación del Par Clasificación Torque de Arranque (% del torque a plena carga) Torque de Máximo (% del torque a plena carga) Corriente de Arranque Deslizamiento Aplicación típica Diseño B Torque de arranque y corriente de arranque normal Diseño C Torque de arranque alto y corriente de arranque normal Diseño D Torque de arranque alto y alto deslizamiento % % Normal < 5% % % Normal < 5% 275% 275% Bajo > 5% Ventiladores, sopladores, bombas centrifugas y compresores, etc. donde los requerimientos del torque de arranque son relativamente bajos. Agitadores, bombas reciprocantes y compresores, etc. donde se requiere baja carga en el arranque. Equipos con elevada carga en el arranque, como elevadores, extractores, bombas de pozo, etc.

49 Determinación de la Eficiencia Si la eficiencia es baja podrá analizarse la sustitución. Los Motores de Alta Eficiencia poseen una mayor al 90%

50

51 Comparativo entre Estándar y AE 95% 40 Hp AE 30 Hp AE 20 Hp AE 90% 30 HP Std 40 Hp Std 85% 80% Eficiencia 20 Hp Std 75% Std: Motor Estándar AE: Motor de Alta Eficiencia Factor de carga 70% 25% 50% 75% 100%

52 Opciones de Sustitución Motores de AE de menor tamaño. Cuando el motor estándar esta trabajando con bajo factor de carga. Aplicación de Motores de AE mismo tamaño. Cuando el motor estándar esta trabajando con un factor de carga entre 60 y 90%. Aplicación de Motores de AE de mayor tamaño. Cuando el motor estándar esta trabajando con un factor de carga mayor al 90%.

53 95% Ejemplo 30 Hp AE Propuesta 90% 85% 40 HP Std Eficiencia 80% Actual 75% 70% 25% 50% Factor de carga 75% 100%

54 Selección del tamaño adecuado del motor Potencia Adecuada = Potencia en la Flecha ó0. 85 Se debe satisfacer el par resistente que la carga presenta en el arranque y durante la operación del equipo acoplado para cualquier condición de carga del proceso. La velocidad de operación del motor (RPM) deberá ser las correctas de acuerdo a la requerida por el equipo acoplado o el proceso.

55 Part. No. Descripción Ejemplo de Resultados de un Proyecto Estandar Nuevo Ahorro Actual Demanda Demanda Demanda (kw) (kw) (kw) 1 RBC RBC RVT RVT RVT RVT RVT RVT RVT DBC DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DTG DBM AEX ALI ABM ADI ATG SBS ADI RBC RBC RBC RUH RBM SBS ALI TBR TBT TBT TSU RVT Total

56 Sustitución de Motores Medida de Ahorro Potencia Consumo de Promedio Energía Económico (kw) (kwh/año) ($/Año) Sustitución de Motores Eléctricos , , , ,043.54

57 Muchas Gracias

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