MODULO 9. MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS

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1 BOMBAS PARA APLICACIONES ESPECIFICAS. REQUISITOS GENERALES MODULO 9. MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS Los motores eléctricos: nuestros desconocidos amigos 1 / 49

2 Objetivos del motor Un motor tiene estos tres objetivos: 1. Arrancar asimismo y a la bomba acoplada 2. Accionar la bomba según las distintas cargas que ésta solicite y Sobrevivir a las agresiones del ambiente que le rodea. 2 / 49

3 Definición de motor eléctrico Qué es un motor eléctrico? Energía mecánica Energía Eléctrica par M, velocidad n Tensión V, frecuencia f Un motor eléctrico es una máquina transformadora de energía que convierte energía eléctrica en energía mecánica. El motor eléctrico da todo lo que puede, su máximo, y si se le pide más... Nos dirá adiós... sin despedirse. 3 / 49

4 Nobleza del motor eléctrico El motor eléctrico es una máquina de gran nobleza con unos pocos puntos débiles: Calentamiento de bobinado Sobretensión de bobinado Aprenderemos como cuidar esos puntos débiles para tener larga vida de motor 4 / 49

5 Tipos de motores eléctricos 90% de los motores fabricados; sólo se usa otro tipo de motor cuando algún tipo de peculiaridad determine tal necesidad CORRIENTE CONTINUA (c.c.) ajuste fino de velocidad CORRIENTE ALTERNA (c.a.) síncronos velocidad cte. con la frecuencia de la red (velocidad síncrona) ventajas en potencias grandes (alto rendimiento) asíncronos o de induccción (son más robustos y baratos). rotor bobinado rotor de jaula = rotor en cortocircuito especiales: servomotores para aplicaciones de máquina herramienta, etc. Tipos según valor de tensión: baja tensión: <1000V media tensión: >1000V 5 / 49

6 Partes del motor eléctrico Punto de engrase Ventilador Estator Caja de bornes Placa de bornes Punto de engrase Rodamiento LA Rodamiento LOA Plato soporte o escudo lado contrario accionamiento (LCA/LOA) Chaveta Extremo de eje Protección del ventilador Patas Rotor Carcasa Plato soporte o escudo lado accionamiento (LA) 6 / 49

7 Potencia nominal y par motor P o t en ci a n o m i n a l d e s a l i d a o p o t en ci a m ecá n i ca : P2=Pot [W] = 3 x UN x IN x cos ϕ x η UN tensión en V IN intensidad nominal en A cos phi factor de potencia η rendimiento en tanto por uno R el a ci ó n p a r - p o t en ci a Pot [W] = M x n 9,55 M n par motor en Nm velocidad nominal en r.p.m. 7 / 49

8 Calentamiento Porqué se calienta un motor? Hay varias razones para ello: Pérdidas en el estator=k1*in*r1^2 Pérdidas en el rotor=k2*i2*r2^2 Pérdidas magnéticas en chapas ~ K Fe * B2 Calentamiento de rodamientos Por tanto, el motor se calienta y plantea dos preguntas: - Resistirá el aislamiento del devanado? - Como eliminar el calor? 8 / 49

9 Clases de aislamiento-calentamiento KT = temperatura del medio refrigerante (aire) GÜT = sobretemperatura límite (valor medio) GT = temperatura permanente máxima (punto más caliente) 180ºC ºC ºC GÜT GT B F H B F H KT ºC GÜT ºC GT ºC KT Si la temperatura en el aislante permanece por debajo del máximo, el aislamiento durará un tiempo suficientemente aceptable. Clase El tipo de aislamiento permite un calentamiento máximo 9 / 49

10 Clase de servicio y Factor de servicio La clase de servicio define el régimen de trabajo de los motores. Estan tipificados por normas: Los motores de catálogo están dimensionados para servicio continuo S1 (servicio con carga permanente) Existen otras clases de servicio: las que permiten aumento de potencia respecto a S1 S2 (breve duración) S3 (intermitente sin influencia del arranque) S6 (continuo con carga intermitente) Hay otras que exigen reducción de potencia respecto a S1 que no consideramos para bombas En bombas trabajaremos siempre con clase de servicio S1, o sea continuo El factor de servicio SF define la capacidad del motor para entregar potencia SF 1.0. El motor trabaja entregando como máximo su potencia nominal. SF El motor puede trabajar entregando como máximo y continuamente el 110 % de su potencia nominal. Etc. Viene a representar una reserva adicional de potencia como seguridad 10 / 49

