9. Selección de motores

Transcripción

1 9. Selección de motores Anibal T. De Almeida Día 2

2 Temario Cómo seleccionar un motor eficiente para su aplicación

3 Selección de motores Cuando se elige un motor para una aplicación determinada, hay que tener en cuenta lo siguiente: Los requerimientos mecánicos de la carga impulsada. La clasificación del motor. El sistema de distribución eléctrica. Las consideraciones físicas y medioambientales.

4 IEC Design N Selección de un motor de inducción IEC Design H

5 Etiqueta del motor de inducción

6 Selección de un motor de inducción Los motores de inducción de rotor devanado son útiles en algunas aplicaciones ya que la resistencia de los circuitos del rotor se puede modificar para obtener las características de arranque o de marcha deseadas. Más caro y más mantenimiento

7 Selección de un motor síncrono Velocidad: Los motores síncronos funcionan a una velocidad síncrona sin caída de velocidad en todo el rango de carga. Hay que elegirlos si se necesita una velocidad exacta. Corrección del factor de potencia: Los motores síncronos pueden generar potencia reactiva para corregir las deficiencias del factor de potencia del sistema de suministro mientras entregan potencia mecánica. Cuando suministran potencia reactiva, se dice que están funcionando a un factor de potencia adelantado. Reducción de los gastos de funcionamiento: Los motores síncronos suelen ser más energéticamente eficientes que los motores de inducción, especialmente para rangos grandes de caballo de fuerza (superiores a 1000 hp).

8 Selección de motores de corriente continua Se suelen elegir motores de corriente continua cuando se necesita un control preciso de la velocidad, ya que el control de la velocidad de CC es más sencillo, menos costoso y abarca un rango mayor que los sistemas de control de CA. Se suelen seleccionar motores de CC cuando se necesita un par de arranque alto o alta capacidad de exceso de par. También son apropiados cuando tenemos equipos alimentados a batería.

9 Selección de motores monofásicos

10 Carga Los motores tienen que dimensionarse de acuerdo con los requisitos de la velocidad y del par de la carga de funcionamiento. Los tipos de carga se pueden clasificar en distintos ciclos de servicio describiendo los tiempos de funcionamiento y las variaciones de carga. Si estamos pensando en reemplazar uno de nuestros motores, el seguimiento del aporte de energía eléctrica al motor en función del tiempo nos ayudará a determinar el tamaño óptimo. Para conocer la tendencia de la carga basta con registradores a batería baratos.

11 Eficiencia vs.carga

12 Arranque y parada Frecuencia de arranque y parada. En el caso de arranques frecuentes, cerciórese de que la temperatura del devanado y del núcleo no superen la clasificación del motor. Requisitos del par de arranque. Preste especial atención a las altas cargas de inercia para garantizar que el par de arranque del motor sea el adecuado. Restricciones de aceleración Asegúrese de que el motor que mueve la carga alcance la velocidad máxima lo suficientemente rápido como para evitar que se dispare la protección de sobrecarga. A la inversa, algunas cargas necesitan tiempo para acelerarse hasta la velocidad máxima, p. ej. las cintas transportadoras - se puede justificar un variador de velocidad para lograr esto y mantener la corriente baja en el arranque.

13 Temperatura de funcionamiento La norma IEC contiene la temperatura de funcionamiento máxima para cada clase térmica Clases térmicas para sistemas de aislamiento Temperatura de funcionamiento máxima (ºC) A E B F H

14 Vida del aislamiento vs. temperatura

15 Factor de servicio El factor de servicio de un motor es un indicador de su habilidad para exceder la potencia mecánica nominal de salida de forma sostenida. Un factor de servicio mayor que 1,0 nos da un margen para las demandas de potencia máxima sin tener que seleccionar el motor del tamaño siguiente. La eficiencia del motor durante el funcionamiento a factor de servicio nominal es, en general, menor.

16 Derrateo del motor Para temperaturas por encima de 40 C y por debajo de 60 C Para alturas superiores a m

17 Estrategias de ahorro energético Elija un reemplazo antes de que el motor falle A veces, cuando tratamos de tener un motor funcionando nuevamente lo más pronto posible, tomamos decisiones que satisfacen los objetivos en el corto plazo, pero que tienen un impacto negativo sobre la eficiencia a largo plazo y la vida del motor. Es posible que cuando hagamos esta evaluación determinemos que nos convendría reemplazar nuestros motores por otros, más eficientes y de un tamaño más apropiado.

18 Estrategias de ahorro energético Adecuación de las velocidades de funcionamiento del motor En general, los motores con mayor eficiencia tienen una velocidad de funcionamiento mayor, es decir un deslizamiento menor, en comparación con motores de eficiencia más baja. En promedio, el deslizamiento se reduce entre el 20 y el 30% por cada clase de eficiencia superior, para motores de la misma potencia nominal de salida. Para la mayoría de las turbomáquinas, el consumo de potencia es proporcional a la velocidad angular al cubo. Por ejemplo, un aumento de la velocidad de funcionamiento de un 2% puede producir un aumento en la potencia requerida para operar el sistema de un 8%. Esto puede fácilmente contrarrestar los ahorros previstos por la sustitución de un motor por uno más eficiente.

