TESIS BUENA FINAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/6326/1/CRITERIOSINGENIE.pdf · optima de motores trifÁsicos de inducciÓn tipo jaula de ardilla” ... 3.1

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

“CRITERIOS DE INGENIERÍA APLICABLES EN LA SELECCIÓN OPTIMA DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN TIPO JAU LA DE

ARDILLA”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A:

MARIO CALTENCO ROSALES.

MÉXICO, D.F. 2008

AGRADECIMIENTOS

AGRADECIMIENTOS

A DIOS. Gracias a dios por darme el ser, gracias porque siempre has guiado mi camino en la dirección correcta y Por darme la familia que tengo, procurare ejercer mi profesión con profesionalismo, honradez y honestidad. A MIS PADRES. Para ellos, esta dedicada esta tesis, gracias por darme la vida y por su amor, sin ellos jamás habría logrado lo que soy ahora. Gracias a mi madre Judith Rosales Muñoz por su enorme amor y paciencia, que me ha tenido desde niño, por su apoyo, por sus preocupaciones y sus desvelos siempre desinteresados. A mi padre Manuel Caltenco Cacique por su apoyo y comprensión, por ser un ejemplo de honradez y honestidad, doy gracias a los dos por darme los valores más importantes de la vida y procurarme un mejor futuro a través del estudio. A MI TIA. MARIA ROSALES MUÑOZ. Gracias tía por tu amor, apoyo y comprensión. A MIS HERMANOS. Gracias A mis hermanos: José Manuel, Miguel Ángel, Juan Carlos, y sobre todo a mis Hermanas Ana María y Judith, de las cuales he recibido un apoyo incondicional, gracias a todos ellos por su apoyo e interés, les dedico esta tesis porque de alguna u otra manera este logro también es de ellos. También le dedico esta tesis a mi sobrinita Marianita. Gracias a Anabel por su apoyo y cariño. A MIS AMIGOS. A Juan de Jesús Neri Escutia Gómez, por impulsarme a conseguir esta meta, porque que me ha tenido confianza no solo como tesista si no como un verdadero Amigo. A Raúl Cruz Carrillo por la larga amistad que tenemos, en la cual hemos convivido siempre con respeto y estimación. También dedico este trabajo a mi primo Saúl Villegas Muñoz por que antes que nada lo considero un verdadero amigo. AL IPN. Al Instituto Politécnico Nacional Doy gracias por aceptarme entre su comunidad y porque he encontrado en el una segunda casa, gracias a todos los que han contribuido a forjar esta enorme institución educativa.

AGRADECIMIENTOS

4

A LA ESIME. Gracias a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, por darme el privilegio de haber estudiado en sus aulas, gracias por forjarme como profesionista, gracias porque aquí he pasado muchas experiencias de mi vida como estudiante y como persona. A MIS ASESORES. Al M.C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez y al M.C. Rubén Ortiz Yañez, por aceptarme como tesista, por el tiempo invertido en mi persona y a esta tesis. Gracias por su apoyo, procurare nunca defraudarlos. A MIS PROFESORES. Especial dedicación para los profesores: Ing. Pedro Avelino, Ing. Marcelino Lizardi, Dr. Alfredo Reyes Rosario, Ing. Agapito Garduño, también a la memoria del Ing. Raúl Mondragón (d.e.p). A todos ellos gracias porque siempre se ocuparon en transmitir su conocimiento, de una manera honesta, ética y profesional.

TABLA DE CONTENIDO.

1

C O N T E N I D O.

INTRODUCCION. ................................................................................................................... 4

CAPITULO 1 .......................................................................................................................... 6

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN. ........................................ 6

1.1 PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO ................................................................ 6

1.1.1 La regla de la mano izquierda para el movimiento motor ....................................... 10 1.1.2 Ley de la fuerza sobre un conductor ..................................................................... 10 1.1.3 Campo magnético rotatorio. .................................................................................. 11 1.1.4 Par inducido en una espira que porta corriente ..................................................... 16

1.2 DESCRIPCIÓN Y PARTES DEL MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA. ............. 19

1.3 PARÁMETROS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. .................. 21

1.3.1 Deslizamiento. ..................................................................................................... 21 1.3.2 Frecuencia en el rotor. ......................................................................................... 22 1.3.3 Voltaje en el rotor ................................................................................................. 24 1.3.4 Corriente en el rotor. ............................................................................................ 26 1.3.5 Par en el motor de inducción. ............................................................................... 27

1.4 DEVANADOS Y CONEXIONES DEL ESTATOR EN EL MOTOR TRIFÁSICO DE

INDUCCIÓN. ..................................................................................................................... 28

CAPITULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............................. 34

2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. ................................................. 34

2.2 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES DE INDUCCION. .............................. 36

2.2.1 Potencia de salida................................................................................................ 38 2.2.2 Características de la carga por accionar. .............................................................. 38 2.2.3 Velocidad nominal. ............................................................................................... 38 2.2.4 Tamaño de la carcasa. .......................................................................................... 38 2.2.5 Clasificación por velocidad. .................................................................................. 39 2.2.6 Efecto del ciclo de trabajo. .................................................................................... 39 2.2.7 Temperatura ambiente. ........................................................................................ 39 2.2.8 Voltaje y corriente nominal. .................................................................................. 39 2.2.9 Tipo de carcasa. ................................................................................................... 39 2.2.10 Por el lugar de operación. .................................................................................. 40 2.2.11 Por su montaje .................................................................................................. 40 2.2.12 Por la infraestructura del lugar. ......................................................................... 41

2.3 LOS MATERIALES AISLANTES EN LA SELECCIÓN DE MOTORES. ............................ 41

2.3.1 Propiedades de los materiales aislantes. .............................................................. 42 2.3.2 La temperatura .................................................................................................. 42 2.3.3 Clasificación de los materiales aislantes. .............................................................. 43

2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE ARRANQUE ....................................................................... 44

2.4.1 Arranque a tensión plena. ................................................................................... 45 2.4.2 Arranque a tensión reducida................................................................................ 46 2.4.3 Arranque con resistencias primarias. ................................................................... 47 2.4.4 Arranque con reactancias. ................................................................................... 48 2.4.6 Arranque Estrella – Delta. ................................................................................... 50

TABLA DE CONTENIDO.

2

2.4.7 Arranque con devanado partido. .......................................................................... 53 2.5 TRANSMISIONES MECANICAS. .................................................................................. 55

2.5.1 Transmisiones directas. ....................................................................................... 55 2.5.2 Transmisiones no directas. .................................................................................. 55 2.5.3 Transmisiones por poleas y bandas. .................................................................... 56 2.5.4 Transmisiones por ruedas dentadas y cadena. ..................................................... 58 2.5.5 Transmisiones por engranes. ............................................................................... 59

CAPITULO 3 ......................................................................................................................... 61

PRUEBAS A MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION. ........................................................ 61

3.1 MEDICION DE LA RESISTENCIA OHMICA DE LOS DEVANADOS. .............................. 62

3.1.1 Medición de la resistencia óhmica por el método de la caída de voltaje (Vóltmetro-Ampérmetro). ................................................................................................................. 62 3.1.2 Medición de la resistencia óhmica por medio del puente de Wheatstone. .............. 64 3.1.3 Medición de resistencia usando el doble puente de Thomson. ............................... 67

3.2 PRUEBA DE VACIO EN LOS MOTORES DE INDUCCION. ............................................. 68

3.3 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO EN MOTORES DE

INDUCCIÓN. ..................................................................................................................... 71

3.4 PRUEBA PARA LA DETERMINACION DEL RENDIMIENTO EFECTIVO. ......................... 75

3.5 PRUEBA DE TEMPERATURA O CALENTAMIENTO. ..................................................... 83

3.6 METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA TEMPERATURA. ................................... 84

CAPITULO 4 ......................................................................................................................... 92

DETECCION DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............................... 92

4.1 CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION ....... 92

4.1.1 Fallas mecánicas. ................................................................................................ 95 4.1.2 Inadecuada lubricación. ...................................................................................... 95 4.1.3 Fallas eléctricas. ................................................................................................. 98 4.1.4 Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento ..................................... 99 4.1.5 Mantenimiento inadecuado. .............................................................................. 100 4.1.6 Instalación inadecuada. ..................................................................................... 100 4.1.7 Otros factores de falla. ...................................................................................... 101

4.2 DETERMINACIÓN DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.................... 101

4.3 PROBLEMAS DE ORIGEN MECÁNICO EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS DE

INDUCCIÓN. ................................................................................................................... 103

4.3.1 Cojinetes desgastados. ...................................................................................... 103 4.3.2 Tapas mal montadas. ........................................................................................ 103 4.3.3 Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados. ............................................. 104 4.3.4 Eje torcido. ........................................................................................................ 104

4.4 FALLAS ELÉCTRICAS COMUNES EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE INDUCCION. 104

4.4.1 Desbalance de tensión. ....................................................................................... 104 4.4.2 Efecto de la pérdida de una fase. ....................................................................... 105 4.4.3 Efectos de la sobrecarga. ................................................................................... 106

4.5 DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS ELÉCTRICAS DE MANTENIMIENTO A LOS MOTORES DE

INDUCCIÓN. ................................................................................................................... 110

TABLA DE CONTENIDO.

3

4.5.1 Pruebas eléctricas al motor de inducción trifásico. ............................................. 112 4.5.2 El método de la lámpara de prueba. ................................................................... 113

4.5.3 Localización de fallas de fase a tierra por medio de un voltampérmetro de gancho. ..... 114 4.5.4 Determinación de devanados abiertos con voltampermetro de gancho. ............... 115 4.5.5 Prueba de rotores jaula de ardilla por medio del Glowler. ................................... 115

4.6 PRUEBAS DE AISLAMIENTO A LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. .............................. 116

4.6.1 Prueba de aislamiento de corta duración. ........................................................... 117 4.7 PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO ...................................................................... 121

4.8 PRUEBA DE AISLAMIENTO DE PASO DE VOLTAJE. ................................................ 122

CAPITULO 5 ....................................................................................................................... 124

CRITERIOS PARA LA APLICACION DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. ............. 124

5.1 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA.............................. 124

A PARTIR DE LOS DATOS DE PLACA. ............................................................................... 124

5.2 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA APARTIR DE LA

CARGA. ........................................................................................................................... 126

5.3 EJEMPLO DE SELECCIÓN DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION TIPO JAULA DE

ARDILLA. ........................................................................................................................ 127

5.4 ARRANQUE DEL MOTOR. ................................................................................................ 140

5.5 RESUMEN DE CARACTERISTICAS DEL MOTOR SELECCIONADO. ............................ 140

5.6 SELECCIÓN DEL MOTOR A UTILIZAR. ................................................................................ 142

5.7 MOTORES DE ALTA EFICIENCIA. ..................................................................................... 142

CAPITULO 6 ESTUDIO ECONOMICO. ................................................................................ 144

6.1 CONSECUENCIAS DE UNA MALA SELECCIÓN DEL MOTOR...................................... 144

6.2 DEGRADACION DE LA VIDA UTIL DE UN MOTOR DE INDUCCION. ........................... 145

6.3 ANÁLISIS DE COSTOS. .................................................................................................. 148

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .......................................................................... 153

“ANEXOS” .......................................................................................................................... 155

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 165

INTRODUCCIÓN.

4

INTRODUCCIÓN. El creciente aumento en la demanda de energía eléctrica en México y a nivel

mundial hace necesario un mayor crecimiento de la infraestructura eléctrica,

esto implica irremediablemente el uso de mayores recursos tanto naturales

como económicos que impactan directamente en la economía del país.

La urbanización del territorio nacional da lugar a un mayor número de

demandantes no solo a nivel domestico, si no también industrial que requieren

grandes cantidades de energía para transformar sus materias primas y ofrecer

sus productos a la población.

Dentro de los procesos de transformación de las industrias existe una gran

variedad de máquinas destinadas a realizar diversos trabajos, que en su

mayoría utilizan un motor eléctrico y dentro de estos, el motor trifásico de

inducción con rotor en jaula de ardilla es el más usado en la industria por

diversos factores como lo son: su sencilla construcción, la ausencia de colector

en el rotor, hacen que no se necesite de equipos adicionales para su puesta en

marcha y por ende se tiene un costo de operación y mantenimiento reducido;

por otra parte sus características eléctricas y mecánicas los hacen aptos para

un gran número de aplicaciones industriales. Por ello es que los motores

trifásicos de inducción han extendido su aplicación en México y el Mundo.

Dada esa importancia es que se debe mantener a las máquinas en correcto

funcionamiento, no solo por cuestiones económicas si no también ambientales,

un motor eléctrico mal seleccionado puede desencadenar una serie de

inconvenientes que a corto plazo pueden derivar en problemas mayúsculos,

como lo es: el paro intempestivo de la producción, retrasos en la entrega de los

productos, e inclusive un paro casi total de la producción.

INTRODUCCIÓN.

5

Por otro lado la selección adecuada de motores eléctricos de inducción favorece

en un mayor cuidado al medio ambienté, al asegurar una larga vida de los

motores; estos no necesitaran cambios de refacciones de manera continua, la

lubricación será periódica, ni tampoco tendrán que ser sustituidos

rápidamente.

Otro aspecto fundamental es el ahorro de energía que se logra al seleccionar un

motor de manera correcta con lo cual se evitará el uso de motores con

capacidades inadecuadas, y en consecuencia pérdidas de energía eléctrica.

El presente trabajo presenta los criterios más importantes que se deben

considerar al seleccionar un motor de inducción tipo jaula de ardilla. Aunque

los criterios son aplicados de manera general para todos los motores, este

trabajo se enfoca a los motores trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla; no

se pretende dar una guía completa de selección de motores ya que cada caso

debe ser estudiado de manera particular.

En el presente trabajo se hace mención del principio de funcionamiento del

motor de inducción, clasificación, selección, pruebas, diagnóstico de fallas más

comunes y por último se incluye un ejemplo práctico de selección acompañado

de un estudio económico.

Se espera contribuir con este trabajo en el área de motores eléctricos de

inducción.

CAPÍTULO 1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.

6

CAPÍTULO 1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN.

1.1 PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO.

Fundamentos teóricos de los motores de Inducción.

Los motores eléctricos en general basan su funcionamiento en la inducción

electromagnética, dado este hecho es necesario revisar algunos conceptos

fundamentales acerca de los fenómenos magnéticos así como los efectos que

causan, a continuación se hace mención de algunas leyes y reglas.

En el año de 1831 Michael Faraday descubrió que cuando un conductor que

forma un circuito cerrado y se mueve por algún medio mecánico, en un campo

magnético, un voltaje se produce de alguna manera y éste produce una

circulación de corriente. Asociado al descubrimiento de Faraday se supo

también el hecho de que el magnetismo se puede generar por una corriente

eléctrica que pasa a través de una bobina y que los polos iguales de un imán se

repelen, en tanto los polos diferentes se atraen, estos fenómenos asociados a

ciertas reglas y leyes eléctricas, constituyen la base del estudio de los

generadores y motores eléctricos.

La ley de faraday se puede enunciar como:

“El voltaje inducido en una espira o bobina de un conductor, es proporcional al

índice de cambio de las líneas de fuerza que pasan a través de la bobina” (figura

1)

En caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula es la siguiente:

dt

dNe

φ−=

Donde:

e = la fuerza electromotriz inducida


7

dt

dφ Es la tasa de variación temporal del flujo magnético Ф.

S N

Dirección delMovimiento

Dirección del Voltajey CorrienteGenerados

+

-

Conductor enMovimiento

Líneas de Flujo Magnético

Figura 1 Conductor en un campo magnético.

En electricidad existen reglas como la de la mano derecha y otras de la mano

izquierda, porque hay algunas formas convenientes de recordar las

interrelaciones entre polaridad, direcciones y entre voltaje, campo magnético y

movimiento. Una de estas reglas fue establecida por fleming y relaciona la ley

de faraday de la siguiente manera:

“Si el campo magnético se considera en un espacio estacionario, el conductor se

considera moviéndose en forma ortogonal a través del mismo. La mano derecha

se extiende con el dedo pulgar y el dedo índice formando un ángulo recto y el

dedo central formando a su vez un ángulo recto con los otros dos, de manera que

se forma un arreglo ortogonal.”

Con este arreglo, el campo magnético está representado por el dedo índice, con

el dedo medio se indica el sentido convencional de la corriente, y el dedo pulgar

indica el sentido del movimiento del conductor. Ver la figura 1.1


8

S N

Movimiento

Campo

Voltaje

Movimiento

Campo

Voltaje

Voltaje

Figura 1.1. Ley de la mano derecha de Fleming.

Basándose en el trabajo de Faraday, Henrychi Lenz, estableció en el año de

1833, solo dos años después del descubrimiento de Faraday, una relación que

resulta básica en la transformación de la energía electromecánica.

“En todos los casos de inducción electromagnética, un voltaje inducido puede

causar que circule una corriente en un circuito cerrado, de tal manera que la

dirección del campo magnético producido por la corriente, se opondrá al cambio

producido por la corriente”

Esta relación establece un hecho básico de la conservación de la energía y

resulta importante para comprender la operación de transformadores, motores

y generadores. Obsérvese en la figura 1.2 diferentes fenómenos magnéticos.


9

S N

Movimiento

Voltaje y Corriente

Flujo

F

V.I

M

Si la dirección de voltajeinducido y su corriente resultante son como se mustra, se siguen la ley de Faraday y regla de Fleming.

S N

I

F

+

-

Campo Magnético Proporcionala la corriente inducida de acuerdoa la ley de Ampere.

+

S N

-

I

Flujo

Fuerza

Movimiento Resultante de lacombinación de dos CamposMagnéticos.

Figura 1.2 Diferentes fenómenos magnéticos.


10

1.1.1 La regla de la mano izquierda para el movimiento motor.

La regla de la mano derecha de Flemig, relaciona la dirección del flujo

magnético, la dirección del movimiento y la dirección del voltaje inducido

resultante. Existe también una relación similar mutuamente ortogonal

(perpendicular entre si) entre la dirección del campo magnético o flujo, la

dirección del voltaje aplicado y la corriente, así como la dirección de la fuerza

magnética resultante o acción del motor.

La mano izquierda establece esta relación, si se coloca el dedo índice en la

dirección del flujo norte a sur y se fija la posición del dedo medio en la dirección

del voltaje aplicado y de la corriente resultante. En estas condiciones si el dedo

pulgar apunta en la dirección de la fuerza que está desarrollada por la ley de

Biot Savart. (Figura 1.3)

Flujo

Corrien

teS N

Fuerza

Flujo

Corrien

te

Fuerza Figura 1.3 Ley de mano izquierda de Fleming.