11 Formas de refrigeración Para eliminar el calor producido hay que refrigerar los motores Con ventilador: IC 01 motor refrigerado por dentro con refrigeración propia IC 411 motor refrigerado por la superficie con refrigeración propia IC 416 motor refrigerado por la superficie con ventilador independiente (ventilación forzada). Sin ventilador IC 410 motor autorefrigerado IC 411 motor con ventilador independiente Los motores poseen de serie un ventilador de termoplástico o acero. Hay que mantener una mínima distancia desde la protección del ventilador a la pared igual a la distancia desde el tejadillo (=cubierta protectora) a la protección del ventilador. Opcionalmente, se pueden pedir los motores sin ventilador ni protección del ventilador. En ese caso, se debe garantizar un caudal mínimo de aire para refrigerar el motor. 11 / 49

12 Variación de la potencia con la temperatura y altitud La potencia nominal que entrega un motor se garantiza con temperatura ambiente de máximo 40 ºC y altitud máxima de 1000 m snm. Si cambian las condiciones de temperatura ambiente y altitud y se desea mantener la utilización B, se deben tener en cuenta los factores de reducción. Es decir el motor entregará menos potencia (para no calentarse indebidamente) Temp. % Potencia Altitud % Potencia < Ej: a 50ºC, pot. admisible = 0,92 x pot. nominal Ej: a 3000m, pot. admisible = 0,86x pot. nominal AMBOS FACTORES DE REDUCCION PUEDEN SER SIMULTANEOS Estas tablas pueden variar ligeramente de un fabricante a otro 12 / 49

13 Tipos de protección mecánica IP = international protection, protección contra el efecto perjudicial de agua, cuerpos sólidos extraños y polvo IP = XYZ Primera cifra (0 a 6): grado de protección contra contactos y contra penetración de cuerpos extraños Segunda cifra (0 a 8): grado de protección contra la penetración del agua (sin protección contra el aceite) Letras (W, S, M): letras distintivas adicionales para clases de protección especiales. W protección contra intemperie. 13 / 49

14 Tipos de protección contra contactos -1ª cifra Diam 12 mm dedo de la mano Diam 50 mm contactos involuntarios de la mano 1 Diam 1 mm pequeñas herramientas, alambres 4 Diam 2,5 mm herramientas, alambres 3 2 Polvo (no hay depósitos nocivos de polvo) 5 Protección completa contra polvo 6 14 / 49

15 Tipos de protección contra agua- 2ª cifra / 49

16 Resumen Tipos de protección IP Protección contra contactos Protección contra cuerpos extraños Protección contra el agua 21 Contacto con los dedos Cuerpos sólidos extraños de un diámetro > 12 mm Goteo de agua vertical 22 Goteo de agua hasta 15º 23 Salpicaduras de agua hasta 60º 44 Contacto con herramientas 54 Salpicaduras de agua en cualquier dirección Protección completa contra contactos Pequeños cuerpos extraños de un diámetro > 1mm Residuos o depósitos de polvo nocivos Protección completa contra contactos Protección contra la penetración de polvo Chorro de agua en cualquier dirección Motor bajo condiciones de presión y tiempo sumergido en agua Salpicaduras de agua en cualquier dirección Chorro de agua en cualquier dirección Inundación temporal. Chorro fuerte / 49

17 Tipos de protección eléctrica: térmica PORQUÉ LOS MOTORES DEBEN SER PROTEGIDOS TERMICAMENTE? PORQUE SI NO LO HACEMOS SE QUEMAN 17 / 49

18 Dispositivos de protección térmica Son elementos usados para evitar que se sobrepase la temperatura de diseño del devanado de los motores y se colocan en el interior de los devanados. DETECTORES O SONDAS BIMETALICAS TERMISTORES O SONDAS PTC TERMORESISTENCIA -RTDSENSORES Pt / 49

19 Características de resistencia DETECTORES O SONDAS BIMETALICAS TERMISTORES O SONDAS PTC TERMORESISTENCIARTDSENSORES Pt / 49