19 Adecuación de las velocidades de funcionamiento del motor energéticamente eficiente (EEM) MOTOR DE ALTA EFICIENCIA PAR MOTOR ESTÁNDAR VENTILADOR CENTRÍFUGO VELOCIDAD SÍNCRONA (%) 100%

20 Dimensionamiento del motor Tamaño adecuado del motor para su aplicación La eficiencia del motor es bastante constante hasta aproximadamente el 50% de la carga nominal, por debajo de la cual cae rápidamente. Hay que tener cuidado de dejar un margen de seguridad adecuado, pero no excesivo. El tamaño del motor debe adecuarse a la carga máxima esperada. Un motor demasiado grande puede aumentar los costos significativamente, ya que todos los componentes eléctricos deben dimensionarse de acuerdo con la potencia del motor.

21 Dimensionamiento del motor Tamaño adecuado del motor para su aplicación Dado que los motores más eficientes se usan a temperaturas menores, su capacidad de sobrecarga es, en general, mayor que la de los motores corrientes. Por lo tanto, es raro que se sea necesario sobredimensionar el motor para demandas de potencia máxima ocasionales, lo que además no es eficaz en función del costo.

22 Sobredimensionamiento INCONVENIENTES: MAYOR COSTO DE CAPITAL (MOTOR Y MANDO Y EQUIPO DE PROTECCIÓN); MENOR EFICIENCIA DEL MOTOR Y FACTOR DE POTENCIA; FACTOR DE CARGA PROMEDIO POR RANGO DE POTENCIA, EN LA INDUSTRIA Y EN EL SECTOR TERCIARIO, UNIÓN EUROPEA, 2000.

23 Ejercicio: estimación de la carga de un motor mecánico Estimación de la carga aproximada a partir de la velocidad y la tensión del motor Datos de la placa de características: kw nominal del motor = 30 kw Amperaje nominal = 55 A Tensión nominal = 400 V Eficiencia de la placa = 92% Velocidad de la placa =1440 rpm Datos medidos Velocidad medida Corriente de carga de entrada Tensión de funcionamiento Potencia de entrada = 1460 rpm = 33 A = 415 V = 20 kw

24 Ejercicio: estimación de la carga de un motor A partir de las mediciones del método de potencia de entrada: Potencia nominal de entrada = 30/0,92 = 32,6 Carga = 20 /32,6 = 0,61 Nota: la precisión del método disminuye cuando la carga es menor al 40%, dado que la eficiencia cae abruptamente por debajo de ese valor

25 Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un motor A partir de la medición de la velocidad: Velocidad síncrona = 60 x 50/2= 1500 rpm Deslizamiento = Velocidad síncrona Velocidad medida en rpm, = = 40 rpm % = % = ( í 40 ) 415 ( ) = 61,9% Nota: este método arroja grandes errores con los motores grandes, por su menor deslizamiento

26 Ejercicio: estimación aproximada de la carga de un motor A partir de la medición de la corriente: % = % = = 0, Nota: este método arroja errores grandes para cargas inferiores al 50%, porque el factor de potencia disminuye

27 Variación del fasor de la corriente con la carga sin sen Ia Corriente activa Ir Corriente reactiva I0 Corriente en vacío In Corriente nominal Cos ϕ Factor de potencia a plena carga (régimen nominal de la placa de características)

28 Variación de la corriente del motor con la carga I0 Corriente en vacío In Corriente nominal

29 Estimar la eficiencia del motor sobre el terreno Cuando se evalúa la conveniencia de reemplazar un motor por uno Premium o Super-Premium es importante saber la eficiencia del motor a reemplazar. La eficiencia es la potencia de salida dividida por la potencia de potencia de entrada, aunque la mayoría de los métodos y dispositivos tratan de evaluar las pérdidas para eludir la difícil tarea de medir la potencia de salida del eje.

30 Estimar la eficiencia del motor sobre el terreno Los métodos más comunes son: Métodos de contabilidad de las pérdidas Método del deslizamiento Método de la corriente Herramientas informáticas

31 Métodos de contabilidad de las pérdidas Miden la mayoría de las pérdidas anteriormente mencionadas usando dispositivos especiales, como kits de "lab-in-a-box". o instrumentos convencionales muy precisos, como potenciómetros, termómetros o microóhmetros. Estos métodos pueden alcanzar un precisión de entre el 1% y el 3% si se los utiliza cuidadosamente. Los instrumentos necesarios son costosos y el proceso insume mucho tiempo y trabajo. Los potenciómetros deben ser precisos para los factores de potencia muy bajos que aparecen cuando los motores operan sin carga.

32 Método del deslizamiento Este método se basa en el método del deslizamiento para calcular la carga y tiene sus mismas limitaciones.. = ( í = )..

33 Método de la corriente Este método se basa en el método de la corriente para calcular la carga y tiene sus mismas limitaciones.. = =..

34 Herramientas informáticas Las herramientas informáticas como Motormaster+ (disponible sin costo alguno en el sitio web del Departamento de Energía de los EE.UU.) incorporan diversos métodos para determinar la carga de motor. Se basan en el uso de los datos de la placa de características del motor juntamente con la potencia, la tensión y la corriente de entrada, y la velocidad de funcionamiento. Con el porcentaje de carga conocido, el software determina la eficiencia para la carga, a partir de cuadros predeterminados basados en el tipo de motor, la condición y los caballos de fuerza. Motormaster+ selecciona automáticamente el mejor método disponible de acuerdo con los datos proporcionados. motormaster_intl.html

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36 Discusión

37 Gracias