1.1.2 Ley de la fuerza sobre un conductor.

La ley de la fuerza sobre un conductor que se encuentra dentro de un campo

magnético, y que cuantifica la ley de Lens, se denominó como ley de Biot

Savart.


11

Esta ley relaciona el campo magnético por una unidad de área (B), la longitud

del conductor que se encuentra dentro del campo magnético (L) y la corriente

(I), la cual produce en conjunto una fuerza y que se expresa como:

DinasLIB

F10

))()((=

Donde:

F = Fuerza ejercida sobre un conductor.

B = Densidad de flujo Magnético (Número de Líneas/cm2).

I = Corriente en el conductor (amperes).

L = Longitud del conductor en el campo, expresada en cm.

1.1.3 Campo magnético rotatorio.

Si existe una forma de lograr que el campo magnético del estator rote, efectuara

una “persecución” circular constante del campo magnético del estator debido

al par inducido en el rotor. Esto en breves palabras, es el principio básico de

operación de todo motor de c.a

¿Qué se puede hacer para que rote el campo magnético del estator?

El principio fundamental de la operación de una máquina alterna es que si un

grupo de corrientes trifásicas, cada una de igual magnitud y desfasadas 120°,

fluye en un devanado trifásico, se producirá un campo magnético rotacional de

magnitud constante. El devanado trifásico consiste en tres devanados

separados, espaciados 120° eléctricos alrededor de la superficie de la máquina.

El concepto más sencillo de campo magnético rotacional lo ilustra un estator

vacío que contiene justamente tres bobinas, cada una 120° de las otras. Ver la

figura 1.4 (a) puesto que cada devanado produce sólo un polo norte y un polo

sur magnético, es un devanado de dos polos.


12

A

B

C

+ HM

- HM

1 2 3 4 5

Por la notable relación que existe entre la intensidad del campo magnético (H) y

la corriente (I) se puede decir que también la intensidad del campo magnético

producido de cada devanado sencillo, sigue las leyes de variabilidad indicadas

en la figura 1.4 (b).

Figura 1.4 (a) Figura 1.4 (b)

De la figura 1.4 (b), se puede construir la tabla 1, donde se determina las

variaciones de la intensidad del campo magnético producido por cada una de

las fases, en diferentes etapas del ciclo.

FASE

Valores de la intensidad del campo magnético en los instantes considerados

1 2 3 4 5

A O +1 0 -1.0 0

B -0.866 -0.5 +0.866 +0.5 -0.866

C +0.866 -0.5 -0.866 +0.5 +0.866

Tabla 1. Variaciones de la intensidad de campo magnético en cada fase.

a

c'b'

a'

c b


13

De la tabla anterior; si se considera el instante 1, en la fase A la corriente es

cero y también el campo magnético es cero. En las fases B y C las corrientes y

los campos tienen respectivamente los siguientes valores con relación a los

valores máximos del campo magnético.

Fase B = -0.866 HM

Fase C = + 0.866 HM

Donde:

HM = Valor máximo del campo magnético.

Para el instante 2 los valores de campo magnético en cada fase son los

siguientes:

Fase A = +1 HM

Fase B = -0.5 HM

Fase C = -0.5 HM

Gráficamente el movimiento rotacional del campo magnético puede ilustrarse

para cada uno de los momentos, observándose que la posición final (5) es

idéntica al inicio (1), Tabla 1.2


14

++

+

++

++

+

++

++

++ +

+

+

+++

+

+

+

IN

STANTE C

ONSID

ERAD

O

VALOR DEL

CAMPO

MAGNETICO

H

POSICION DEL

CAMPO GIRATORIO

INSTANTE C

ONSID

ERAD

O

VALOR DEL

CAMPO

MAGNETICO

POSICION DEL

CAMPO

GIRATORIO

1

A = 0

B = - 0,866-HM

C = +0,866-HM

4

A = -HM

B = +0,5-HM

C = +0,5-HM

2

A = +HM

B = -O,5-HM

C = -0,5-HM

5

A = 0

B = -O,866-

HM

C = +0,866-

HM

3

A = 0

B = +0866-HM

C = -0,866HM

++

+

++

DONDE:

A - B - C = FASES DEL SISTEMA

HM = VALOR MAXIMO DEL CAMPO

MAGNETICO

SENTIDO DE ROTACION DEL CAMPO

MAGNETICO.

Tabla 1.2 Variación del campo magnético giratorio.


15

El campo magnético giratorio induce en los conductores del rotor una “Fuerza

electromotriz” inducida, de acuerdo a las leyes de inducción electromagnética.

Esta fuerza electromotriz da lugar a la circulación de corriente (debido a que el

rotor es un circuito cerrado) estas corrientes interactúan con el campo giratorio

dando lugar a fuerzas que tienden a hacer girar el rotor siguiendo el campo, es

decir por la ley de Lenz debe oponerse a la causa que los produce, debido a que

las variaciones del flujo están producidas por la rotación del campo respecto a

los conductores mismos, inicialmente sin movimiento.

La acción por lo tanto, tenderá a poner en movimiento los conductores y por lo

tanto al rotor de manera que siguiendo la rotación del campo no se sujete a las

variaciones del flujo. La rotación se presenta realmente si el par resultante de

esta acción entre el campo del estator y la corriente del rotor supera al par

resistente aplicado a la flecha de la máquina.

Por lo tanto se puede tener en cuenta lo siguiente:

a) El motor trifásico de inducción “Autoarranca”, es decir a diferencia de

otros tipos de motores se arranca o pone en marcha por si mismo, sin

necesidad de ser llevado a su velocidad por medios auxiliares, esta es una

de las características importantes de este tipo de motores.

b) Es claro porque a los motores trifásicos de inducción se les llama

también “motores de campo giratorio o rotatorio, ya que el estator

produce un campo magnético giratorio. En los motores de inducción el

funcionamiento se produce por la reacción de corriente generada por la

inducción del rotor. Por esta razón y por analogía con el transformador al

estator se le llama el primario y al rotor el secundario.


16

1.1.4 Par inducido en una espira que porta corriente.

Supongamos que una espira se encuentra en algún ángulo arbitrario “θ” con

respecto al campo magnético, y que la corriente (I) fluye en la espira como se

muestra en la figura 1.5, si fluye corriente en la espira, se inducirá un par en

los alambres de la misma. Para determinar la magnitud del par, analizaremos

la figura.

r

r

cd

a b a

bc

d

r

l

i

B

Figura 1.5 Espira dentro de un campo magnético.

La fuerza ejercida sobre cada segmento de la espira está dada por la ecuación

siguiente:

F = I(L )(B)

Donde:

F = Fuerza ejercida sobre un conductor.

I = Magnitud de la corriente en el segmento.

L = Longitud del segmento, con su dirección definida como la del flujo de la

corriente.

B = Intensidad de flujo magnético.


17

El par en un segmento de la espira está dado por:

τ = rF sen θ

Donde:

τ = El par ejercido sobre el conductor.

F = La fuerza ejercida sobre el conductor.

r = Es la distancia perpendicular al centro de la espira.

θ = Es el ángulo comprendido entre el vector r y el vector F.

La dirección del par sigue el sentido de las manecillas del reloj si tiende a

causar rotación en este sentido, y en sentido contrario a las manecillas del reloj

se presenta esta tendencia.

Por ejemplo. Para el segmento a-b, en base a la regla de la mano izquierda

(tema 1.1.1), la dirección de la corriente es hacia dentro en tanto que el campo

magnético B apunta hacia la derecha, la cantidad I x B apunta hacia abajo.

Entonces, la fuerza inducida en este segmento de espira es:

F = I(L )( B)

= ILB

y el par resultante es:

τab =(F) (r sen θab)

Donde:

τab = Par producido en el segmento a-b.


18

Para el segmento b-c, La dirección de la corriente es paralela al campo

magnético, mientras que éste apunta hacia la derecha, la cantidad I x B apunta

hacia adentro, entonces la fuerza inducida en este segmento del alambre es:

F = ILB

Para este segmento, el par resultante es 0 puesto que los vectores r y L son

paralelos al flujo, y el ángulo es 0.

τbc = (F) (r sen θbc) = 0

Donde:

τbc = El par producido en el segmentó b-c.

De esta misma forma se puede analizar el par inducido para los otros

segmentos de la espira descrita, en todos los casos el principio es el mismo.

De lo descrito anteriormente podemos sintetizar que el funcionamiento del

motor de inducción es:

Cuando se conectan los devanados del estator a una fuente trifásica de c.a. se

crea un campo magnético giratorio, cuya velocidad depende de la frecuencia y

el número de polos (esta velocidad es conocida como síncrona)1. Al moverse el

campo corta los devanados del rotor (en este caso barras), induciendo

corrientes que conjuntándose con el campo magnético de rotación, desarrollan

un par, que hace que el rotor gire siguiendo el campo magnético.

1 Síncrona proviene del griego “sin” que significa con y “cronos” que quiere decir tiempo. Es decir al mismo tiempo.


19

1.2 DESCRIPCIÓN Y PARTES DEL MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE

ARDILLA.

Un motor de inducción jaula de ardilla está básicamente constituido por dos

partes una fija denominada Estator, que está formado por tres devanados

desfasados entre si 120° , en la parte interna, también comprende la estructura

mecánica de soporte, y una parte móvil llamada Rotor o parte giratoria de los

motores de inducción jaula de ardilla. Este forma un circuito eléctrico cerrado,

por medio de un grupo de laminaciones en forma cilíndrica, en cuya periferia se

disponen conductores conectados entre si por dos anillos frontales. En la

figura 1.6 (a) se muestra el aspecto físico de un motor de inducción típico y 1.6

(b) un corte longitudinal mostrando su rotor jaula de ardilla.

Figura 1.6

a) Vista de un motor de inducción. b) vista en corte longitudinal de un motor de inducción.

En la figura 1.7 se muestra un Rotor en Jaula de Ardilla

Los elementos de soporte se dan por medio de las tapas que contienen los

baleros y chumaceras (rodamientos).

En la figura 1.8 se muestra un Esquema de explosión de un motor trifásico de

inducción en jaula de ardilla.


20

Figura 1.7 Rotor Jaula de Ardilla.

Figura 1.8 Diagrama de explosión de un motor jaula de ardilla.

Carcasa

Rotor jaula de ardilla

Ventilator

Balero y cojinete

Caja de conexiones.

Tapa frontal

Tapa posterior.

Devanado del estartor Eje del

motor

Tornillos sujetadores


21

1.3 PARÁMETROS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE

INDUCCIÓN.

1.3.1 Deslizamiento.

Es conveniente observar de inmediato que la velocidad del rotor en un motor de

inducción, no podría alcanzar jamás la velocidad síncrona, es decir la velocidad

del campo giratorio en el estator. El rotor gira siempre a una velocidad próxima

a la síncrona, pero no la alcanzará nunca.

La diferencia entre la velocidad síncrona nsinc y la velocidad efectiva de rotación

del rotor nm se define como “Deslizamiento”; Este deslizamiento (S) se expresa

como un porcentaje de la velocidad síncrona o bien como una fracción de la

misma.

El deslizamiento porcentual es:

100%sin

sin xn

nnS

c

mc −=

Donde:

%S = Deslizamiento porcentual

nm = Velocidad mecánica o efectiva del rotor.

nsinc = Velocidad síncrona del motor

El deslizamiento como una fracción de la velocidad síncrona es:

cn

nnS mc

sin

sin −=


22

Es posible expresar la velocidad mecánica del eje del rotor, en términos de la

velocidad síncrona y deslizamiento. Resolviendo para nm se tiene:

( ) .sin1 cm nSn −=

El deslizamiento aumenta al aumentar la carga del motor, es decir, con el

aumento del par resistente aplicado al motor. En vació, el deslizamiento es

mínimo, casi despreciable y a la potencia nominal, dependiendo de la potencia

del motor, varia entre el 2% y el 7% de hecho la velocidad del rotor no es

rigurosamente constante con la carga y como no puede alcanzar a la velocidad

de sincronismo, se le denomina también a estos motores “asíncronos”. Debido a

la poca variación de velocidad, para ciertas aplicaciones prácticas, se considera

como constante.

La velocidad síncrona se obtiene de:

P

fn e

c120

sin =

Donde:

fe = La frecuencia de la fuente del estator (o de la fuente de alimentación).

P = Número de polos en el estator.

1.3.2 Frecuencia en el rotor.

En el momento en que se alimenta al estator, el rotor se encuentra estático, la

frecuencia de la tensión inducida en el rotor es igual a la de la tensión de

alimentación del estator. De hecho los conductores del estator son cortados

una vez por cada rotación del campo magnético giratorio, es decir una vuelta

por cada periodo de la tensión de alimentación. En estas condiciones, el estator

y el rotor se comportan exactamente como el primario y secundario de un

transformador, pero a diferencia de este la frecuencia no es necesariamente la

misma que la frecuencia primaria.


23

Si el rotor de un motor está bloqueado, de tal modo que no se puede mover,

entonces éste y el estator tendrán la misma frecuencia.

Para nm = 0 r.p.m, ⇒ fr = fe, y S = 1.

Donde:

r.p.m = Velocidad en revoluciones por minuto.

fr = Frecuencia del rotor.

fe = Frecuencia del estator.

En cambio, si el rotor gira a velocidad síncrona, la frecuencia del rotor será

cero.

Para nm = nsinc, la frecuencia del rotor fr = 0 y S =0.

Para cualquier velocidad intermedia, la frecuencia del rotor es directamente

proporcional a la diferencia entre la velocidad del campo magnético nsinc y la

velocidad del rotor nm. Puesto que el deslizamiento del rotor se define como:

c

mc

n

nnS

sin

sin −=

La frecuencia del rotor puede expresarse como:

er Sff =

Donde:

fr = Frecuencia del rotor.

S = Deslizamiento.

fe = Frecuencia del estator.


24

Existe otra forma alternativa de esta expresión, que en ocasiones son útiles.

Una de las expresiones más comunes se deduce sustituyendo la ecuación para

el deslizamiento, en la ecuación del la frecuencia del rotor y queda como:

ec

mcr f

n

nnf

sin

sin −=

y recordando que nsinc = 120 fe / P, se obtiene finalmente la expresión siguiente:

)(120 sin mcr nn

Pf −=

1.3.3 Voltaje en el rotor.

En un motor de inducción, cuando se aplica la tensión en los devanados del

estator, se induce una tensión en las bobinas del rotor de la máquina, (en este

caso barras) en general. Cuanto más grande sea el movimiento relativo entre los

acampos magnéticos del rotor y del estator, mayor será la tensión resultante en

el rotor. El mayor movimiento relativo se da cuando el rotor se encuentra en

estado estacionario, condición conocida como de rotor frenado o de rotor

bloqueado2, por lo cual la tensión que se induce en el rotor es máxima cuando

alcanza dicha condición. La menor tensión (Cero Volts) se alcanza cuando el

rotor se mueve a la misma velocidad del campo magnético del estator;

Condición jamás alcanzada por los motores de inducción. La tensión inducida

en el rotor a cualquier velocidad entre estos extremos de una bobina es

directamente proporcional al deslizamiento del rotor, por tanto, si la tensión

inducida en condición de rotor bloqueado se llama Ero.

2 Es una prueba a los motores de inducción llamada de rotor bloqueado en el capitulo 3 se hablará de manera más detallada en que consiste.


25

La tensión inducida en el rotor en cualquier deslizamiento se encontrará por

medio de la ecuación:

or SErE =

Donde:

Er = Tensión Inducida en el Rotor.

S = Deslizamiento de motor.

Ero = Tensión inducida en condición de Rotor bloqueado.

La fuerza electromotriz inducida es proporcional a la frecuencia y al número de

espiras. En el caso específico del rotor, la tensión inducida en el rotor se

obtiene de la expresión:

NrfE rr φ44.4=

Donde:

Er = Tensión inducida en el rotor.

fr = La frecuencia del rotor.

Nr = El número de espiras del rotor.

O bien si en lugar de usar el número de espiras en el rotor, se usa el número de

conductores: NC = Nr/2, la tensión inducida en el rotor se puede expresar

como:

NcfE rr φ44.4=

Como se sabe que la frecuencia en el rotor es: er Sff = se observa que la tensión

inducida en el rotor es también proporcional al deslizamiento, cuando el rotor

esta parado S =1.

Er0 = 4.44 φ f NR.


26

Esto implica que la tensión inducida es máxima cuando el rotor está parado y

disminuye al aumentar la velocidad, hasta llegar a ser muy pequeña ya en

funcionamiento normal.

1.3.4 Corriente en el Rotor.

Si se designa por Rr la resistencia por fase del rotor y Lr la inductancia del

mismo, siendo Er la tensión inducida en el rotor cuando no está en movimiento.

La reactancia por fase del rotor en función de la frecuencia de alimentación del

motor es:

rr LfX π2=

Donde:

Xr = Reactancia por fase del Rotor.

f = Frecuencia de alimentación.

Lr = Inductancia por fase del Rotor.

Entonces la impedancia por fase del rotor es:

22rrr XRZ +=

La corriente por fase del rotor es entonces:

22

00

rr

r

r

rr

XR

E

Z

EI

+==


27

1.3.5 Par en el motor de inducción.

El par desarrollado en un motor de inducción se debe a la interacción de los

campos del rotor y el estator, y por lo tanto depende de la intensidad de los

mismos y las relaciones de fase entre ellos. De hecho el par es proporcional al

flujo y la corriente en el rotor, esto se puede expresar matemáticamente como:

rIT r θφα cos

Donde:

T = Par.

Ir = Corriente por fase en el rotor.

φ = Flujo rotatorio en el estator.

cos φr = Factor de potencia del rotor.

a = Indica proporcional.

Por otra parte, debido a que la fuerza electromotriz inducida en el rotor por fase

es proporcional al flujo, cuando está parado, es decir ERO α φ, entonces:

rIET rRO φα cos

También:

rIEKT rRO φcos= ……….1

K es la constante para establecer la igualdad en la expresión matemática.

La corriente en el rotor se obtiene de la expresión siguiente:

222rr

rr

XSR

RSI

+= ………..2

Por otra parte:

222cos

rr

r

XSR

Rr

+=φ ………..3


28

Sustituyendo las ecuaciones 2 y 3 en la ecuación 1, el par será:

))((222222

rr

r

rr

RORO

XSR

R

XSR

ESKET

++=

Y reduciendo la ecuación anterior se obtiene la ecuación del par siguiente:

222

2

rr

ROr

XSR

ERSKT

+=

Donde:

S = Deslizamiento.