20 Características de resistencia sondas PTC TERMISTORES O SONDAS PTC 20 / 49

21 Dispositivos de seguridad térmica TIPO Lugar de colocación DETECTORES BIMETALICOS TERMISTORES O SONDAS PTC TERMORESISTENCIA-RTDSENSORES Pt100 Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilos Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilos Interior de las ranuras del estator. Salida a 3 o 4 hilos Usualmente 1 por cada fase o sea 3 por motor Cantidad de elementos Forma de actuar Mide el dispositivo? Precisa relé de actuación? Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce la ruptura del bimetálico Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce una señal que es leída por el relé. Varía la resistencia del dispositivo según varía temperatura. Su relé lee esta resistencia y la traduce a temperatura para disparar a un valor o ser llevada a un ordenador de control NO NO SI NO. Se puede llevar directamente al contactor auxiliar de control del motor. Es todo o nada. SI. Precisa de un relé para leer la resistencia y accionar a un contacto de todo o nada. SI. Hay que poner un relé específico medidor de resistencia y puede actuar a un valor prefijado. 21 / 49

22 Dispositivos de seguridad térmica DETECTORES BIMETALICOS TERMISTORES O SONDAS PTC TERMORESISTENCIA-RTDSENSORES Pt100 Funcionamient o Calentamiento de una lámina formada por dos metales distintos Se basan la variación de resistencia con la temperatura de las sondas PTC que son semiconductores. Se basan en el cambio de valor óhmico de las sondas RTD que son conductoras, especialmente Platino Tensión No se debe aplicar tensión No se debe aplicar tensión TIPO Algo Nada Totalmente lineal A partir de cierta temperatura resistencia infinita A mayor temperatura mayor resistencia Variación lineal aumentando la resistencia con la temperatura Linealidad Resistencia No se debe aplicar tensión 22 / 49

23 Resistencia de anticondensación EN AMBIENTES HUMEDOS Si la humedad es alta y el motor está interiormente a la misma temperatura que el ambiente, entonces se puede producir condensación y por tanto posibilidad de cortocircuito en el interior del motor. Se sabe que si la temperatura del devanado del motor está al menos 5 ºK por encima de la temperatura ambiente, entonces no se producirá condensación PARA EVITAR LA CONDENSACION SE COLOCAN LAS RESISTENCIA DE ANTICONDENSACION O RESISTENCIA DE CALDEO FORMA DE FUNCIONAMIENTO Con el motor eléctrico apagado, la resistencia de anticondensación permanece encendida. Con el motor encendido la resistencia de anticondensación permanece apagada. La resistencia es independiente de los bobinados del motor. La tensión suele ser más baja, 220, 115 o incluso 24 voltios y en monofásico. El consumo de esta resistencia es pequeño. Hay una en serie para todo el bobinado. 23 / 49

24 Resistencia de anti-condensación 24 / 49

25 Datos placa de características-tamaño motor En el tamaño constructivo se encuentran normalizados la altura de eje y la longitud Altura de eje Longitud Ejemplos para: Altura de eje: Tamaño constructivo: 180 M 180 L 200 L 225 S 225 M 225 L Longitud: S = pequeño M = medio L = largo 25 / 49

26 Conexión estrella-triangulo IN U1 IN/ 3 W2 U1 400V U2 V2 W2 U2 V1 W1 V2 W2 U1 U2 V1 L2 L1 L3 Conexión triángulo (Δ) V1 W1 W2 V2 W1 690V IN/ 3 IN/ 3 U1 U2 V1 L1 L2 Conexión Y V2 W1 L3 La conexión en la caja de bornes se produce colocando los puentes. 26 / 49

27 Esquema de conexión TERMISTOR PTC-AVISO TERMISTOR PTCDESCONEXION PT-100 RODAMIENTOS RESISTEN CIA DE CALDEO El esquema de conexión se encuentra en la tapa de la caja de bornes 27 / 49

28 Placas de características D atos adici o n a l es, p. ej. da tos de r een grase T ipo de p r o t ecci ó n + es p a ci o p a r a p o n er t i p o d e f rae nl t oi t u d s i e s T> 1e m0 p0 e0r a tmu r a a m b i en t e s i es d i f er en t e d e < T < 4 0 ºC O p ci o n a l : n ú m er o d e cl i en t e, n ú m er o d e p ed i d o d el cl i en t e 28 / 49

