SECCIÓN 3: ACCIONAMIENTO DE BOMBAS

Transcripción

1 SECCÓN 3: ACCONAMENTO DE BOMBAS NTRODUCCÓN as bombas centrífugas pueden accionarse mediante motores eléctricos, turbinas o motores de combustión interna. Salvo en el caso de dificultades en el suministro de energía eléctrica, el accionamiento mediante motores eléctricos es el caso más frecuente en la impulsión de aguas residuales. Únicamente se emplearán motores de combustión interna (normalmente diesel) como servicio de emergencia o en caso de fallo en el suministro eléctrico. Nos centraremos pues en los motores eléctricos y más concretamente en los motores asíncronos trifásicos (motores de inducción). MOTORES EÉCTRCOS El motor eléctrico combina las ventajas que proporciona la utilización de la energía eléctrica (bajo costo, simplicidad de control e inexistencia de emisiones producto de la combustión), con su construcción relativamente simple, versatilidad para adaptarse a cargas diversas y elevados rendimientos. Destacan los siguientes tipos de motores eléctricos: a). Motores de corriente continua Precisan un fuente de alimentación de corriente continua. Tienen un coste más elevado, pues necesitan dispositivos que conviertan la corriente alterna de la red eléctrica, en corriente continua. Pueden funcionar en un amplio rango de velocidades y se prestan a un control de gran flexibilidad y precisión. Tienen un uso bastante restringido y sólo se emplearán cuando las exigencias de utilización compensen su mayor coste de instalación. b). Motores de corriente alterna: Pueden alimentarse directamente de la corriente suministrada por la red eléctrica. Dentro de este grupo, el motor de inducción es el de uso más común, siendo adecuado para casi todos los tipos de bombas que se encuentran en la práctica. Página 1 de 1

2 MOTOR DE NDUCCÓN TRFÁSCO Se alimentan de corriente alterna trifásica, consistente en tres corrientes alternas monofásicas con un desfase de 120º entre sí (fig.9.31). En una corriente alterna varían periódicamente en dirección y magnitud, la intensidad y la tensión, que describen una curva senoidal o cosenoidal. El número de ciclos por segundo es la frecuencia medida en Herzios (Hz). 360º 120º 120º 120º tiempo fig EEMENTOS FUNDAMENTAES El motor de inducción trifásico se compone de dos partes fundamentales: estator y rotor (fig.9.32). Cada una de ellas comprende los siguientes elementos: a). Estator 1. Corona estatórica de chapas magnéticas, aisladas entre sí, ranuradas interiormente, prensadas y sujetas a una carcasa. 2. Devanado trifásico, alojado en las ranuras del estator. b). Rotor 3. Corona rotórica de chapas magnéticas, fijadas directamente al eje, en las máquinas pequeñas o sobre una linterna de acero soldada, en el caso de motores de mayor tamaño. Se encuentra ranurada exteriormente. 4. Devanado polifásico dispuesto en las ranuras del rotor. Página 2 de 2

3 fig El devanado del rotor puede ser de dos tipos: - Rotor bobinado y anillos rozantes, similar al del estator, estando sus terminales conectados a unos anillos de bronce o latón y aislados del eje. - Jaula de ardilla, formado por barras desnudas de cobre o aluminio, unidas por los extremos a anillos del mismo metal que las pone en cortocircuito. a unión de las barras con los anillos se realiza por presión y soldadura si son de cobre. Si son de aluminio, éstas y los anillos frontales que las cortocircuitan se funden directamente sobre el rotor formando una unidad. El entrehierro o separación de aire entre las coronas magnéticas de estator y rotor es muy reducido, desde décimas de milímetro en los motores pequeños a algo más de 1mm en los de mayores dimensiones. VEOCDAD DE SNCRONSMO Se denomina velocidad de sincronismo n s, a la velocidad angular del campo magnético producido por el estator. Viene dada por la siguiente expresión: n s [rad/s] 2π f = o bien n s [rpm] pp 60 f = pp Página 3 de 3

4 donde f es la frecuencia expresada en Hz y pp representa el número de pares de polos del motor. En la tabla 3, se recogen las posibles velocidades de sincronismo dependiendo del número de pares de polos y de la frecuencia de la red de alimentación: Tabla 3 Pares de Velocidades (rpm) polos f = 50 Hz f = 60 Hz DESZAMENTO a velocidad angular de giro del rotor siempre es menor que la velocidad de sincronismo. Solamente podría existir igualdad si no existiese par resistente alguno, caso que no se produce nunca, pues siempre existe un par de rozamiento, incluso cuando no se aplica ninguna carga al rotor. Cuando la carga es nula (motor en vacío), el rotor gira a una velocidad muy cercana a la velocidad de sincronismo. A medida que la carga aumenta, la velocidad del motor disminuye. a diferencia entre la velocidad de giro del motor (n) y la velocidad de sincronismo (n s ) recibe el nombre de deslizamiento, que suele expresarse como un porcentaje de ésta: n s = n s s n 100 POTENCA DE UN MOTOR TRFÁSCO a potencia de un motor trifásico viene dada por la expresión: 3 P (kw) = U cosϕ 1000 donde U e son la tensión e intensidad de línea respectivamente y cos ϕ, es el factor de potencia, que establece la relación entre la potencia activa (la empleada para producir trabajo) y la reactiva (necesaria para la magnetización). Suele tomar valores aproximados entre 0,85 y 0,95. Página 4 de 4

5 Conexiones Conectando entre sí tres sistemas monofásicos, se tiene un sistema trifásico de tres corrientes alternas desfasadas 120º. a conexión puede realizarse del siguiente modo: a). Conexión en triángulo Observando el esquema (fig.9.33) se deduce que la tensión de línea U (tensión entre dos conductores R, S o T) es igual a la tensión de fase (tensión de cada uno de los sistemas monofásicos considerados). En cambio la intensidad de fase f, es igual a la intensidad de línea, dividida por 3. U = f = 3 R S U R U S T T fig b). Conexión en estrella Conectando uno de los cables de cada sistema monofásico a un punto común a los tres, se obtiene una sistema trifásico en estrella (fig.9.34). Ahora la intensidad de línea es igual a la intensidad de fase f, mientras que la tensión de fase es igual a la tensión de línea U, dividida por 3. = f U f = U 3 Página 5 de 5

6 R S U R S T T fig MTACÓN DE A CORRENTE DE ARRANQUE a corriente absorbida durante el arranque por un motor asíncrono (motor de inducción) toma valores comprendidos entre tres y ocho veces su intensidad nominal. Con el fin de evitar perturbaciones en las redes de distribución, el valor de la corriente de arranque viene limitado en función de la potencia del motor, no permitiéndose el arranque directo a partir de ciertas potencias. Para disminuir la corriente de arranque es necesario reducir la tensión de alimentación, lo que produce una disminución en el par de arranque. Por este motivo, durante el arranque, se reducirá la corriente absorbida sin que el par de arranque disminuya por debajo del valor necesario para una puesta en marcha correcta. En motores en que las bornas del estator se encuentran accesibles, es muy frecuente el arranque estrella-triángulo, consistente en arrancar el motor en estrella y pasar a una conexión triángulo una vez el motor alcanza las condiciones nominales de funcionamiento. Si la conexión se realiza estando el estator conectado en estrella, la intensidad de línea y el par de arranque son 1/3 de lo que correspondería a la conexión triángulo. Este método será adecuado para motores que no exijan un par de arranque elevado. Existen otros métodos de arranque mediante inserción de resistencias en serie con el estator, arranque por autotransformador, etc., que no comentaremos por quedar fuera del objetivo del capítulo Página 6 de 6