Rr = Resistencia del Rotor.

Ero = Tensión inducida en condición de rotor bloqueado.

Xr = Reactancia del Rotor.

Si se desea obtener el par de arranque es necesario considerar que en el

momento del arranque, el rotor no tiene movimiento alguno, por lo tanto el

deslizamiento es máximo S=1, sustituyendo en la expresión anterior del par, se

obtiene el llamado par de arranque.

22

2

rr

ROr

XR

ERKTarr

+=

1.4 DEVANADOS Y CONEXIONES DEL ESTATOR EN EL MOTOR

TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN.

Todos los motores trifásicos están construidos internamente con un cierto

número de bobinas eléctricas que están devanadas siempre juntas, para que

conectadas constituyan las fases que se conectan entre si, en cualquiera de las

formas de conexión trifásicas.


29

Los devanados del estator de un motor trifásico de inducción, sea tipo jaula de

ardilla o de rotor devanado, se pueden conectar ya sea en delta o en estrella: los

conectados en delta son cerrados y forman una configuración de triangulo, los

conectados en estrella forman una configuración en Y. Los devanados de un

motor se pueden diseñar en 6 o 9 terminales para ser conectados a la línea de

alimentación trifásica.

Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales

marcadas con un número para su fácil conexión. En la figura 1.9 se tiene un

motor con 6 terminales, con los devanados internos identificados para conectar

el motor para operación en delta. Las terminales de los devanados se conectan

de modo que A y B cierran el otro extremo, para formar la delta cerrada de los

devanados del motor.

Figura 1.9 Conexión Delta con 6 terminales.

A B

C

L1L2

L3

L1

L2

L3

AC

B

AC

B

1

2

3

4

5

6


30

Los motores de inducción de jaula de ardilla están disponibles con 9 terminales

para conectar los devanados internos para operación en delta. Se conectan 6

devanados internos para formar una delta cerrada.

Tres devanados están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3-6-8. los devanados se

pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes. Figura 1.10

1

25

8

3

6

9 4

7

L3L2L1

L3

L2

L1

1

4

7

258

3

6 9

Figura 1.10 Conexión Delta de 9 Terminales.

Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla

están conectados en estrella. Una Terminal de cada devanado se conecta para

formar la conexión estrella, las tres terminales restantes se conectan a las

líneas de alimentación L1, L2 y L3. Figura 1.11


31

L1L2L3

A

B

C

B

CA

B

CA

L2

L3

L1

Figura 1.11. Conexión Estrella de 6 Terminales.

Un motor conectado en estrella con 9 terminales, tiene tres puntas de sus

devanados conectadas para formar una estrella con las tres terminales

restantes (7-8-9). Los tres devanados restantes son los números 1-4, 2-5 y 3-6.

Figura 1.12

Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto voltaje. Para

operación en bajo voltaje los devanados se conectan en paralelo, para alto

voltaje se conectan en serie. Figura 1.13 (a).


32

L2

L3

L11

47

9

6

3

8

5 2

L2

L3

L1

3

6

9 7 1

4

8

5 2

Figura 1.12 Conexión Estrella de 9 terminales.

Como ya se mencionó los motores trifásicos están conectados en estrella o en

delta. La mayoría se diseñan con doble devanado en cada fase para permitirle

la operación con doble voltaje. Pueden aparecer con 6 o 9 terminales, y es por

esta razón que estas requieren un sistema estandarizado de numeración, para

facilitar las conexiones. En las figuras 1.13 (b) y (c), se ilustra la forma de

identificar estas terminales, para los motores en conexión estrella y en delta.


33

L1 L2 L3

L1 L2 L3

T1 T2 T3

T6T5T4

T3T2T1

T4 T5 T6

Baja Velocidad.

Alta Velocidad. T5

T8

T3

T6T9

T7T4

T1

T2 T3

T7

T4T9

T6

T8

T5 T2

T1

Figura 1.13 (a) Figura 1.13 (b) Figura 1.13 (c)

Motores Conectados en estrella. Los extremos de cada una de las fases

individuales se unen en un punto común. Figura 1.14

Figura 1.14 Conexión Estrella.

Motores conectados en Delta. Los extremos de cada fase se conectan al

principio de la fase siguiente. Figura 2.15

L1 L2 L3 L1 L2 L3

T1 T2 T3

T6T5T4

T3T2T1

T4 T5 T6

Figura 1.15 Conexión Delta.

CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.

34

CAPÍTULO 2. SELECCIÓN DE MOTORES

TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.

El presente capítulo describe de manera general criterios que se deben

considerar al seleccionar un motor trifásico de inducción, aunque hay que

destacar que los criterios son generalizados para todos los motores. No se

pretende dar una guía completa de selección ya que esta debe ser estudiada

para cada caso en particular.

2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

De acuerdo a sus características de par, intensidad y velocidad, la National

Electrical Manufacturers Association (NEMA), ha clasificado a los motores de

inducción en diferentes clases.

CLASE A.

Este es un motor diseñado con un par de arranque normal, alrededor de 150%

del de régimen. Su corriente de arranque va de 5 a 7 veces la nominal. Su

deslizamiento a plena carga es menor del 5% y en los motores de gran tamaño,

aproximadamente del 2%.

Tiene un solo devanado de jaula de ardilla de baja resistencia, que se instala en

ranuras profundas, lo cual se traduce en un arranque rápido. Para motores de

10 HP o mayores, las corrientes de arranque suelen ser muy elevadas, lo que

implica la utilización de arranque a tensión reducida. Sus aplicaciones son

generales: Bombas centrífugas, ventiladores, grupo motor generador y equipos

que requieren un par de arranque bajo.

CLASE B.

El diseño de este motor proporciona pares y deslizamientos similares a los de la

clase anterior, pero las corrientes en el arranque suelen ser menores, de 4 a 5

veces la nominal. Esta característica se consigue, por medio de un devanado de


35

rotor especial del tipo de doble jaula de ardilla o de barras profundas, como en

los de clase A. Como los anteriores a ciertas potencias no se presentan para el

arranque a la tensión plena de la red. Este diseño es el más común para uso

general en tamaños que van de los 5 a los 200 HP, cuando los requerimientos

del par de arranque no son muy severos.

CLASE C.

Motor con un diseño de par de arranque elevado y baja corriente de arranque,

su rotor es de doble jaula de ardilla, que si bien proporciona las características

mencionadas, limita su capacidad de disipación térmica. Por esto, no son

recomendados para cargas de alta inercia que impidan su rápida aceleración.

Su corriente de arranque es de 4.5 a 5 veces la nominal, su par de arranque del

orden de 250% del de régimen y su deslizamiento a plena carga es de 5% o

menos. Entre sus aplicaciones se tienen: transportadores, compresores,

máquinas trituradoras y toda clase de cargas de naturaleza estática y con

requerimientos de alto par de arranque. Se fabrican de capacidades de 3 HP o

mayores.

CLASE D

Son motores con ranuras en el estator reducidas y a poca distancia de la

superficie. Esto trae consigo alta resistencia, desarrollándose elevados pares de

arranque, hasta 300% del nominal, pero con rendimientos bajos. Además,

tienden a sobrecalentarse con cargas de alta inercia. Se usa con cargas

intermitentes, con frecuentes inversiones de giro que requieren aceleraciones

rápidas. Los motores con deslizamientos mayores, tales como los que se usan

en los servicios de los elevadores, tienen deslizamientos entre 15 y 25%.

CLASE E Y F

Los motores de clase E, son de bajo par de arranque, 130% del nominal, baja

corriente de arranque de 2 a 4 veces la nominal y bajo deslizamiento, alrededor

del 2%. Se construyen con doble jaula de ardilla, proporcionando rendimientos

más bien modestos, aunque su consumo de energía es pequeño. Se utiliza para

mover cargas ligeras como las de los motores clase A y B. La clase F, es similar


36

a la clase E, pero requiere menos corriente de arranque y presta un

deslizamiento mayor.

En la figura 2.1 se muestra la relación entre el momento de torsión a plena

carga y la velocidad síncrona para cada clase de motor trifásico de inducción.

clase D clase A

clase C

clase B

0 20 40 60 80 1000

50

100

150

200

250

300

350

por

centa

je d

e m

omen

to d

e to

rció

n a

ple

na c

arg

a

porcentaje de velocidad sincróna

Figura 2.1 Relación momento torsor/velocidad síncrona.

2.2 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE MOTORES DE INDUCCION.

La selección adecuada de los motores eléctricos en general juega un papel

fundamental, ya que de esto depende en gran medida el correcto

funcionamiento y durabilidad de los mismos, al ser utilizados correctamente se

reducen los tiempos de mantenimiento y por lo tanto se asegura su

funcionamiento con periodos de interrupción mínimos.

La mayoría del equipo para desarrollo de potencia mecánica tiene incorporado

un motor eléctrico, por ejemplo: un compresor de aire, un taladro, una

fresadora etc., el motor eléctrico se encuentra instalado como parte del equipo;

Porcentaje de velocidad síncrona.


37

cuando por alguna razón es necesario reemplazar el motor de un equipo se

reemplaza por uno de las mismas características; para esto basta con verificar

la placa de características del motor a sustituir, en estos casos no es necesario

conocer mucho de motores ni de su selección. Pero la mayoría de los problemas

que se presentan en la práctica no son tan simples como esto.

Cualquier máquina eléctrica rotatoria tiene como aspecto importante su

tamaño expresado en términos de su potencia, la velocidad a que debe operar,

el ciclo de trabajo que debe desarrollar, el tipo de montaje de la base y algunos

otros factores que en ocasiones no se relacionan con la selección de motores.

Los fabricantes de equipos motorizados especifican los tipos de motores que

utilizan. Estos motores por lo general los seleccionan los ingenieros de

aplicación de la compañía fabricante.

Existen varios criterios para la selección adecuada de los motores, en general se

tienen los siguientes:

• Potencia en la entrada o la salida, expresada en HP o kilowatts

• Características de la carga por accionar.

• Velocidad nominal en RPM

• Tamaño de la carcasa.

• Clasificación por velocidad.

• Efecto del ciclo de trabajo.

• Temperatura ambiente.

• Elevación de temperatura en la máquina.

• Voltaje nominal.

• Tipo de carcasa y condiciones ambientales.

• Requerimientos de mantenimiento y accesibilidad.

• Frecuencia del sistema del cual se va a alimentar.

• Número de fases.

• Por el tipo de arranque.


38

2.2.1 Potencia de salida.

Es el primer criterio a considerar, dentro de la selección de un motor, aquí se

determinará en base a cálculos que potencia se necesita para mover una carga,

pudiendo ser un líquido, o un gas. Este factor se complica por el hecho de que

un motor debe soportar por periodos breves sobrecargas.

Por ejemplo se puede tener el caso de que un motor con potencia nominal de 10

HP a 1750 RPM con un ciclo de operación continuo a 50 C de elevación de

temperatura, debe producir o entregar 15 HP a 1650 RPM, pero no en forma

continua, esto quiere decir que su devanado debe admitir un calentamiento de

10 a 15 minutos sin daño alguno, por lo que se selecciona para el valor de

potencia que debe entregar a corto tiempo.

2.2.2 Características de la carga por accionar.

Existe una amplia gama de motores eléctricos para distintas aplicaciones, por

ejemplo un ventilador no requiere de un gran par, pero en cambio hay cargas

que si lo requieren, entonces dependiendo de la magnitud de la carga se

pueden utilizar motores monofásicos, o trifásicos de inducción (tema principal

de este trabajo).

2.2.3 Velocidad nominal.

La velocidad de placa de un motor en RPM está dada para sus condiciones

normales de operación, ya que el motor eléctrico se le puede requerir para

operar a cualquier velocidad desde el reposo hasta su velocidad nominal, o bien

operar periódicamente con velocidades que varíen dentro de ciertos rangos.

2.2.4 Tamaño de la carcasa.

El tamaño de las carcasas se encuentra normalizado por la asociación de

fabricantes eléctricos de los Estados Unidos (NEMA) y esta clasificación ha sido

adoptada por la mayoría de los países que están dentro del área de influencia

comercial. Esta normalización se puede resumir como una serie de valores de

diámetro de carcasa asociados a ciertas longitudes de las mismas, y

relacionados con la temperatura de operación y aspectos particulares, dándose

una asignación especial a cada tipo, por ejemplo las designaciones que usa la

serie T son los que operan a altas temperaturas y por lo tanto emplean


39

materiales más resistentes a estas condiciones, los de la clase A y B son

totalmente cerrados y enfriados por ventilador.3

2.2.5 Clasificación por velocidad.

Motores de Velocidad Constante. Para el caso concreto de los motores de

inducción se tiene una variación máxima del 20% de vació a plena carga dentro

de esta categoría se encuentran la mayoría de los motores de inducción.

2.2.6 Efecto del ciclo de trabajo.

En ciclo de trabajo afecta en forma considerable al ciclo de operación de los

motores, ya que puede ser continuo o alternativo, con carga directa al eje del

motor o a través de mecanismos como poleas o engranes.

2.2.7 Temperatura ambiente.

Los motores de inducción pueden ser usados en ambientes poco comunes, por

ejemplo cerca de un horno, o de equipos que operan a altas temperaturas o

bien sumergidos como es el caso de los motores de bomba de pozo profundo, en

ambos casos la temperatura es distinta y por lo tanto se requiere distinto tipo

de motor.

2.2.8 Voltaje y corriente nominal.

Dependiendo del voltaje y la corriente nominal, que van en función a la

potencia del motor, se requieren distintas características de alimentación.

2.2.9 Tipo de carcasa.

El tipo de carcasa se seleccionará según las condiciones de operación del

motor, pudiendo ser en atmósferas corrosivas, con polvo, humedad o goteos e

inclusive en ambientes peligrosos o con peligro de explosión.

Existen otros puntos a tomar en consideración y que en muchas ocasiones se

llegan a omitir en la selección de motores, que son:

• Por el lugar de operación.

• Por su montaje.

• Por la infraestructura eléctrica del lugar.

3 En el anexo A se incluye una tabla con las dimensiones normalizadas de carcasas según NEMA


40

2.2.10 Por el lugar de operación.

Se determina donde va a funcionar el motor. Por ejemplo la consideración de la

altitud sobre el nivel del mar, sitio de la instalación del motor, es un factor que

con frecuencia no es considerado. Como se sabe, a grandes alturas la densidad

del aire es más baja y se reduce la efectividad de enfriamiento. Esta reducción

significa en forma aproximada que la temperatura de operación se incrementa

un 5% por cada 300 m. de elevación sobre el nivel del mar.

También se consideran especiales las siguientes condiciones de trabajo:

ambiente húmedo, a prueba de goteos, polvo, o a prueba de explosión para

atmósferas peligrosas; será necesario seleccionar adecuadamente la carcasa a

utilizar dependiendo de la situación, ya que un motor que opera a temperatura

ambiente libre de humedad tiene una constitución diferente a aquel que

trabajará en un lugar húmedo o de goteos constantes.

Es de suma importancia destacar que en muchas ocasiones esta es la causa

por la cual muchos motores fallan aun cuando sean relativamente nuevos,

recordemos que el estado físico de los aislamientos en las máquinas eléctricas

en general determinará su vida útil.

2.2.11 Por su montaje: un motor puede trabajar de forma horizontal como

vertical (ver figura 2.2), o en diferentes ángulos dependiendo de los

requerimientos.

Figura 2.2 Motor horizontal y vertical.


41

2.2.12 Por la infraestructura del lugar.

Se determina la tensión y capacidad que se tiene en la red de suministro

eléctrico o en la instalación eléctrica de la planta, en ocasiones será más

conveniente utilizar motores a 220V que a 440V debido a que en esta ùltima se

hace necesario la ayuda de un trasformador y por ende un mayor costo de

operación y mantenimiento.

De forma general podemos establecer dos puntos:

• Los motores monofásicos se fabrican de 127V y 220V.

• Los motores trifásicos son para: 220V, 440V, 575V, 2300V, 4000V,

4600V.

Existen otros aspectos que consideran los tipos de accionamiento o

acoplamientos del motor, que son requerimientos más específicos para cada

tipo de motor seleccionado y depende directamente de la carga.

2.3 LOS MATERIALES AISLANTES EN LA SELECCIÓN DE MOTORES.

Los materiales aislantes juegan un papel preponderante en la construcción

física de un motor eléctrico, pero también son fundamentales para asegurar un

correcto funcionamiento de sus partes, principalmente eléctricas, un motor

construido con materiales aislantes adecuados tendrá un mejor desempeño y

estará mejor protegido contra altas temperaturas originadas por sobrecargas;

también estará protegido contra agentes externos como la humedad que

pudieran dañar las bobinas de los motores y provocar fallas de manera severa.

Existe una gran variedad en orígenes y propiedades, muchos son de origen

orgánico como por ejemplo el papel, algodón, parafinas, etc., otros naturales,

pero de origen inorgánico, por ejemplo el vidrio, la porcelana y las cerámicas.

Existen también materiales sintéticos como el silicón o compuestos a base de

silicones.


42

2.3.1 Propiedades de los materiales aislantes.

Las principales propiedades que determinan la factibilidad de uso de un

material aislante son:

• La resistividad o resistencia específica.

• La tensión disruptiva.

• La permitividad y la histéresis dieléctrica.

En adición a las propiedades mecánicas y su capacidad para soportar la acción

de agentes químicos, el calor y otros elementos presentes durante su operación.

2.3.2 La temperatura.

Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la

temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura es

originada principalmente por las pérdidas durante su operación dichas

pérdidas se localizan principalmente en el estator y el rotor que constituyen el

circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto de histéresis

y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de la

inducción, es decir que influye el voltaje de operación.

Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación de

las máquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe de

controlar dentro de ciertos rangos previamente definidos. Las pérdidas en una

máquina son importantes no solo por el lado de la ineficiencia, si no que son

proveedoras de incrementos en la temperatura para los devanados, esta

elevación de temperatura puede causar ciertos efectos sobre los aislamientos de

los propios devanados o bien en los aislamientos entre devanados y estator o

rotor.

Por esta razón es importante que los aislamientos se mantengan siempre

dentro de los limites de temperatura que garanticen su correcta operación sin

perder sus propiedades aislantes, como la elevación de temperatura depende

también de la carga en las máquinas, se debe tener cuidado de mantener la


43

máquina dentro de sus limites de carga establecidos, de aquí surge nuevamente

la importancia de una correcta selección de motor.