29 Placas de características 29 / 49

30 Velocidades de motores asíncronos nsync 120 f e = P rpm Donde: nsinc = velocidad del motor fe =frecuencia de la red. P = nº de polos Relación de velocidades síncronas según pares de polos P P 50 Hz 60 Hz La velocidad nominal del motor asíncrono será la nominal según indicado antes menos el deslizamiento. 30 / 49

31 La medida de la velocidad Si tomamos la velocidad real del motor tendremos una medida bastante aproximada de la carga real del motor / 49

32 Curva de par velocidad Par Motor Par a plena carga Bomba 0 Velocidad S 32 / 49

33 Curva de par velocidad Par máximo Par Par a rotor bloqueado Motor T2 Par a plena carga El par de aceleración a cualquier velocidad S es (T2 - T1) Bomba T1 0 S Velocidad S 33 / 49

34 Formas de arranque ARRANQUE DIRECTO Características Alto par de arranque. Mmaximo M Mminimo Alta intensidad de arranque. MMotor Tiempo de arranque breve. MBomba Macelerador. Mnom Mbomba I ~ ~ MMotor Marranque nnom nsyn IArranque n 7 x Inom Inominal nnom nsyn n 34 / 49

35 Formas de arranque ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO Características El par de arranque se reduce a 1/3. La intensidad de arranque se reduce a 1/3. Hay que calcular el tiempo a conexión. M MA I PAR IA MMotor at Intens idad Mfinal Intensidad en MA =1/3MA IA = /3IA MMotor at 1 n / -Start nsyn nrated n n nsyn n nrated 35 / 49

36 Formas de arranque ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR Características El par de arranque se reduce y acelera. La intensidad disminuye y crece. M MA I IA MMotor con DOL Corriente arranque en DOL Mbomba Par motor por autotransfor mador Intensidad de arranque por autotrafo nsyn n n nsyn n nrated 36 / 49

37 Formas de arranque ARRANQUE POR SOFTSTAR Características El par de arranque se acelera. La intensidad aumenta hasta nominal, es ajustable. La parada es suave M MA I IA MMotor con DOL Corriente arranque en DOL Mbomba Par motor por sofstart Intensidad de arranque por SOFSTART nsyn n nsyn n nrated 37 / 49

38 Formas de arranque ARRANQUE POR VARIADOR M Características El par de arranque varía con velocidad. La intensidad aumenta hasta In, es ajustable. Arranque y parada son suaves I Par nominal desde velocidad cero rpm IA Corriente arranque en DOL Intensidad de arranque por variador nsyn n nrated 38 / 49

39 39 / 49

40 Potencia necesaria para la bomba Ejemplo según ISO 9905, 5199 y 9908 (Clase I, II y III). 40 / 49

41 Potencia necesaria para la bomba 41 / 49

42 Máximo número de arranques 42 / 49

43 MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS Son motores especialmente adaptados a la bomba que arrastran. Básicamente veremos dos tipos: Motores sumergidos para aguas residuales Motores sumergidos para aguas profundas Características comunes: Alta protección IP-67 mínimo Controlan la potencia de la bomba en toda la curva. Son el elemento más débil del conjunto bomba-motor. Soportan todas las solicitaciones que las bombas les imponen El usuario poco puede hacer por ellos, sólo vigilar las protecciones 43 / 49

44 Product and design features 8- and 10-inch motor UMA 200B/250B Cable aprobado para uso en agua potable PT100 en devanados. Cierrre mecánico en SiC/SiC Connection in accordance with NEMA standard. Todos los cojinetes lubricados por el liquido de llenado del motor El espacio interior del motor está completamente lleno con una mezcla de agua y anticongelante filled with water/antifreeze mixture. Cojinete de empuje diseñado para máxima carga Membrana dimensionada para un óptimo equilibrado de presión Two material variants. Motors 100 % tested. Motores rebobinables Protección anticongelante hasta -15 C. All rotating components are dynamically balanced. 44 / 49

45 Optimum pressure balancing: Motor pressure = outside pressure Unfilled motor Motor is filled with water Membrane in unloaded condition. Membrane is subjected to internal pressure. Motor is switched on Motor is submerged in well Outside pressure pushes membrane upwards. Motor is switched off Complete pressure balancing during all installation conditions The water fill heats up and expands, pushing the membrane downwards. (Excess water escapes through valve at the top end of the motor.) The water fill cools down, reducing its volume. 45 / 49