2.3.3 Clasificación de los materiales aislantes.

La clasificación de materiales aislantes para máquinas eléctricas incluyendo los

motores, con relación a su estabilidad térmica cubre básicamente siete clases

de materiales aislantes que se usan por lo general y que son las siguientes:

Clase Y.

Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales, tales

como algodón, seda y papel sin impregnar.

Clase A.

Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales, tales

como el algodón, seda, papel con alguna impregnación o recubrimiento o

cuando se sumergen en dieléctricos líquidos tales como aceite. Otros materiales

o combinaciones de materiales que caigan dentro de estos límites de

temperatura pueden caer dentro de esta categoría.

Clase E.

Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales que por

experiencia o por pruebas pueden operar a temperaturas hasta de 15° C sobre

la temperatura de los aislamientos clase A.

Clase B.

Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales

como la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con algunas substancias

aglutinantes, puede haber otros materiales inorgánicos.

Clase F.

Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales, tales

como la mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. Con substancias aglutinantes, así

como otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente

inorgánicos.


44

Clase H.

Este aislamiento consiste en materiales, tales como el silicón, elastómeros y

combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio, asbestos,

etc. Con sustancias aglutinantes como lo son las resinas y silicones apropiados.

Clase C.

Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales

como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes.

A continuación se muestra la tabla 2.1; con las temperaturas permisibles para

cada clase de aislamiento.

Clase Temperatura

Y 90° C

A 105 °C

E 120° C

B 130° C

F 155° C

H 180° C

C Mayor a 180° c

Tabla 2.1. Clasificación de los materiales aislantes y su temperatura permisible.

2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE ARRANQUE.

Un aspecto importante cuando se habla de selección de motores, es el de la

elección del método de arranque adecuado, esta selección está restringida sobre

todo por el valor del par que se desea obtener del motor al arranque, dichos

métodos se explicarán de forma general a continuación.

Los motores en jaula de ardilla son maquinas con una impedancia en su

devanado estatórico, que permite su conexión directa a la red, sin el peligro de


45

destruir sus devanados. Sin embargo, la corriente demandada si bien no

perjudica al motor, si ocasiona perturbaciones en la red de alimentación, tanto

por su intensidad como por el bajo factor de potencia con que es absorbida;

sobre todo en máquinas con capacidades de 10 Hp y mayores.

Esta situación y el hecho de que el par pueda tener efectos no deseados en la

carga accionada, trae como consecuencia, el empleo de métodos de arranque,

en los cuales la conexión del motor ya no se hace de manera directa a la red.

Dichos métodos se explican a continuación.

2.4.1 Arranque a tensión plena.

El método más sencillo de arranque para el motor polifásico de inducción en

jaula de ardilla, es conectándolo directamente a la línea. Para esto se pueden

emplear dispositivos de arranque manuales o magnéticos.

El arranque a tensión plena se emplea cuando la corriente demandada, no

produce perturbaciones en la red y cuando la carga puede soportar el par de

arranque. En la figura 2.3 se muestra un diagrama lineal de control de un

arrancador electromagnético a tensión plena, de un motor trifásico en jaula de

ardilla.

L2 L3

fusible

fusible

M2 M3M1

MOTOR.

SC SC BP BA

M4

M

SC

CONTACTO PARA

DOS HILOS SI SE USA.

fusible

L1

fusible

fusible

Figura 2.3 Diagrama de arranque de un motor a plena carga.


46

2.4.2 Arranque a Tensión Reducida.

Esta manera de arrancar los motores obedece a alguna de las siguientes

razones: se desea disminuir la corriente de arranque demandada por el motor,

o bien, acelerar suavemente la carga, esto es disminuir el par.

Existen varias formas o métodos para lograr el arranque a tensión reducida.

Entre los principales se tienen:

a) Resistencias primarias.

b) Reactancias.

c) Autotransformador.

d) Estrella-Delta.

e) Devanado Partido.

Nota: en el último método mencionado, la disminución de la corriente y del par,

no se logra reduciendo la tensión al arranque en los devanados del motor, pero

es costumbre incluirlo en los de arranque a tensión reducida, porque los

resultados que se obtienen satisfacen los requerimientos.

En cualquiera de los métodos de arranque a tensión reducida, la corriente en

las puntas del motor, se reduce en proporción directa con la reducción de la

tensión, en tanto que el par lo hace con el cuadrado de esa tensión. De esta

manera:

.minmin

arranquedealnoalno

reducidoreducida xI

V

VI =

.min2

min

)( arranquedealnoalno

reducidoreducido xT

V

VT =

Se debe tomar en cuenta, que cuando se trata de reducir la corriente, aparece

una reducción del par que la máquina puede entregar. Independientemente de

cual sea la magnitud a regular, la otra siempre estará presente.

En el caso que se desee reducir el par para lograr una aceleración más suave de

la carga, el método está sin discusión, pero cuando se desea reducir la


47

corriente, por restricciones de la compañía suministradora, puede suceder que

la disminución del par, ocasione problemas al impulsar la carga.

2.4.3 Arranque con resistencias primarias.

En este método de arranque el motor se conecta a la línea, a través de un grupo

o banco de resistencias, produciendo una caída de tensión en ellas. Esta caída

disminuye la tensión aplicada a las terminales del motor, reduciendo la

corriente y el par durante el arranque. Una vez que el motor alcanza cierta

velocidad (superior al 70% de la nominal), se desconectan las resistencias,

dejando al motor funcionando con la tensión plena de alimentación.

En la figura 2.4 se muestra un diagrama lineal de control de un arrancador

electromagnético con resistencias primarias para un motor trifásico en jaula de

ardilla.

MOTOR.

L1 L2 L3

R1 R1 R1

M M M1 2 3

SC SC

BP SC

M

M4

4R

Figura 2.4 Diagrama esquemático de un arrancador a tensión reducida por resistencias. Las

contactos R1, R2, R3, Y R4 son accionados por un mecanismo.


48

2.4.4 Arranque con Reactancias.

Este método de arranque consiste en conectar el motor a la línea a través de

reactancias colocadas en cada una de las fases. Resultado de utilizar este tipo

de arrancador, el par en el arranque es muy bajo; además, el empleo de

reactancias disminuye aun más el factor de potencia durante la aceleración.

Estas características y su mayor costo, hacen que el tipo de resistencias que

acabamos de mencionar, sea preferido en lugar de éste en la mayoría de los

casos. En la figura 2.5 se muestra un diagrama lineal de control de un

arrancador electromagnético con resistencias primarias para un motor trifásico

en jaula de ardilla.

BA

CR

BP

CR

SC

R

L3

L2

L1R

90% 65% 50%

SC

SC

R

R

M

M

M

TRANSFORMADOR.

T

M

MCR

T

MOTOR.

Figura 2.5 Diagrama especificado de una arrancador a tensión reducida por reactancias. Nótese

el empleo de un transformador, para reducir la tensión de la línea, a valores adecuados para la

operación del circuito de control.


49

2.4.5 Arranque con Autotransformador.

El arranque con autotransformador conocido como compensador, tiene los

mismos propósitos que los arrancadores con resistencias o reactancias y a

pesar de ser más costoso, posee ciertas cualidades que lo hacen preferido en la

mayoría de las aplicaciones.

En los arrancadores con resistencias o reactancias, la disminución de la

corriente es proporcional a la disminución de la tensión, mientras que el par

disminuye con el cuadrado de esta. Así si en un arrancador se tiene una caída

de tensión en los bancos limitadores de un 20%, la corriente absorbida por el

motor durante el arranque, será el 80% de su valor si se arrancara a tensión

plena de la red, en tanto que el par se reduce a un 64%.

Supóngase que el mismo motor se conecta a un autotransformador durante el

arranque, como se muestra en la figura. 2.6. Si la tensión en los bornes se

reduce a un 80% respecto a la de red, la corriente absorbida por la máquina

disminuye en la misma proporción. Sin embargo, por la acción transformadora,

la corriente de la red que está dada por la relación siguiente:

%64%80%100

%80 === xIV

VI M

L

ML

Donde:

VM = Voltaje del motor.

VL = Voltaje de línea.

IL = Corriente de línea.

IM = Corriente del motor.

Resulta ser el 64% de la corriente, que absorbería el motor si se conectará

directamente a la línea.

Al 80% de la tensión nominal, el par durante el arranque se reduce a un 64%.

De esta manera, se puede observar que para el mismo par de arranque, el

arrancador con autotransformador produce una reducción de la corriente de la

línea, mayor que los arrancadores con resistencias o reactancias.


50

a

b

c

IM

IL VL Motor.

IL

VL

IM

VL x IL = VM x IM

Figura 2.6 conexión del motor durante el arranque con autotransformador.

Los rangos máximos a que se fabrican estos arrancadores, son de 125 Hp a

220V y 250 Hp a 440V.

2.4.6 Arranque Estrella – Delta.

Este método de arranque desarrollado hace ya muchos años en Europa,

consiste en conectar los devanados del motor en estrella durante el arranque y

luego pasarlos a conexión delta al terminar la aceleración.

“Evidentemente este método es realizable, en motores que funcionan

normalmente en conexión delta”.

Cuando el motor se conecta en estrella, la tensión en cada una de las fases será

1/ 3 del valor de la tensión de la línea, que se aplica a cada fase si se

conectara en delta. Por otro lado siendo la corriente de la línea en la conexión

estrella 1/ 3 de la corriente de la línea en conexión delta, la corriente

absorbida por el motor durante el arranque en estrella, será 1/3 del valor que

tomaría si se conectara en delta. El par de arranque también disminuye 1/3 de

su valor en conexión delta, puesto que su reducción es proporcional al

cuadrado de la tensión aplicada y siendo esta 1/ 3 , su cuadrado da el valor

mencionado.

Se puede observar en la figura 2.7. que en la posición estrella los devanados del

motor se conectan de esa manera y se mantienen en esta posición, hasta que el

motor haya adquirido por lo menos, el 80% de su velocidad nominal. Cuando


51

esto último sucede, se pasa rápidamente la palanca a la posición delta, dejando

al motor funcionando en condiciones normales de tensión, corriente y potencia.

L1

L2

L3

T3 T1 T2

T6 T4 T5

DELTA.ESTRELLA.

Figura 2.7 Diagrama de Arranque manual estrella delta.

Nótese que durante el cambio de estrella a delta, el motor se desconecta

momentáneamente de la red, por lo que estos montajes son de transición

abierta.

La figura 2.8, muestra el diagrama de arranque electromagnético a tensión

reducida Estrella – Delta, el cual puede mandarse por pulsadores o por

dispositivos de mando conectados a dos hilos.

SCSC SC

L1 L2 L3

BABPM

T

E

D

ET

M

SC SC

M M M

D

E E

D D

CONTACTORES D, E, M

RELE DE TIEMPO: T

Figura 2.8 Diagrama de Arranque Electromagnético a tensión reducida Estrella-Delta.


52

Al pulsarse el botón de arranque, se excitan las bobinas de los contactores M y

E se cierran, el motor se conecta a la línea con sus devanados estatóricos en

estrella. El tiempo de relé T actúa unos segundos después, ya que el motor se

haya acelerado, desconectando la bobina del contactor E y conectando la del

contactor D, que al cerrar sus contactos deja trabajando al motor en delta.

El circuito de la figura anterior corresponde a un arrancador con transición

abierta, ya que en la operación de apertura de los contactos E y el cierre de los

contactos D, el motor queda desconectado de la línea por un instante. Para

evitar la posibilidad que en el instante de la transición, el motor demande una

corriente elevada, se utiliza un controlador similar al anterior, pero que realiza

la transferencia de Estrella a Delta sin desconectar el motor de la línea. Los

arrancadores con estas características se llaman de transición cerrada. Ver

figura 2.9

M D

SC

R

R A

SC

R

CR

M D

SC

R

R

M D

BP BA

M

D

M

T

E

RT

D

EM

E

D R SC

B

EE

AR BR R C, , : RESISTENCIAS

L2L1 L3

Figura 2.9 Diagrama de arranque electromagnético a tensión reducida Estrella-Delta con

transición cerrada.


53

2.4.7 Arranque con devanado partido.

Frecuentemente los motores trifásicos jaula de ardilla, son construidos para

operar a dos tensiones; por ejemplo, 220 y 440 Volts. Esto se logra

embobinando el estator en dos secciones idénticas. Cuando estas secciones son

dos estrellas ver figura 2.10 y se conectan en paralelo durante la operación

normal del motor, el arranque por devanado partido puede ser empleado para

limitar la corriente y el par al arranque.

T1

4T

7T

8T

5T

2T3T

6T

9T

1T 7T

9T

3T

8T

2T

Figura 2.10 Conexión doble estrella de los devanados estatóricos.

Inicialmente se conecta a la alimentación una mitad del devanado estatórico y

luego, cuando el motor marcha cerca de su velocidad nominal, se conecta la

segunda mitad en paralelo con la sección ya excitada.

Generalmente se utiliza para motores conectados en estrella, pero puede

realizarse en motores con conexión delta, siempre y cuando ninguna de las

terminales de la conexión se abra durante la operación.

En el diagrama de la figura 2.11 se muestra un arrancador por devanado

partido. Para arrancar basta pulsar el botón de arranque, que permiten que se

energicen las bobinas del contactor 1M y del relevador de tiempo a bobina

energizada T; al energizarse 1M cierra sus contactos conectando medio

devanado del motor a la línea. Un tiempo después de energizarse T sus


54

contactos operan, excitándose la bobina 2M del contactor que conecta el

segundo devanado.

La secuencia descrita corresponde al arrancador denominado de dos pasos.

Una secuencia de tres pasos se realiza cuando se usan resistencias que se

conectan en serie con el devanado sencillo; este es el primer paso. El segundo

deja fuera las resistencias conectando a la red solamente el devanado y el tercer

paso conecta el segundo devanado en paralelo con el primero. Este método es

usado cuando la capacidad térmica del motor limita la aceleración; entonces el

tercer paso, si bien disminuye aun más el par inicial, reduce el efecto del

calentamiento permitiendo una aceleración más uniforme.

Motor.

BABP

1M

2M

1M

T

S.C

T

1M 2M 1M 2M 1M 2M

L1 L2 L3

S.C S.C S.C S.C

T 1

T 7

T 2T 8 T 3

T 9

Figura 2.11 Diagrama de control de un arrancador por devanado partido.


55

2.5 TRANSMISIONES MECANICAS.

La transmisión mecánica consiste en el elemento o conjunto de elementos que

constituyen la interfaz entre el eje del motor y el eje de la carga, responsables

de la transferencia de la potencia mecánica útil a la carga accionada.

Cualquier transmisión, con respecto al motor, representa un órgano que

reimpone esfuerzos mecánicos externos. Por este motivo se debe asegurar que

el motor y la transmisión sean compatibles.

Los motores normalizados por los fabricantes suelen ser adecuados a los tipos

más frecuentes de transmisiones; en aplicaciones donde los esfuerzos

originados en la transmisión exceden los límites admitidos por el motor,

haciendo que éste tenga funcionamiento precario o funcione con márgenes de

seguridad inaceptables, se ve la necesidad de una adecuación del proyecto o

incluso un nuevo proyecto.

En cuanto a la naturaleza de los esfuerzos externos sobre el motor, se pueden

clasificar las transmisiones en dos grupos básicos: directas y no directas.

2.5.1 Transmisiones Directas.

Son aquellas en que la punta del eje del motor solo recibe un esfuerzo de

torsión (par motor puro), además de una carga que corresponde al peso del

elemento de transmisión montado sobre el propio eje; El valor del peso de este

elemento es mucho menos significativo que el momento “torsor” para la

caracterización de los esfuerzos. En esta situación están incluidos: los

acoplamientos elásticos, los embragues en general, los acoplamientos

hidráulicos y los accionamientos hechos a través de un cojinete suplementario.

2.5.2 Transmisiones no Directas.

Son aquellas en que la punta del eje del motor, además de los esfuerzos

mencionados antes, recibe cargas externas y/o axiales. En esta situación se

tienen a las poleas y correas, ruedas dentadas, cadenas, engranes, ruedas de

adherencia, etc, cuando tales elementos están montados directamente sobre el

motor.


56

El análisis del comportamiento mecánico de una transmisión exige el

conocimiento de los parámetros siguientes (en caso de consultar al fabricante

del motor sobre la viabilidad o no de una transmisión, los mismos datos son

necesarios):

• Identificación del motor en cuestión (tipo, categoría, potencia, régimen,

rotación, forma constructiva).

• Informaciones sobre eventuales vibraciones transmitidas al motor.

• Peso del elemento montado sobre el eje del motor.

• Valor y sentido de la carga axial sobre el motor.

• Valor, sentido y posición de la carga radial externa actuante sobre el eje

del motor.

La aplicación será más crítica cuanto mayor sean los valores de las cargas

actuantes y cuanto más lejos del motor este el punto de aplicación de la carga

radial. Los valores excesivos pueden provocar fatiga precoz en el eje,

deformaciones anormales o hasta una brusca reducción en la vida útil de los

baleros.

2.5.3 Transmisiones por poleas y Bandas.

Este es uno de los más usados para distintos tipos de aplicaciones, y

dependiendo de éstas, existen básicamente tres modalidades de convertidores

que son:

• Con poleas para bandas en V.

• Con poleas para multibandas en V.

• Con poleas para bandas planas.

• Combinación de poleas para bandas plana y en V.

En la figura 2.12 se muestra una transmisión típica por correas y poleas.


57

b

d

D

T2

T1

Figura 3.12 Transmisión por poleas y correas.

Para la operación con carga se puede calcular la fuerza radial externa FR por la

resultante vectorial entre las fuerzas de tracción actuantes en las correas en los

lados tenso y flojo. Así:

FR = T1 + T2

El tensado de las correas regularmente se obtiene desplazando el motor sobre

rieles o por dispositivos tensores. El valor de la fuerza de estirado debe ser tal

que no permita el deslizamiento continuo de las correas sobre la polea motriz

en condiciones nominales de funcionamiento, aun cuando ocurra un “patinaje”

durante el arranque.

El análisis de una transmisión por poleas exige el conocimiento de los

siguientes datos:

• Identificación del motor.

• Procedencia, tipo, perfil y cantidad de correas.

• Diámetro primitivo de la polea motriz.

FR


58

• Diámetro primitivo de la polea movida o relación de transmisión.

• Anchura de las poleas y su posición longitudinal sobre la punta del eje.

• Distancia entre los centros de las poleas.

• Posición del eje movido en relación al eje motor (para motores

horizontales).

• Peso de la polea motriz.

2.5.4 Transmisiones por ruedas dentadas y cadena.

Mientras que una transmisión por poleas y correas funciona exclusivamente

por fricción, en las transmisiones por cadenas la posibilidad de deslizamiento

no existe. Por este motivo la cadena no necesita un sentido significativo como

en el caso de las correas.

La aplicación directa de las transmisiones por cadena en los motores es

bastante restringida pues, a pesar de su alta capacidad de carga, la cadena solo

puede trabajar en velocidades bastantes limitadas. Esta situación se

esquematiza en la figura 2.13

Figura 2.13 Transmisión por ruedas dentadas y cadena.

Se puede considerar que el lado flojo de la cadena trabaja prácticamente sin

tensión, y en estas condiciones la fuerza radial FR transferida del eje del motor

será:


59

d

MxFF t

TR 2==

Donde:

FR = La fuerza radial.

FT = La fuerza tangencial.

d = Diámetro de la rueda dentada en el motor.

La fuerza total efectiva o fuerza resultante aplicada sobre el eje de motores

horizontales será la suma vectorial de FR y GA (Donde GA es el peso del piñon).

Para un análisis de una transmisión por cadena son necesarios los siguientes

datos:


• Diámetro primitivo del piñón.

• Diámetro primitivo de la corona o relación de transmisión.

• Posición longitudinal del piñón sobre el eje.

• Posición del eje movido en relación al motor.

• Peso del piñón.

2.5.5 Transmisiones por engranes.

Como en las transmisiones por cadenas, los engranes también funcionan sin

deslizamiento.

La carga radial transferida al eje del motor se obtiene directamente por la

fuerza ejercida por el contacto entre los dientes de los engranajes. La figura

2.14, Muestra la configuración de un par de engranajes cilíndricos de dientes

rectos.


60

Figura 2.14 Transmisión por engranes.

Siendo β el ángulo de presión, característico del particular perfil utilizado, se

obtiene:

TR FFβcos

1=

Donde:

FR = Fuerza Resultante.

FT = Fuerza Total.

β = El ángulo entre la Fuerza Resultante y la Fuerza total.

No obstante, las transmisiones por engranes helicoidales, o cónicos, o del tipo

sin fin, generan también elevadas fuerzas axiales descargadas directamente

sobre el eje del motor.

En las transmisiones por engranajes se necesitan los datos que siguen para su

análisis:


• Tipo de engranaje.

• Diámetro primitivo del piñón.

• Características del perfil utilizado para los dientes (β).

• Posición longitudinal del piñón sobre el eje.

• Posición del eje conducido en relación al motor.

• Peso del piñón.

CAPÍTULO 3. PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.

61

CAPÍTULO 3 PRUEBAS A MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN. En el campo de la ingeniería eléctrica las pruebas forman parte fundamental,

cuando se habla de mantenimiento a las máquinas eléctricas. El presente

capítulo presenta de forma general la descripción de las pruebas, mencionando

los aspectos fundamentales de las mismas. Se debe tomar en cuenta la norma

mexicana al respecto por lo tanto la información aquí presentada puede ser

ampliada o complementada de otras fuentes.

Cuando se habla de pruebas a motores eléctricos se debe distinguirse entre las

que se efectúan en campo y las que se efectúan en la planta del fabricante

antes de que el motor salga al mercado, ambas tienen objetivos concretos, las

pruebas de campo o de mantenimiento preventivo sirven para dar un

diagnóstico rápido sobre el estado mecánico y eléctrico que guardan las

máquinas, y en caso de ser necesario se corrigen las fallas.

Las pruebas en los motores de corriente alterna, como en otras máquinas

tienen dos propósitos generales:

1. Verificar que las máquinas cumplan con las condiciones a que estarán

sometidas durante su operación, es decir de calentamiento, de voltaje,

mecánicas etc (pruebas básicas descritas en el capitulo IV).

Son conocidas como pruebas de mantenimiento preventivo.

2. Verificar las características de diseño de las máquinas indicadas

normalmente en la placa de características, estas pruebas pueden

subdividirse en:

• pruebas prototipo (solo a las máquinas que se diseñan y

construyen por primera vez).


62

• Pruebas de aceptación (para verificar que cumplan las

especificaciones hechas en una compra o pedido).

• Pruebas especiales.

Las pruebas específicas a desarrollar en los motores de inducción trifásicos son

las siguientes:

• Medición de la resistencia óhmica de los devanados.

• Prueba de vacío.

• Prueba de corto circuito o a rotor bloqueado.

• Prueba con carga para la determinación de la eficiencia, el factor de

potencia y del deslizamiento.

• Pruebas de aislamiento y de calentamiento.

3.1 MEDICION DE LA RESISTENCIA ÓHMICA DE LOS DEVANADOS.

La medición de la resistencia de los devanados del estator en los motores jaula

de ardilla se efectúa por lo general por el método de caída de voltaje (vóltmetro-

ampermetro), en forma excepcional, cuando se tienen resistencias elevadas se

usa el puente de Wheatstone y para devanados de muy baja resistencia se usa

el doble puente de Thomson.

3.1.1 Medición de la resistencia óhmica por el método de la caída de

voltaje (Vóltmetro - Ampérmetro).

Existen dos casos específicos:

• La opción 1 se usa para medir resistencia que se espera tengan valor

pequeño (del orden de décimas de ohm).

• La opción 2 de conexión del vóltmetro, es usada cuando se requiere

medir valores mayores de resistencia (del orden de décimas o enteros).

Ver los diagramas de conexión de la figura 3.1


63

Algunas consideraciones que se deben tomar en cuenta en la medición son las

siguientes:

• La medición está afectada por un error sistemático en la opción 1, ya que

el ampérmetro mide también la corriente que demanda el vóltmetro. Para

poder valorar este error, es conveniente desconectar el vóltmetro y

observar la variación en la lectura del ampérmetro. Cuando se trata solo

de algunas fracciones de división (en carátula del ampermetro) se puede

considerar el error como despreciable.

• Se recomienda que la lectura de las indicaciones se hagan

simultáneamente por dos observadores distintos.

• Durante la medición puede ser conveniente mover suavemente el

ampérmetro para obtener el balance apropiado de la aguja.

• En la resistencia por medir, la corriente se debe mantener (ajustando el

reóstato) a un valor tal que no se caliente sensiblemente. Para este fin se

aplica un termómetro en contacto directo con la parte en que se mide la

resistencia.

A

VRxR

T

B

T desconectaor o switchR Reostato de cursorB Bateria.

V

A

V

RxR

B

T

2

1

Diagrama eléctrico.

Diagrama de conexiones.

Figura 3.1 Medición de la resistencia óhmica de un motor con el método del vóltmetro ampérmetro.

T Desconectador o switch. R Reóstato de cursor. B Batería.

1. Conexión de vóltmetro para valores bajos de resistencia (décimas). 2. Conexión de vóltmetro para valores mayores de resistencia.


64

El reporte de las mediciones de esta prueba se puede anotar en una tabla (3.1)

como se muestra a continuación:

VOLTAJE CORRIENTE RESISTENCIA

Ω=I

VR

Constante

(Volts/Div.)

Lectura en

el vóltmetro

(Divisiones)

Volts Constante

(Amp/Div.)

Lectura

(Div)

Amp.

Valor medio medido.

Tabla 3.1 Forma de presentar los resultados de la prueba de resistencia óhmica.

3.1.2 Medición de la resistencia óhmica por medio del puente de

Wheatstone.

Existen diversos tipos de circuitos denominados puentes para la medición de

resistencias. El puente de Wheatstone es el más simple de estos circuitos para

el método de la medición óhmica. Está constituido por cuatro resistencias

dispuestas formando un cuadrilátero: en la diagonal se encuentra una fuente

de F.EM (pila) y un elemento de ajuste de cero Ra, Rb Rc son tres resistencias de

valor conocido y Rx es la resistencia por medir. Figura 3.2

B

Rc Rb

Ra

D

Rx

G

Ix

Ic Ib

Ia

C A

BAT.

G Galvanómetro.BAT. batería

Figura 3.2 Circuito para la medición de la resistencia por medio del puente de Wheatstone.


65

De la figura anterior:

Ra, Rb, Rc son resistencias de valor conocido (comprendidas entre 1 ohm a

10,00 ohms)

Rx = Resistencia por medir

Ia, Ib, Ic, Ix Son las corrientes que circulan por el puente.

En base a la polaridad de la batería se puede saber el sentido de circulación de

corriente a lo largo de ambas ramas, ya sea en el sentido A-B-C o A-D-C. en

cambio, no se puede establecer a priori el sentido de la corriente en la rama

diagonal donde se encuentra el indicador de cero o equilibrio (galvanómetro)

debido a que depende de la diferencia de potencial entre los puntos B y D . En

particular, la corriente es nula cuando los puntos B y D se encuentran al

mismo potencial, y ésta representa la condición de equilibrio del puente que se

debe encontrar para obtener la medición. La ausencia de corriente sobre el lado

B-D se controla por medio del ajuste de cero (moviendo la resistencia variable

Ra) que debe indicar exactamente cero.

Haciendo los cálculos en el circuito eléctrico, se encuentra que la condición de

equilibrio se expresa por medio de la formula:

)( cb

a RR

RRx =

Los lados A-B y A-D se les conoce como brazos del puente (resistencias Rb y Ra )

y el lado B-C se conoce como lado de balance (resistencia Rc ). La medición se

efectúa conectando la resistencia incógnita (por medio) al puente (los otros tres

lados se mantienen por lo general fijos) y regulando para ajustar a cero con el

lado variable de resistencia. La condición de mayor sensibilidad del puente se

obtiene cuando Ra y Rx, asi como Rb y Rc tienen aproximadamente el mismo

valor, la condición ideal es que las cuatro resistencias tengan los mismos

valores o al menos muy cercanos entre si. El error de medición de este puente

es mínimo cuando se miden resistencias de valor medio comprendidas entre

algunos ohms y alrededor de 10, 000 ohms.


66

Por lo general todos los elementos del puente se encuentran contenidos en una

caja, a excepción de la batería. Las dos diagonales del puente están

normalmente abiertas y se cierran en el momento de la medición por medio de

dos interruptores. El interruptor del galvanómetro es del tipo pulsante para

evitar que cuando se conecte la pila o batería, pueda existir daño o desajuste.

La pila utilizada, puede ser de 8 volts y 20 ampere-hora.

C

R2 Rx

b dL1R1

L2R2

G

Figura 3.3 Puente de Wheatstone tipo Regla.

Cuando se utiliza el puente de Wheatstone tipo regla el valor de la resistencia

por medir queda determinada por la siguiente ecuación:

1

32 ))((

R

RRRx =

Los resultados que se obtienen para la medición de resistencia usando el

puente de Wheatstone (usado para valores de 1 ohm a 10,000 ohms. Los datos

obtenidos se reportan en una tabla (3.2) de la manera siguiente:

Ra

(Ω)

Rb

(Ω)

Rc

(Ω) )(Rc

Rb

RaRx =

Tabla 3.2 Presentación de datos obtenidos de la prueba de resistencia óhmica mediante el

puente de Wheatstone.


67

3.1.3 Medición de resistencia usando el doble puente de Thomson.

Para la medición de resistencias muy pequeñas (menores de 1 ohm), se emplea

el llamado puente de Thomson, el cual tiene como característica fundamental

dar una indicación independiente de las eventuales variaciones de corriente en

el circuito en el cual se encuentra la resistencia por medir. En la figura 3.4 se

muestra el diagrama eléctrico del doble puente de Thomson.

Ra

Ia Ib

Rb

Rk

Rp

Rx

Ia

Ra' Rb'

Ib'

A

G

Figura 3.4 Diagrama del doble puente de Thomson.

“Una característica fundamental del puente de Thomson, es la de evitar la

influencia de la resistencia de contacto, que en el caso de la medición de

resistencias de valor muy bajo, pueden falsear la medición o lectura”..

La metodología del doble puente de Thomson se basa esencialmente en la

comparación entre la caída de tensión provocada por la resistencia incógnita Rx

y una resistencia patrón Rk del mismo orden de magnitud, conectadas en serie

entre si y alimentadas por una batería. En los extremos de estas dos resistencia

se derivan los conductores que llevan las resistencias Ra, Ra’, Rb y Rb’ del

puente entre las cuales se inserta un galvanómetro.


68

3.2 PRUEBA DE VACIO EN LOS MOTORES DE INDUCCION.

De esta prueba se obtiene como resultado las pérdidas en vació (en el fierro y

mecánicas) la corriente de vacío y el factor de potencia en vacío. Estos

elementos son muy importantes para valorar la calidad de un motor asíncrono

o de inducción. Específicamente el objetivo de esta prueba es determinar:

• Problemas mecánicos (desbalance, chumaceras) ruidos y conexiones en

mal estado.

• Las pérdidas en vació (Po), y la saturación del circuito magnético.

• La corriente de vacío o de excitación y la corriente en el motor(solo rotor

devanado)

• El deslizamiento en vacío.

• Las curvas características.

El desarrollo de la prueba se hace alimentando la máquina a un 110% de la

tensión nominal o a la tensión nominal, a la frecuencia nominal, haciendo girar

en vacío. Se mide la potencia (Po) y la corriente absorbida (Io) para cada valor

de voltaje, de estos valores se determina el factor de potencia en vació. De

acuerdo a la expresión matemática siguiente:

03 IxV

PCOS O

o =φ

Donde:

COS0 = Factor de potencia en vacio.

P0 = Perdidas en vacío.

I0 = Corriente en vacío

V = Tensión nominal del motor.

El diagrama para la prueba se muestra en la figura 3.5


69

V

V

A3

A2

A1

f

MW2

W1

3.5 Diagrama de conexiones para la prueba de vacío.

Los instrumentos a utilizar para la prueba son:

1 Frecuencímetro

3 Ampèrmetros.

2 Vóltmetros.

2 Wáttmetros.

1 Tacómetro.

Ejemplo de una prueba y resultados.

Se realizo la prueba de vació en un motor de inducción del tipo jaula de ardilla,

con el estator conectado en estrella. Los datos del motor son los siguientes:

• Potencia nominal. 100 hp (73.6 KW).

• Tensión nominal 440 V.

• Frecuencia 60 HZ.

• Número de polos 6.

• Conexión del estator: Estrella.

• Rotor: jaula de ardilla.

El valor de la resistencia promedio por fase es: RF=0.215 ohms en el estator.

Los valores obtenidos de la prueba son los que se muestran en la tabla. 3.3


70

F

(HZ)

Velocidad

(R.P.M)

V0

(Volts)

Io

(Amp)

W1

(Watts)

W2

(Watts)

W=W1+W2

(Watts)

3 x R0 x I02

(Watts)

P0=W-3R0I02

(Watts)

60

60

60

60

60

1200

1200

1200

1200

1200

264

374

418

462

484

17.5

27.0

34.0

40.0

54.0

2830

5840

7950

9820

14760

-1135

-3270

-4685

-5990

-8870

1695

2570

3265

3820

5890

195

470

745

1030

1870

1500

2100

2520

2800

4020

Tabla 3.3 Datos obtenidos de una prueba de vacío.

Con los datos anteriores se puede trazar la característica de vacío. Figura 3.6

0 100 200 300 400 500 V

1000

2000

3000

4000

W

0

A

10

30

50

Po

Io

Figura 3.6 Curva característica de vacío.

De la curva anterior, correspondiente al voltaje nominal.

V=440 Volts, Io=52 A, Po=2650 Watts.

Y el factor de potencia en vació será:

067.05244073.1

26500 ==

XCOSφ


71

Algunas veces es conveniente expresar el valor de las pérdidas en vacío en

función del cuadrado del voltaje, con lo que obtiene una curva que da mayor

claridad y se puede separar las pérdidas por fricción y ventilación. Figura 3.7

Po

P fierro.

Pf+V

V2

Figura 3.7 Pérdidas en vacío en función al cuadrado del voltaje.


Pfierro = Perdidas en el fierro.

Pf+v = Perdidas por fricción y ventilación.

3.3 PRUEBA DE CORTO CIRCUITO O ROTOR BLOQUEADO EN MOTORES

DE INDUCCIÓN.

Por medio de esta prueba se determina la potencia y corriente, así como el

factor de potencia, que tiene un motor cuando su rotor está cerrado en corto

circuito y tiene su rotor bloqueado, de manera que se le impida girar, de aquí

que se conozca también como prueba de rotor frenado, los objetivos de esta

prueba son determinar:

• Las pérdidas en los devanados del motor( estator y rotor)

• La corriente de corto circuito.

• El voltaje de corto circuito o de impedancia.

• Las curvas características.


72

A partir de estos datos se puede calcular:

• La impedancia, resistencia, reactancia del motor.

• El factor de potencia en corto circuito.

• La corriente a tensión nominal.

• Las pérdidas en los devanados a tensión nominal.

• La determinación del diagrama circular.

El desarrollo de esta prueba se lleva a cabo de la siguiente manera:

1.- Se realizan las conexiones de acuerdo al diagrama de la figura 3.8

2.- Disponga el mecanismo de freno y bloqueo del motor como se muestra

3.- Con la tensión en cero o mínimo, bloquee el motor y enseguida aumente

la tensión hasta un 30% de la tensión nominal y en cada paso se toman las

lecturas de los instrumentos.

GPesas

A1

f

A2

A3

W1

W1

V

V

M

Dinamometro.,

Figura 3.8 Diagrama para la prueba de rotor bloqueado.


73

Ejemplo de esta prueba:

Se efectuó la prueba de motor trifásico de inducción, con el devanado en

estrella, los datos de placa son los siguientes:

• Potencia Nominal 100 hp

• Tensión Nominal 440 V.

• Frecuencia 60 Hz.


• Conexión del estator. Estrella.

Los resultados que se obtuvieron al efectuar la prueba son anotados en una

tabla (3.4), que se muestra a continuación:

Tem.

°C

F

(HZ)

Tensión

(Volts)

Icc*

(A)

W1

(Watts)

W2

(Watts)

Pcc=W1+W2

(Watts)

19 60 115 150 9900 -4750 5150

19 60 155 215 19600 -9400 10200

19.5 60 200 254 28500 -13700 14800

20 60 230 300 39600 -19000 20600

20 60 260 345 52000 -25000 27000

Tabla 3.4 Datos obtenidos al realizar una prueba a rotor bloqueado.