46 Amarex KRT El material óptimo para cualquier aplicación 2 Eje de acero fino anticorrosivo o de acero al carbono C 45N revestido con manguito protector del eje de acero fino 3 Dos cierres mecánicos independientes del sentido de giro en formación de tándem (SiC / SiC) 4 La gran variedad de los rodetes (F, E, D, K, S) facilita seleccionar la opción hidráulica óptima para el caso concreto de aplicación 5 Anillo rozante - JL 1040 / VG 434 Anillo de desgaste (opcional) VG / 49

47 Amarex KRT Rodamientos lubricados de por vida hasta 60 kw no requieren ningún mantenimiento; más de 60 kw con dispositivo para engrase complementario 8 Entrada de cable longitudinal absolutamente estanca al agua (patente de KSB-Patent) Control automático de la temperatura de la bobina del motor mediante PTC / bimetal con protección contra rearranques imprevistos para el modelo protegido contra la explosión 10 Control automático de humedad y fugas en el compartimiento del motor 11 Motor del rotor en cortocircuito seco y herméticamente cerrado a prueba de agua, con protección contra la explosión según normas internacionales (PTB y FM) 12 Centrajes obturados con juntas tóricas de NBR o Viton 47 / 49

48 Gastos de ciclo de vida reducidos por intervalos de mantenimiento mayores Rodamientos lubricados con grasa Rodamientos lubricados con grasa de por vida hasta 60 kw no requieren ningún mantenimiento Más de 60 kw, rodamientos dotados con dispositivo de engrase complementario Vida de los rodamientos calculado > h óptimo Cámara de aceite cerrada para el engrase del cierre mecánico Mejor protección contra la marcha en seco del cierre mecánico Refrigeración del cierre mecánico Resultados máximos en el tratamiento de lodos y de medios con contenido de gas Cambio de aceite cada hrs. de servicio ó 1 vez al año 48 / 49

49 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor Montaje y desmontaje fácil y rápido Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica Protegido contra la explosión (homologación PTB) Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kw (excepto Tefzel) 49 / 49

50 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Seguridad múltiple gracias a: ➀ ➁ ➂ ➃ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción Cubierta del cable y... Conductores adicionalmente fundidos en resina Cordones fundidos en bloque estañados ➀ ➁ ➂ ➃ 50 / 49

51 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Seguridad múltiple gracias a: ➀ ➁ ➂ ➃ Prensaestopas de goma largo Cubierta del cable y... Conductores aislados adicionalmente fundidos en resina Conductores aislados pelados, estañados y empotrados en resina de moldeo Seguridad de funcionamiento máximo incluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del Conductor 51 / 49

52 Control del motor con PTC con bimetal 52 / 49

53 Cierres mecánicos en formación de tándem con recipiente de aceite Baño de aceite Fuelle elastomérico Medio de bombeado 53 / 49

54 Cierres mecánicos - estándar Tipo MG1 de Burgmann Tipo HJ de Burgmann 54 / 49

55 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor Montaje y desmontaje fácil y rápido Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica Protegido contra la explosión (homologación PTB) Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kw (excepto Tefzel) 55 / 49

56 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Seguridad múltiple gracias a: ➀ ➁ ➂ ➃ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción Cubierta del cable y... Conductores adicionalmente fundidos en resina Cordones fundidos en bloque estañados ➀ ➁ ➂ ➃ 56 / 49

57 Entrada de cables longitudinal estanca al agua Seguridad múltiple gracias a: ➀ ➁ ➂ ➃ Prensaestopas de goma largo Cubierta del cable y... Conductores aislados adicionalmente fundidos en resina Conductores aislados pelados, estañados y empotrados en resina de moldeo Seguridad de funcionamiento máximo incluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del conductor 57 / 49

58 Control del motor con PTC con bimetal 58 / 49

59 Cierres mecánicos en formación de tándem con recipiente de aceite Baño de aceite Fuelle elastomérico Medio de bombeado 59 / 49

60 Cierres mecánicos - estándar Tipo MG1 de Burgmann Tipo HJ de Burgmann 60 / 49

61 61 / 49

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