*Promedios de los tres ampérmetros.

Con los datos obtenidos de la tabla anterior se traza la curva de características

de corto circuito. Figura 3.9


74

10 000

30 000

50 000

70 000

90 000

100 000

110 000

00

200

400

600

800

0 100 200 300 400 450

A W

Pcc

Icc

V.

Figura 3.9 Curva característica de corto circuito a rotor bloqueado.

Los datos de la curva han sido extrapolados, de manera que, considerando una

temperatura de 20° C.

Tensión nominal de 440 Volts.

Icc = 740 A,

La potencia en corto circuito es:

Pcc =107 000 Watts.

El factor de potencia sera:

19.07404403

107000

3===

xxxVxI

PCOS

CC

CCCCφ

Donde:

Pcc = Potencia de corto circuito.

V = Voltaje nominal.

Icc = Corriente de corto circuito.


75

3.4 PRUEBA PARA LA DETERMINACION DEL RENDIMIENTO EFECTIVO.

Este tipo de pruebas se hace a los motores de inducción con la finalidad de

determinar su eficiencia o rendimiento, así como las curvas par-velocidad, y

entre otras cosas obtener la siguiente información:

• Par de arranque.

• Par nominal.

• Par mínimo de arranque.

• Par máximo.

A partir de la información anterior se obtiene también:4

• La potencia.

• La corriente.

• El deslizamiento.

• El factor de potencia.

• La eficiencia.

La obtención del rendimiento efectivo se puede hacer especialmente para

motores pequeños, con la prueba directa, es decir, alimentando el motor a la

tensión y frecuencia nominales y cargándolo por medio de un freno

dinamometrico que se aplica en su flecha.

De los distintos tipos de freno que existen, se hace referencia al freno de Prony

(ver figura. 3.10) pues es el freno mas usado.

4 Esta prueba será explicada de manera general, los parámetros calculados a partir de la prueba pueden ser estudiados en el libro “El BC de las Máquinas eléctricas” tomo II Motores de corriente alterna, autor. Enriquez Harper Gilberto, Edit. Noriega.


76

Brazo del par.

Ajuste.Gancho fijo

Filtro deVibraciones.

Radio de Fuerza. (d)

Blocks del freno T = F X d

Figura 3.10 Medición del par por medio del freno de prony.


T = El par desarrollado.

F = Fuerza.

d = Radio de aplicación de la fuerza.

La potencia Pa (potencia absorbida), se obtiene por medición, usando el método

de los dos wattmetros (ver diagrama de la prueba) figura 4.9. Es conveniente

hacer notar que la frecuencia y la tensión de alimentación deben ser los valores

nominales y también es muy importante que las mediciones del par se hagan

en forma contemporánea y precisamente cuando el freno esta en condiciones de

equilibrio.


77

El rendimiento se obtiene de la expresión:

aP

Pn =

Donde:

P = Es la potencia que desarrollara el motor durante la prueba.

Pa = Es la potencia de entrada del motor y se mide directamente en los

wattmetros.

Durante esta prueba se obtiene también el factor de potencia, que es un dato

muy importante para los motores de inducción y casi siempre es un factor

sujeto a garantía. Si se trata de cargas simétricas y balanceadas se puede

calcular con la expresión:

))((3 IV

PCOS a=φ

Donde:

V = Voltaje de alimentación.

I = Corriente de línea.

Par máximo. y corriente de arranque.

Por lo general las normas de diseño y fabricación de motores eléctricos

establecen que un motor trifásico que se alimenta al voltaje y frecuencia

nominal debe soportar durante 15 segundos, sin frenarse y acelerarse

bruscamente, un par igual a 1.6 veces el valor nominal.

Otros datos muy importantes para los motores de inducción son el par y la

corriente que el motor demanda en el momento del arranque (par y corriente de

arranque). Es conveniente aclarar la diferencia entre par máximo y par de

arranque. Para aplicaciones especiales (aparatos de tracción, elevadores,

máquinas con momento de inercia particular) este dato se considera como

parte de la especificación.

La ejecución de la prueba se hace siempre por vía directa con el freno.


78

Deslizamiento.

Como recordaremos el deslizamiento está dado por la expresión:

o

o

N

NNS

−=

De donde.

N0 = Velocidad de vació.

N = Velocidad efectiva o real del rotor.

El deslizamiento ocurre en cuanto se frena el motor cuando se le aplica la

carga. La determinación experimental del deslizamiento se puede hacer

calculando la velocidad de sincronismo con la expresión:

P

fNO

)(60=

De donde:

f = Frecuencia en hertz

P = Número de polos.

La velocidad N se mide con el tacómetro. Para mediciones de precisión se

emplea el método de la medición de la frecuencia y de la corriente del rotor con

el llamado método de la lámpara “estromboscópica” que usa también un disco

auxiliar que se monta en la flecha del motor. La lámpara estromboscópica es

algo más que una lámpara de gas neón de tipo globo. Esta lámpara descarga

cuando se aplica aproximadamente el 50% del voltaje y cesa la descarga

cuando cae a un valor debajo del indicado.

Durante cada ciclo la lámpara está dentro (ON) dos veces y fuera (OF) dos veces

también. El disco se marca en sectores alternados en negro y blanco y hay

tantos sectores negros, como polos tenga el devanado del estator; durante cada

ciclo del voltaje aplicado el disco se ilumina dos veces.


79

Si el rotor en donde se tiene la velocidad síncrona pudiera tener exactamente

media revolución durante cada medio ciclo o tiempo entre periodos de

brillantez de la lámpara.

De la prueba para la determinación del rendimiento efectivo es posible verificar

las características electromecánicas, o sea las curvas por medio de las cuales se

pueden analizar las variaciones del número de revoluciones, con relación a su

efecto por rendimiento, factor de potencia, así como de la corriente en función

de la potencia de las máquinas.

Ejemplo de la prueba:

Se efectuó la prueba para la determinación del rendimiento efectivo de un

motor trifásico de inducción con las características siguientes:

• Potencia nominal. 15 HP (12 KW)

• Tensión nominal. 440 Volts.

• Frecuencia nominal. 60 Hz.


• Conexión del estator. Estrella

El diagrama de conexiones para la prueba se muestra en figura 3.11

MA

W2

V2

W1f

V1

L

Figura 3.11 Diagrama para la prueba del rendimiento efectivo.


80

De estos datos se deben trazar las curvas características. El procedimiento de

prueba recomendado es el siguiente:

1) En el momento del cierre del interruptor de la alimentación al motor

tener en corto circuito los ampérmetros y las bobinas de corriente de los

wáttmetros.

2) Alimentar a la frecuencia y tensión nominal.

3) Arrancar el motor en vacío sin aplicar el freno.

4) Cargar con el peso que se coloca en la extremidad del brazo de leva de la

parte opuesta al sentido del movimiento.

5) Aplicar la carga cerrando el mecanismo del freno gradualmente.

6) Para la prueba debe existir más de una persona, ya que se deben tomar

las lecturas en forma simultánea en el instante que el freno se encuentra

equilibrado.

7) Para cada condición de carga repetir las lecturas.

8) Durante la prueba enfriar y lubricar el freno.

Los datos obtenidos de la prueba se pueden reportar de la manera que se

muestra en la tabla 3.5.


81

f

hz

n

RPM

V1

Volts

V2

Volts

I

(A)

W1

Kw

W2

(Kw)

Pa=W1+

W2

(Kw)

cosg

=1000 x

kw/√3xVxI

L

(m)

Q

(Kg)

P=0.0013

xQxLxN

(Kw)

n=

P/Pa

60

60

60

60

60

60

1785

1775

1765

1750

1740

1720

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

9.6

14.1

18.6

23.8

25.8

31.4

0.5

1,9

3.5

5.2

5.6

6.7

3.8

6.2

7.6

9.8

10.6

12.8

4.3

8.1

11.1

15.0

16.2

19.5

0.53

0.66

0.73

0.76

0.76

0.74

0.8

0.8

0.8

0.8

0.8

0.8

2.5

5.0

7.5

10.0

11.0

13.0

3.667

7.313

10.900

14.420

15.771

18.42

0.85

0.90

0.98

0.96

0.97

0.94

Tabla 3.5 Datos obtenidos realizar una prueba de rendimiento efectivo.

De la tabla anterior:

f = La frecuencia del sistema, que es constante.

n = La velocidad nominal del motor en r.p.m

V1 y V2 = Voltaje nominal

I = Es la corriente promedio de los tres ampérmetros es decir:

3321 III

I++

=

W1 y W2 = La potencia medida por los wátmetros.

Pa = Es la potencia absorbida en las terminales del motor (potencia de entrada)

es decir:

Pa = W1 + W2

COS = EL factor de potencia en el motor y se calcula:

))((3

)(1000cos

IV

Kw=φ


82

P = Es la potencia que desarrollara el motor (potencia de salida) se calcula

como:

))()()(00103.0( NLQP = dado en kw

Donde:

L = Es la longitud de la palanca del freno dada en metros.

Q = Es el peso aplicado al freno dado en Kg.

EL valor de 0.00103 es una constante.

La gráfica obtenida con los datos de la tabla anterior se muestra en la figura

3.12

Figura 3.12 Gráfica de los resultados de la prueba de rendimiento efectivo.

10

20

1400

1500

N (R.P

.M)

5 10 12 15

N

n

cos

A

n

cos

PO

TENCIA

NO

MIN

AL.

30

A

POTENCIA DESARROLLADA EN KW


83

3.5 PRUEBA DE TEMPERATURA O CALENTAMIENTO.

Como se sabe las pérdidas en las distintas partes de una máquina eléctrica, se

manifiesta en firma de calor. Este calor transmite una parte al medio ambiente

por radiación y por conveccion, y una parte es absorbida por los materiales de

la máquina, elevando su temperatura con respecto a su calor especifico.

Cuando esta temperatura alcanza un valor tal que el calor producido iguala la

cantidad de calor cedido al ambiente y se mantiene constante, se dice que la

máquina alcanza su “régimen termino”.

La temperatura de régimen tiene una gran importancia para el funcionamiento

y vida de la máquina, dado que los aislamientos, que en gran parte están

constituidos por materiales orgánicos que a una cierta temperatura se

carboniza perdiendo su calidad de aislante. Es evidente que reduciendo sus

características dieléctricas estos aislamientos, la máquina opera en condiciones

peligrosas, por otra parte recordemos de lo estudiado anteriormente que la

temperatura tiene una notable influencia sobre el buen funcionamiento de las

chumaceras (baleros).

En la siguiente figura (3.13) se muestra de manera gráfica los límites de

temperatura para Máquinas eléctricas de acuerdo a su clase de aislamiento.

AislamientoClase A105° C.

Clase B130° C.

Aislamiento

Clase C155° C.

Aislamiento

Clase H180° C.

Aislamiento

165° C.

145° C.

120° C.

100° C.

Elevación de Temperaturapor el método de la resistencia. 105° C

1

2

Limite máximo permisiblede acuerdo a la clase de aislamiento.

Limite máximo de tep. usandoel método de la resistencia.

Temperatura ambiente Limite. 40° C3

2

1

Figura 3.13 Gráfica de límites de temperatura según su clase de aislamiento.

Limite máximo permisible de acuerdo a La clase de aislamiento.

Limite máximo de temperatura usando el método de la resistencia


84

3.6 METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA TEMPERATURA.

Los diferentes métodos usados para la determinación de la temperatura en las

distintas partes de una Máquina eléctrica son:

• Por termómetros: en este caso se usan termómetros de bulbo o de

termopar aplicados a los puntos de las Máquinas en donde se desea

conocer la temperatura.

• Por variación de resistencia: éste método se usa principalmente para

la determinación de la temperatura en los devanados, consiste en

efectuar dos mediciones de resistencia, la primera con la máquina fría y

la segunda con la máquina en caliente. El método a emplear en la

medición de la resistencia es el del voltmetro y el ampérmetro.

• Con relevadores internos: estos se aplican durante la construcción de

la máquina, usando también termopares para aquellas partes de la

máquina que son inaccesibles. El campo de aplicación de cada uno de

estos métodos se explica en la tabla 3.6.


85

Método. Aparatos usados. Campo de aplicación.

Por

termómetro.

Termómetros de mercurio o de

alcohol.

Termómetros eléctricos de

resistencia o de termopar no

predispuesto.

Se aplica en general para la medición

de la temperatura:

• De todos los órganos que no sean

devanados.

• De puntos particulares de la

superficie de los devanados.

• De los devanados en corto circuito

permanente.

• De los devanados de baja

resistencia en los cuales las

conexiones hacen que solo sea una

parte de la resistencia total.

Por

variación de

resistencia.

Medición de la resistencia por

el método del vóltmetro y el

ampérmetro.

T1=Temperatura al inicio de la

prueba.

T2=T1+(R2-R1)/R1(A+T1)

R1 = Resistencia al inicio de la

prueba.

R2 = Resistencia al final de la

prueba.

A = Constante.

=234.5 para el cobre.

=230 para el aluminio.

Se aplica en general para la medición

de la temperatura de los devanados de

las máquinas eléctricas.

Relevadores

internos.

Termopares o resistencias

ajustadas y dispuestas en la

Máquina en puntos

inaccesibles como Máquina

completa.

Se aplica para los estores de

máquinas síncronas o de inducción de

potencias superiores a 5000 Kva o en

núcleos con longitudes mayores a 1

metro.

Tabla 3.6 Métodos de prueba para la medición de temperatura para máquinas eléctricas.


86

Procedimiento para la prueba.

La prueba consiste en llevar a la máquina al valor de su propia carga nominal y

mantenerla así hasta que alcance su temperatura nominal o de régimen.

Si se trata de máquinas con servicio intermitente se someterá a las mismas a

periodos sucesivos de trabajo con carga nominal y con periodos de reposo y de

funcionamiento en vacío, según sea el tipo de intermitencia en el trabajo.

En el caso de los motores de inducción, la carga se aplica por medio de freno

dinamométrico, es decir aplicando el freno de prony por ejemplo.

Debido a que en la última parte de la prueba, es decir cuando se aproxima a la

temperatura de régimen. La temperatura aumenta lentamente, para no

prolongar la prueba en forma excesiva, en conveniente en general suspender la

prueba cuando la temperatura no aumente más de 2o C en un lapso de una

hora.

Se deben considerar los siguientes aspectos para el desarrollo de la prueba:

1) La medición de la resistencia óhmica de los devanados antes de la prueba

se debe efectuar con la máquina a la temperatura ambiente.

2) En la medición de la resistencia, tener cuidado de conectar el vóltmetro y

efectuar la medición cuando la corriente esté estabilizada y desconectarlo

antes de interrumpir el circuito.

3) Disponer los equipos de manera que se pueda, con la mayor rapidez

posible reponer el circuito de prueba al final de la prueba en el mismo

punto.

4) Localizar los termómetros en los puntos accesibles que presumiblemente

resulten los más calientes, introduciéndolos, si es posible, dentro de la

parte por medir, teniendo por lo tanto un buen contacto y quedando

fuera de la corriente de aire. La temperatura del rotor solo se puede

medir obviamente cuando está parado.


87

5) La temperatura ambiente se debe medir introduciendo el bulbo del

termómetro en pequeños recipientes metálicos con aceite de manera que

no queden expuestos a las corrientes de aire, a los rayos del sol o bien

otras fuentes de calor.

6) Aplicar carga a la máquina de manera que, con frecuencia y voltaje

nominal absorba la corriente correspondiente a la potencia nominal.

Manteniendo tal condición hasta que se alcanza la temperatura de

régimen.

7) La prueba con carga se puede iniciar también con la Máquina a una

temperatura distinta a la temperatura ambiente.

8) Las lecturas se deben efectuar a intervalos regulares de tiempo,

reduciéndolos cuando se acerca el final de la prueba (por ejemplo cada 15

minutos).

9) Al final de la prueba (cuando se ha alcanzado la temperatura de régimen),

parar la máquina, evitando que funcione en vació.

10) Los termómetros que se mantienen en su posición durante el

funcionamiento con carga, pueden indicar una temperatura superior

estando parado el motor, que cuando está en movimiento (estando

parada la ventilación), se requiere registrar la temperatura máxima.

11) Antes de efectuar la medición de la temperatura, desconectar

totalmente todos los circuitos de alimentación y medición de la corriente

alterna.

12) Efectuar las operaciones con la máxima rapidez, ya que si del

momento en que se interrumpe el funcionamiento con carga al momento

en que se efectúan las mediciones transcurren algunos minutos, se debe

trazar entonces un diagrama de temperaturas extrapolando valores.


88

Ejemplo de la prueba:

Se efectuó la prueba en un motor trifásico de inducción rotor jaula de ardilla,

con las siguientes características:

• Potencia nominal. 75 hp (55 Kw)

• Tensión nominal. 440 V.

• Numero de polos. 4

• Frecuencia. 60Hz

El diagrama de conexiones de la prueba se muestra en la figura 3.14

MA

W2

V2

W1f

V1

L

Figura 3.14 Diagrama de conexiones para la prueba.

El diagrama de localización de los termómetros para la medición de la

temperatura se muestra en la figura 3.15


89

V

A

tf st

tcrt

Figura 3.15 Disposición de los termómetros en la prueba de temperatura.

Los datos obtenidos al efectuar la prueba se anotan en una tabla (3.7)

Hora. Tem.

ambiente

Tem.

Núcleo

estator.

Tem. Dev

estator.

Tem.

chumaceras

Tensión

Volts

Corriente

Amp

8:00

8:30

9:00

9:30

10:00

10:30

11:00

11:30

12:00

12:15

12:30

12:45

13:00

21

21

21

21

21

21

24

24

24

24

25

25

25

21

45

57

63

66

68

69

70

70

70

71

71

71

21

49

61

66

69

71

72

72

72

72

73

73

73

21

35

49

41

41

41

41

42

42

43

43

43

43

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

440

91

91

91

91

91

91

91

91

91

91

91

91

91

Tabla 3.7 Datos obtenidos de una prueba de temperatura.


90

Las Temperaturas reportadas al final de la prueba con la máquina parada. Se

deben reportar como se muestra en la tabla 3.8

Tem.

Ambiente

oC

Tem.

Núcleo

Estator oC

Tem.

Devanado

Estator oC

Tem. En

chumaceras

oC

Tem.

Rotor

oC

Temperatura

sobre la

ambiente

25 74

49

77

52

45

55

80

20

Tabla 3.8 Datos reportados al final de la prueba.

Valores obtenidos de la medición de la resistencia en el estator en frió 210 C por

el método del vóltmetro y el ampérmetro.

V = 1.70 Volts.

I = 20 Amperes.

R = 1.70/20 = 0.085 Ohms.

Valores obtenidos de la medición de la resistencia en el estator después de la

prueba;

V = 2.10 Volts

I = 20 Amperes.

R = 2.10/20 =0.105 Ohms.

Conclusiones.

Resistencia del devanado del estator a 210 C = 0.085 Ohms.

Resistencia en el devanado del estator al final de la prueba = 0.105 Ohms.


91

La temperatura del devanado del estator con resistencia se calcula como:

Cxt o1.81)215.234(085.0

085.0105.0212 =+−+=

Temperatura ambiente 210 C.

Elevación de temperatura del devanado del estator:

.2 ambientett − = 81.10-21.00 = 60.10C.

CAPÍTULO 4. DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.

92

CAPÍTULO 4

DETECCIÓN DE FALLAS EN MOTORES


Dentro del mantenimiento correctivo a motores se debe de determinar las

posibles causas que originan las fallas en los equipos, principalmente aquellas

de origen mecánico, que en su mayoría conducen a otras fallas de muy

diversos tipos.

En este capítulo se presenta una guía general para la localización de fallas en

motores trifásicos de inducción, y sus posibles soluciones. El mantenimiento

correcto de los equipos debe estar sujeto a las características particulares de

cada motor, uso y lugar de operación.

4.1 CLASIFICACION DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE

INDUCCION.

La localización de las fallas no lleva mucho tiempo, si los técnicos de

mantenimiento siguen algunas reglas básicas. Estas técnicas permiten

acercarse al problema de una forma muy rápida.

1. El primer paso para la localización de fallas o problemas en cualquier

circuito, es tener una clara comprensión del circuito o componente, así

como su función antes de comenzar. Si no se comprende cómo funciona

un circuito o alguna componente del mismo cuando hay un problema, es

casi imposible detectarlo, porque no se sabe qué es lo que se busca. Esto

no significa que se deba tener un conocimiento profundo del circuito o

sus componentes, pero sí un conocimiento general.


93

2. El siguiente paso en la detección de las fallas es eliminar lo obvio, no

importa que tan simple pueda parecer, esto incluye verificar primero:

fusibles, interruptores, restablecer botones, etc.

3. El siguiente paso es aislar el problema en el circuito de control, el circuito

de fuerza o la alimentación. En cada una de estas áreas, áun cuando

están conectadas y relacionadas, se pueden detectar fallas.

En la práctica se deben de disponer de procedimientos que permitan

diagnosticar posibles fallas en los motores mismos o en sus circuitos de

control, para la localización rápida, se necesita cierto conocimiento e

información de cómo proceder, pero también se requiere el uso de herramientas

y equipo de prueba.

Las fallas en los motores pueden derivarse de muchos factores pero en general

se pueden englobar en la clasificación siguiente:

• Fallas mecánicas.

• Fallas eléctricas.

• Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento.

• Otras.

Se puede ejemplificar en porcentajes la ocurrencia de fallas en los motores

eléctricos de inducción en la Tabla siguiente:

Fallas eléctricas. 33%

Fallas mecánicas. 32%

Fallas debidas a los efectos ambientales

Y de mantenimiento.

15%

Otras. 20%

Total. 100%

Tabla 4.1 Porcentaje de ocurrencia de fallas en motores de inducción.


94

La clasificación de estas fallas de forma aproximada se muestran en las tablas

siguientes:

Fallas eléctricas.

Sobrecargas persistentes. 5 %

Deterioro normal. 28 %

Total. 33 %

Tabla 4.2 (a). Porcentaje de fallas eléctricas.

Fallas mecánicas.

Alta vibración. 15.5 %

Pobre lubricación. 16.5 %

Total. 32 %

Tabla 4.2 (b). Porcentaje de fallas mecánicas.

Por efectos ambiéntales y de

mantenimiento.

Temperatura ambiente elevada. 3 %

Pobre ventilación o enfriamiento. 3.5 %

Presencia de agentes químicos

abrasivos.

4.0 %

Presencia de otros elementos y

mezclas anormales.

3.5 %

Voltajes anormales. 0.4 %

Frecuencia anormal. 0.6 %

Total. 15 %

Otras. 20 %

Tabla 4.2 (c). Porcentaje de fallas por efectos ambientales y de mantenimiento.


95

4.1.1 Fallas mecánicas.

Estas representan un alto porcentaje del total de las fallas en los motores

eléctricos, pero son más fácilmente detectables, por esta razón se pone más

atención a las fallas de origen eléctrico.

Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el rotor. Es posible

que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial; sin embargo, un

cambio en su carga o en el acoplamiento, se manifestará como una sobrecarga

en el motor. Las chumaceras o baleros comenzarán a fallar, los engranes están

expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo

de fricción que se manifieste como una sobrecarga. Cuando se presenta una

sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura

del mismo, reduciendo la vida del aislamiento.

Los problemas en baleros y chumaceras son una de las causas más comunes

en los motores, también la alineación errónea de èstos y la carga, malos

acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranes,

son causas comunes de fallas mecánicas. Por otro lado, se debe hacer un

correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración.

4.1.2 Inadecuada lubricación.

Es importante mantener el motor con la adecuada lubricación en sus baleros, a

continuación se describen algunas recomendaciones que hace “US MOTORS”

(Fabricante de motores eléctricos)5 al especto

5 Para mayor información se puede consultar la página de Internet. www.usmotors.com


96

Instrucciones de lubricación con grasa.

• Las unidades se prelubrican en fábrica y, por lo tanto, no requieren

lubricación inicial.

• La frecuencia de lubricación dependerá de la velocidad, los rodamientos y

el tipo de funcionamiento.

• La Tabla 4.3 ofrece las frecuencias de engrasado sugeridas, pero cabe

destacar que ciertas condiciones de operación podrían demandar

lubricaciones con mayor regularidad.

• El motor debe permanecer desactivado y los controles eléctricos abiertos

y trabados para evitar que se accionen.

• Mientras se realizan las tareas de servicio técnico (consulte la sección de

Seguridad). Si necesita sacar el motor de su lugar de almacenamiento,

consulte los procedimientos pertinentes.

• Nunca utilice sondas mecánicas mientras el motor se encuentra en

funcionamiento.

• Aplique grasa nueva en el orificio de entrada; consulte las cantidades de

reengrasado adecuadas que se indican en la Tabla 4.3. La grasa nueva

debe ser compatible con la que se encuentra en el motor (vea el aviso de

precaución).

• Accione el motor durante 15 a 30 minutos con el drenaje destapado para

facilitar la salida del exceso de grasa. Apague la unidad y coloque

nuevamente el tapón.

• A continuación, ponga en marcha el motor. Algunos motores cuentan con

baleros sellados que no deben volver a engrasarse.

“El exceso de grasa puede elevar demasiado las temperaturas de los baleros,

dañar el lubricante y provocar fallas en los baleros. Por lo tanto, evite el

engrasado excesivo”


97

Número de balero

Común.

Número de balero

AFBMA

Grasa

(onzas)

Frecuencia de lubricación.

62XX 63XX XXBC02 XXBC03 3600 R.P.M 1800 R.P.M 1200 R.P.M

6203-6207 6303-6306 17-35 17-30 0.2 2 Años 3 Años 3 Años

6208-6212 6307-6309 40-60 35-45 0.4 1 Año 2 Años 2 Años

6213-6215 6310-6311 65-75 50-55 0.6 1 Año 2 Años 2 Años

6218-6220 6312-6315 80-100 60-75 1.0 6 Meses 1 Año 2 Años

6221-6228 6316-6320 105-140 80-100 1.8 6 Meses 1 Año 1 Año

Tabla 4.3. Frecuencia y cantidades de engrasado sugeridas. (Para lubricar unidades que se encuentran en servicio)

Nota: Para motores montados en sentido vertical o que se encuentran en

entornos hostiles, reduzca la frecuencia indicada en un 50 por ciento.

Consulte la placa de datos del motor para obtener información sobre los baleros

provistos para un motor específico. Si el balero no se encuentra en esta lista,

utilice la siguiente fórmula para calcular la cantidad de grasa requerida:

G = (0.11)(D) ( R)

Donde:

G = Cantidad de grasa en onzas.

D = Diámetro externo de los baleros en pulgadas.

R = Ancho de los baleros en pulgadas.

Grasas recomendadas.

Las siguientes grasas pueden utilizarse en reemplazo de la grasa provista desde

fábrica (a menos que se indique lo contrario en la placa de lubricación del

motor. Tabla 4.4

FABRICANTE GRASA (NLGI No 2) EXXON CORP POLYREX-EM

CHEVRON U.S.A INC. SRI N02

Tabla 4.4. Fabricantes y tipo de grasa recomendada.


98

4.1.3 Fallas eléctricas.

Se trata en realidad de fallas en los aislamientos del motor. Para comprender el

mecanismo de la falla en los aislamientos eléctricos de los motores, es

conveniente iniciar con una descripción de los componentes del sistema de

aislamiento.

a) Aislamiento primario. Es el que se encuentra entre el cobre (los

conductores) y el núcleo de hierro laminado se le denomina el aislamiento

a tierra y, por lo general, se trata de un polímero, o bien una combinación

polímero/mica para los motores que operan en alta tensión. En la

actualidad, los materiales son extremadamente durables, esto es que no

se deterioran o se queman, excepto a temperaturas muy elevadas; son

resistentes a ataques de agentes químicos y mecánicamente son

duraderos.

b) Aislamiento de fase a fase. Es similar a aquel que se tiene entre el

devanado y tierra, es decir, se requiere un polímero de alta resistencia,

este aislamiento se coloca entre las espiras y al final. El aislamiento de

las bobinas de un motor reúne esta forma de construcción.

c) Aislamiento de espira a espira. Es una película delgada de poliéster

aplicada a la superficie del conductor (cobre) usado en el devanado del

motor.

Bajo condiciones normales de operación, el voltaje entre espiras nunca es muy

alto, de manera que no se pone demasiada atención a esta componente

secundaria del aislamiento del devanado, sin embargo, el deterioro de este

aislamiento es una causa de las fallas en los motores eléctricos.

Si se toman las medidas preventivas apropiadas, un buen número de las fallas

de los motores eléctricos se pueden evitar o prevenir, y con ello aumentar la

vida útil de los mismos.


99

Una incorrecta alimentación de voltaje al motor puede reducir la vida o causar

una falla rápida, si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta

una corriente mayor que la normal.

“Si el voltaje decrece en una forma brusca, se presentará una corriente excesiva

que sobrecalienta al motor”.

Un voltaje alto en la línea de alimentación a un motor reduce las pérdidas RI2 ,

pero produce un incremento en el flujo magnético, con un consecuente

incremento de las pérdidas en el hierro.

Los motores de inducción se pueden operar en forma satisfactoria bajo

condiciones de operación con carga nominal y con una variación del voltaje de

+/-10% en sus terminales. Por otro lado, una variación de la frecuencia de +/-

5% se considera permisible.

4.1.4 Fallas debidas a efectos ambientales y de mantenimiento

Otro grupo importante de las fallas los constituyen los efectos ambientales,

como son: altas temperaturas, la presencia de agua, polvo, grasas, aceite, etc.,

que tienen que ver con los aspectos de mantenimiento y selección de los

motores.

Frecuentemente la temperatura excesiva causada por el ambiente o por un

problema con el motor mismo, es una de las fallas en el motor. Los motores

deben operar dentro de sus valores nominales de temperatura (dato de placa),

para asegurar una larga vida.

“Por cada 10° C que un motor opera sobre su valor nominal de

temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad”6

6 “Selección y aplicación de Motores Eléctricos” (ver bibliografía)


100

Otros elementos de ambiente agresivo que deben ser evitados, son los

siguientes:

• Humos o vapores corrosivos.

• Aire salino.

• Suciedad excesiva.

• Polvo.

• Otros contaminantes.

La humedad es también otra fuente común de las fallas en los motores

eléctricos, ésta se forma en la superficie de los aislamientos debido al ambiente,

cambios de temperatura o la exposición indirecta al agua. Por lo anterior, la

superficie del aislamiento se puede hacer altamente conductiva, lo que se

traduce en una falla del aislamiento, y en consecuencia del motor.

4.1.5 Mantenimiento inadecuado.

El mantenimiento preventivo básico, puede prevenir o retrasar la falla en un

motor eléctrico. Existen algunos elementos indicativos, a primera vista, de falta

de mantenimiento al motor, que pueden conducir a problemas más severos,

entre otros elementos se mencionan los siguientes: presencia de polvo,

humedad e impurezas.

4.1.6 Instalación inadecuada.

Los errores en el montaje de los motores pueden ser una de las causas de falla.

Algunas ocasiones, el tamaño de los tornillos o anclas de montaje y sujeción no

es el apropiado, o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a

problemas de vibraciones con posibles fallas en las chumaceras o hasta en el

eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan de fundamental importancia

para evitar problemas mecánicos y eventualmente eléctricos.


101

4.1.7 Otros factores de falla.

Lo son la inadecuada selección y/o instalación.

El grado de selección y aplicación de un motor como ya se mencionó

anteriormente puede variar ampliamente, por lo que es necesario, en primera

instancia, que se seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor de

acuerdo a la carga.

Se debe tener en cuenta que los ciclos de trabajo son los que más dañan a los

motores. Cuando no son seleccionados en forma apropiada, los arranques, los

paros y frenados bruscos, así como los periodos de aceleración largos,

conducen a fallas en el motor.

4.2 DETERMINACIÓN DE LAS FALLAS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN.

Los motores eléctricos presentan muchas fallas que son comunes en casi todo

tipo de motor , la única diferencia radica en el aspecto constructivo del mismo

ya que se pueden tener más o menores componentes; en este caso en

particular sólo estaremos hablando de las fallas comunes en motores trifásicos

de inducción jaula de ardilla tema principal de este trabajo.

La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos se

pueden detectar por una simple inspección, o bien efectuando unas pruebas. A

este tipo de pruebas se les conoce como pruebas de diagnóstico o de

verificación, se inician con la localización de fallas con las pruebas más

simples, y el orden en que se desarrollan normalmente tiene que ver con el

supuesto problema.

Los equipos que se pueden utilizar para las pruebas van desde los más

sencillos, como son las lámparas de prueba, hasta los instrumentos digitales,

que en algunos casos pueden ser sofisticados.


102

Algunas de las condiciones anormales pueden resultar bastante fáciles de

identificar, sin necesidad de pruebas complicadas. En algunos casos son

totalmente detectables a simple vista por observación y algunas fallas eléctricas

sólo con la ayuda de una lámpara de prueba.

Las fallas o averías más frecuentes que se pueden presentar en los motores

trifásicos de inducción son las siguientes.

• Fusibles quemados.

• Chumaceras o cojinetes desgastados.

• Interrupción de alguna fase.

• Sobrecargas.

• Fases invertidas.

• Corto circuito.

• Conexiones internas erróneas.

• Contactos a tierra de los devanados.

• Cojinetes excesivamente apretados.

• Tapas mal montadas.

• Eje torcido.

• Barras del rotor flojas.

Un principio básico es la observación de manera periódica de los motores, y la

elaboración de un programa de mantenimiento de acuerdo a las condiciones de

servicio. Periódicamente se debe inspeccionar lo siguiente:

1. Limpieza general.

2. Condiciones eléctricas.

3. Las temperaturas ambiente elevadas y la ventilación.

4. El alineamiento con la carga.


103

5. Lubricación apropiada y el desgaste de las chumaceras del motor y de la

carga.

6. El deterioro del aislamiento de los devanados.

7. La condición del rotor.

8. El desgaste den los interruptores.

4.3 PROBLEMAS DE ORIGEN MECÁNICO EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS

DE INDUCCIÓN.

Los problemas de origen mecánico más comunes en los motores eléctricos son:

• Cojinetes (chumaceras) desgastados.

• Tapas mal montadas.

• Cojinetes (chumaceras) excesivamente apretadas.

• Eje torcido.

4.3.1 Cojinetes desgastados.

Cuando existe un desgaste en las chumaceras se produce un descentramiento

del eje del rotor, y debido a que el entrehierro (espacio de aire entre el estator y

el rotor) es muy pequeño. Este descentramiento produce algunas veces roce

mecánico entre el rotor y el estator, originando un deterioro en los devanados.

Este tipo de fallas se pueden identificar con las marcas echas al rotor debido al

rozamiento con los devanados del estator.

4.3.2 Tapas mal montadas.

Cuando una tapa no se adapta bien a la carcasa de un motor, las chumaceras

no quedan alineadas y, entonces no se puede hacer girar el rotor con facilidad,

esto es notable cuanto se quiere hacerlo girar con la mano. No hay más que

alinear las tapas y volver a apretarlas firmemente con sus tornillos.


104

4.3.3 Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados.

Cuando los cojinetes están excesivamente ajustados con el eje del rotor, resulta

muy difícil hacerlo girar con la mano, entonces la solución es rectificar los

cojinetes para que se ajusten adecuadamente.

4.3.4 Eje torcido.

Si después de que las tapas del motor están bien montadas, se tiene dificultad

para hacer que gire el motor accionándolo manualmente, entonces, es casi

seguro que el eje se encuentra torcido. Esta falla se puede verificar

desmontando al rotor del motor y colocándolo entre los puntos de un torno.

Accionando el torno se observará si la flecha o eje gira centrada o descentrada.

La reparación de esta falla en motores pequeños se pueda hacer con el rotor

montado sobre los puntos del torno, y con una placa o un pedazo de tubo

colocado en la parte curvada se intenta enderezar.

4.4 FALLAS ELÉCTRICAS COMUNES EN LOS MOTORES TRIFASICOS DE

INDUCCION.

Las fallas eléctricas potenciales que pueden ocurrir en los motores de

inducción son:

• Efectos de desbalanceo de tensión.

• Efectos de operación de una fase.

• Efectos de sobrecarga.

• Efectos ambientales y de mantenimiento.

4.4.1 Desbalance de tensión.

De forma general se puede establece, en base ala literatura sobre el tema que,

cuando los voltajes están desbalanceados se presentan corrientes inducidas

mayores en el rotor, debido a que tienen una menor impedancia.


105

Por ejemplo para un desbalance de voltaje del 3%, el desbalance de corriente

puede ser del 18% al 24%. El incremento en la corriente del estator es

usualmente pequeño, por lo tanto, la protección de sobrecarga no opera a

tiempo para protegerlo. Este calor adicional en el rotor, se puede presentar en

un periodo de tiempo considerable, y debido a que las laminaciones del rotor y

su eje constituyen un elemento metálico continuo, este calor se transmite a las

chumaceras reduciendo su vida útil.

4.4.2 Efecto de la pérdida de una fase.

Los efectos potenciales a los que puede conducir la pérdida de una fase son

similares a aquellos producidos por el desbalance de voltaje; sin embargo, la

pérdida de una fase representa uno de los peores casos de desbalance de

voltaje, adicionalmente también, en los devanados de las dos fase restantes que

quedan en operación, se presenta un sobrecalentamiento excesivo.

“El desbalance en los motores trifásicos ocurre cuando se aplican cargas

monofásicas, lo que ocasiona que una o dos de las líneas lleven más o meno

carga”

El desbalance comienza cuando se agregan cargas monofásicas adicionales al

sistema. Este desbalance produce que las líneas trifásicas no se encuentren

desfasadas 120° eléctricos en sus corrientes y voltajes, y que los motores

trifásicos operen a temperaturas superiores que las que se indican como

valores nominales. A continuación se muestra una grafica (figura 4.1) que

muestra la relación entre el porcentaje de desbalance y el porcentaje de

elevación de la temperatura.


106

20

100

200

300

400

500

600

700

% D

E E

LEVACIO

ND

E T

EM

PERATU

RA.

% DE DESBALANCE.

0 5 10 15

Figura 4.1 Relación entre desbalance y elevación de temperatura.

4.4.3 Efectos de la sobrecarga.

La sobrecarga mecánica se manifiesta, con un sobre calentamiento en el

estator, en tanto que los problemas de arranques repetidos y paros repetidos,

generan esfuerzos mecánicos sobre los cabezales de las bobinas.

Estas fuerzas mecánicas generadas vía el proceso de operación del motor

(arranque-paro, etc.), se reflejan como un esfuerzo físico en los cabezales de las

bobinas y terminales de las espiras de cobre, incrementando los problemas

potenciales por fractura del aislamiento de las partes conductoras.

Otra posibilidad que se presenta es un incremento de la temperatura del

aislamiento, como resultado del proceso de arranque y paros del motor en

tiempos relativamente cortos.

El calor generado por estos procesos incrementa la temperatura, acelerando el

deterioro del aislamiento, en combinación con los esfuerzos físicos aplicados al

sistema de aislamiento si se tiene polvo o humedad se puede acelerar el proceso

de falla.


107

“Las sobrecargas no deberían afectar a un motor correctamente protegido, ya que

cualquier sobrecarga mayor que el ajuste de la protección contra sobrecarga debe

ser detectada y removida”

A continuación se presenta un resumen de las fallas más comunes en los

motores eléctricos y sus efectos. Tablas (4.5(a) A 4.5(f)).

Fallas potenciales en la

red de alimentación. Efectos

1.-pérdida de una fase en

la red de alimentación.

• Calentamiento excesivo en los devanados de

las fases restantes.

• Calentamiento en el rotor(barras del rotor y

problemas con chumaceras y lubricantes.

2.-fusible fundido en un

fase de la red de

alimentación.

Falla en una fase de la

línea.

Tabla 4.5(a). Fallas y efectos ocasionados por la red de alimentación.


108

Fallas potenciales en el sistema de

distribución de la propia planta. Efectos.

• Desbalance en la fuente de

voltaje.

• Pérdida de una fase en el control

del motor.

• Conductor abierto en una fase

del devanado.

• Fusible fundido en una fase.

• Falla en una fase de un cable.

• Operación incorrecta en una fase

de una cuchilla desconectadora.

• Sobrecalentamiento por pérdida

de conexiones en alguna fase.

Estator.

1.- Desbalance de voltaje máximo.

2.- Calentamiento excesivo en los

devanados de las dos fases restantes.

Rotor

1.- Calentamiento en las barras.

2.- Calentamiento del rotor y la flecha.

3.- Vibración del rotor.

4.- Fallas de chumaceras.

Tabla 4.5(b). Fallas y efectos ocasionados en el sistema de distribución de una planta.

Fallas potenciales en la red de

alimentación. Efectos.

• Bajo voltaje.

1.- Sobrecalentamiento en el devanado

del estator.

2.-Deterioro del aislamiento (fractura y

pulverización).

3.- Corto de espira a espira, de bobina a

bobina o de fase a fase.

4.-Daño en el estator.

Tabla 4.5(c). Fallas y efectos ocasionados en la red de alimentación.


109

Fallas potenciales del sistema de

distribución. Efectos.

• Ciclo excesivo de trabajo o cargas

pulsatorias.

• Sobrecargas continuas.

• Tiempos de aceleración

prolongados.

• Problemas mecánicos en las

cargas.

• Bajo voltaje en la alimentación.

• Arranque y paros repetidos.

1.- Sobrecalentamiento en el devanado

del estator.

2.-Deterioro del aislamiento (fractura y

pulverización)

3.-Corto de espira o de bobina, de fase a

fase, o de fase a tierra.

4.-Daño en el estator.

Tabla 4.5(d) Fallas y efectos ocasionados en el sistema de distribución.

Fallas potenciales de tipo eléctrico. Efectos.

• Temperatura ambiente elevada.

• Obstrucción en el sistema de

ventilación.

1.- Sobrecalentamiento en los

devanados.

2.-Deterioro de los aislamientos por

sobrecalentamiento.

3.-Falla de aislamiento de las bobinas.

• Contenido excesivo de

armónicas.

1.- Incremento en las corrientes

circulantes y pérdidas por histéresis en

las laminaciones.

2.- Sobrecalentamiento en los

devanados.

3.-Falla de aislamiento en las bobinas.

• Esfuerzos de voltaje. 1.- Falla dieléctrica del aislamiento.

2.- Falla del aislamiento de las bobinas.

Tabla 4.5(e). Fallas y efectos del tipo eléctrico.


110

Fallas potenciales de tipo

mecánico Efectos.

• Pérdida o exceso de

lubricante.

• Contaminación en el

lubricante de las chumaceras.

• Sobrecalentamiento en el

lubricante de las chumaceras

o cojinetes.

• Pérdida o sobrecalentamiento

en el agua de enfriamiento.

1.- Sobrecalentamiento y/o deterioro

en el lubricante de las chumaceras.

2.- Falla de chumaceras (baleros).

• Pérdida de alineación en el eje

o problemas con la

cimentación.

1.- Vibración excesiva.

2.- Sobrecalentamiento y/o deterioro

en el lubricante de las chumaceras.

3.- Falla de chumacera.

Tabla 4.5(f). Fallas y efectos del tipo mecánico.

4.5 DESCRIPCIÓN DE PRUEBAS ELÉCTRICAS DE MANTENIMIENTO A LOS

MOTORES DE INDUCCIÓN.

Cuando se requiere localizar una falla en un motor es conveniente

inspeccionar todo el sistema que compone el circuito de arranque del mismo

antes de aplicar las pruebas de inspección a los devanados de la máquina.

Estas pruebas pueden realizarse con la ayuda de una simple lámpara en serie,

un óhmetro o multímetro y deben realizarse para determinar la continuidad de

la alimentación desde la fuente hasta las terminales del motor.

Una de las causas por las que un motor de C.A no arranca o tiene problemas

para hacerlo es que existan fallas en su alimentación. Por lo que hay que


111

fusi

ble

F1

L1

F2

fusi

ble

L2

fusi

ble

F3

L3Voltmetro.

Línea 1 y Línea 2bajo prueba.

determinar si existe potencial entre terminales y si los voltajes entre fases son

iguales, hasta determinar el estado en que se encuentran los fusibles, para

localizar posibles fallas, En las figuras (4.2 y 4.3) se muestra la manera de

comprobar el estado de los fusibles del interruptor que alimenta el motor.

Figura 4.2 Prueba de una línea de alimentación con un vóltmetro.

fusi

ble

fusi

ble

fusi

ble

F1 F2 F3

L1 L2Voltmetro.

Fusible F2 bajo prueba

L3

Figura 4.3 Prueba de un fusible

1.- No hay lectura del vóltmetro indica fusible en mal estado.

2.- Si hay lectura del vóltmetro el fusible está en buen estado.


112

4.5.1 Pruebas Eléctricas al motor de inducción trifásico.

La mayoría de las fallas eléctricas en los motores se deben principalmente a

fallas en el aislamiento de los devanados, ya que estos fallan porque los

motores operan con temperaturas arriba de sus valores nominales; esta

condición puede ser causada por una sobrecarga o una pobre ventilación.

También son causa de fallas en los motores eléctricos: la exposición a la

humedad, las atmósferas corrosivas, el polvo, las limaduras o partículas

metálicas, así como los arcos eléctricos en la alimentación o fallas en los

controladores (arrancador, cuchillas, etc.). Una de las fallas más comunes en

los devanados (bobinados) es el corto circuito, éste se puede dar cuando dos o

más espiras están eléctricamente en contacto, cuando una espira hace contacto

con las laminaciones del estator o rotor, o bien con la carcasa. Esto quiere decir

que el corto circuito puede ser entre devanados o de un devanado a tierra; estos

tipos de corto circuito conducen a su vez a otra falla, que es la de devanado o

bobina abierta.

Un corto circuito en cualquier parte del devanado puede provocar una

operación ruidosa del motor, con presencia de humo. Otro indicativo del corto

circuito es la demanda o consumo de una corriente elevada cuando el motor

opera en vacío, ósea sin carga mecánica.

Para localizar una bobina en corto circuito se pueden usar los siguientes

métodos.

1. Si el motor lo permite, se pone en marcha y se deja operar durante un

tiempo, localizando al tacto la bobina más caliente, que será la que se

encuentra en corto circuito.

2. Otro de los métodos comunes para el desarrollo de las pruebas eléctricas

en los devanados, son los siguientes:


113

• El método de la lámpara de prueba.

• El método de volt-ampérmetro de gancho.

• El método de Megger o medidor de resistencia de aislamiento.

• El método del Growler o Zumbador.

• El método del milivóltmetro.

Estos procedimientos y métodos de prueba simplificados se ilustran en los

siguientes esquemas, la idea de estos procedimientos es que sean fácilmente

interpretados, y que de los resultados se puedan tener los diagnósticos y la

localización de las fallas.

4.5.2 El método de la lámpara de prueba.

Se conecta una punta de prueba a la carcaza y la otra se conecta a cada

Terminal de fase en forma alternativa. Si el contacto chispea o prende la

lámpara (aun con baja intensidad) entonces hay falla a tierra. Ver figura 4.4

Fase A Fase B

Fase C

Lámpara de prueba (10 o 15 w)

Alimentación.Cables de prueba

Carcaza

Figura. 4.4 Método de la lámpara de prueba para localizar fallas a tierra.

Carcasa.


114

4.5.3 Localización de fallas de fase a tierra por medio de un

voltampérmetro de gancho.

• Para determinar si un devanado está a tierra o tiene un valor muy

bajo de resistencia de aislamiento, se conecta a un voltampérmetro de

gancho como se muestra en la figura 4.5

• La fuente de alimentación puede ser de 120 V o 127 V, se usa el rango

más bajo de la escala, si el devanado esta a tierra es simplemente un

caso de resistencia de aislamiento.

• Un valor de resistencia a tierra es simplemente un caso de resistencia

de aislamiento baja.

• Un devanado que no está a tierra da un valor muy pequeño o

despreciable.

Carcaza

1 2

3

0.00 A.

Punta de prueba.

Punta de prueba. A la Línea de alimentación.

Motor conectado en estrella.

Voltampermetro de gancho.

Figura. 4.5 Localización de fallas de fase a tierra, por medio de un voltampérmetro de gancho.

Voltampérmetro de gancho.


115

4.5.4 Determinación de devanados abiertos con voltampérmetro de gancho.

• Para determinar si un devanado está abierto, conectar las puntas de prueba como se muestra en la figura 4.6, si el devanado está abierto, no hay indicación de voltaje.

• Si el circuito no está abierto. El voltampérmetro conectado como

voltmetro se reflexiona o lee a plena carga.

Punta de prueba.

3

Motor conectado en estrella.

1 2

A la Línea de alimentación.Punta de prueba.

0.00 A.


Figura. 4.6 Localización de Devanados abiertos por medio de un voltampérmetro de gancho. 4.5.5 Prueba de rotores jaula de ardilla por medio del Glowler.

La pérdida en el par de salida a velocidad nominal en un motor de inducción se

puede deber a circuitos abiertos en el rotor jaula de ardilla. Ver figura 4.7

Para probar el rotor y determinar si las barras están abiertas se procede de la

siguiente manera:

1. Colocar el rotor sobre el Glowler7.

2. Se coloca el voltampérmetro de gancho en la línea de alimentación y se

ajusta el ampérmetro a la escala más grande.

7 El Glowler (Gruñón) no es más que un inductor cuyo campo se hace pasar al devanado del rotor (barras en el caso del rotor jaula de ardilla).



116

3. Energizar el Glowler y girar el rotor sobre el mismo tomando nota de las

corrientes. el Glowler funciona como el primario de un transformador.

4. Si el rotor esta bien debe tener más o menos la misma indicación de

corriente en todas las posiciones.

5. Si alguna barra está abierta entonces la corriente baja en el punto que

está abierto.


0.00 A.

Rotor.

Glowler.

A la linea de Alimentacion.

Figura 4.7 Prueba de Rotores con Glowler.

4.6 PRUEBAS DE AISLAMIENTO A LOS MOTORES DE INDUCCIÓN. En una industria es común el chequeo o mantenimiento preventivo a motores

que son considerados como claves en el proceso de producción de la planta.

Estos motores generalmente son de potencias considerables y por lo tanto su

costo de reparación es elevado, así como la sustitución del mismo, también se

toma en cuenta las pérdidas en la producción que se originan por tener un

motor fuera de servicio.



117

En general los motores fraccionarios o de potencias pequeñas no son

considerados para este tipo de pruebas.

Se pueden desarrollar tres tipos de pruebas básicas para probar el aislamiento,

cualquiera de ellas ofrece buenos resultados respecto al estado del aislamiento

del motor.

• Prueba de aislamiento de corta duración. (prueba de aislamiento spot).

• Prueba de índice de polarización.

• Prueba comparativa de paso de voltaje.

4.6.1 Prueba de aislamiento de corta duración.

Esta prueba también conocida como “prueba de aislamiento spot”, es la

prueba de resistencia de aislamiento más simple, durante esta prueba el voltaje

de salida del aparato probado se eleva hasta el valor deseado, y a un tiempo

determinado se toma la lectura de resistencia de aislamiento. Los niveles de

voltaje recomendados para esta prueba se muestran en la tabla 4.6.

La medición de la resistencia de aislamiento se efectúa con una fuente de

alimentación en corriente continua y con un voltaje de al menos 500 volts, por

medio de un aparato denominado “Megóhmetro”. Estos aparatos pueden ser de

500 volts, 1000 volts, o 1500 volts y con acoplamiento manual o motorizado.

Valores de niveles de tensión de prueba recomendados para pruebas de resistencia de aislamiento. (en mantenimiento de rutina para equipos hasta 4160 V o mayores)

Voltaje del equipo por probar (En C.A)

Voltaje de la prueba (En C.D)

Hasta 100 V 440 V A 550 V 2400 V 4160 V y Mayores.

100 V y 250 V 500 V y 1000 V 1000 V a 2000 V o Mayores. 1000 V a 5000 V o Mayores.

Tabal 4.6 Valores de tensión de prueba recomendados para pruebas de resistencia de

aislamiento.


118

Para obtener el valor de la resistencia, es práctica común que la prueba de

resistencia de aislamiento spot se desarrolle por un tiempo de 60 seg., porque

en muchos casos la lectura de la resistencia de aislamiento se continúa

elevando para un periodo de tiempo mayor. Si la prueba siempre se suspende a

los 60 segundos, se establece un parámetro consistente para cada máquina.

La prueba spot se usa cuando se desea obtener una evaluación rápida de

referencia de las condiciones de un motor, las lecturas se deben tomar:

• Entre cada fase del motor y tierra.

• Entre las tres fases unidas temporalmente contra tierra.

En la figura 4.8 se muestra un esquema para la realización de esta prueba.

Si los valores de lectura están arriba de los valores mínimos aceptables, el

motor se considera en condiciones de operación para un periodo de tiempo

preseleccionado (por lo general de 6 meses a 1 año).

Para motores hasta 460 V de tensión nominal, el valor mínimo aceptable es de

1 Megohm. También se establece que no debe ser menor de 1 Megohm del valor

obtenido con la expresión:

)(100

minMegohms

KVAenPotencia

alesterenTensionR oaislamient +

>

El valor de resistencia de aislamiento deberá ser de alguna manera mayor,

dependiendo de la historia del aislamiento; sin embargo, los valores aceptables

pueden variar de acuerdo a otros factores, tales como: voltajes nominales de los

motores y tipos de aislamiento, altura de operación sobre el nivel del mar,

potencia nominal del motor y el medio ambiente en el lugar de la instalación.


119

Lo más importante con la prueba de aislamiento tipo spot es la tendencia de los

valores comparativos de las lecturas de la prueba año con año. Estas lecturas

proporcionan una excelente guía de las condiciones del motor.

'Megohmetro.

L1

A tierra

L2

L3

cada Fase a tierra.Se mide la resistencia de

Y Posteriormente las tres fasesUnidas Temporalmente contra tierra.

Figura 4.8 Esquema Para Efectuar La Prueba de Aislamiento de Corta Duración.

4.6.2 Determinación del índice de Polarizacion (IP).

La prueba de índice de polarizacion se puede usar para obtener una indicación

inmediata de la condición del aislamiento del motor. Es importante observar

que esta prueba no está afectada por la temperatura, debido a que se basa en

relaciones cuyos valores no están afectados por variaciones de temperatura.

Para desarrollar la prueba se toma una lectura de la prueba de resistencia de

aislamiento a 1 minuto, y una segunda lectura después de 10 minutos.

Se mide la resistencia de cada fase a tierra.

Posteriormente las tres fases unidas temporalmente contra tierra.


120

El índice de polarizacion es el valor obtenido de dividir la segunda lectura entre

la primera, es decir:

min

.min

1

10

R

RIP =

Donde:

IP = Índice de polarización.

R10 min. = Resistencia de aislamiento tomada después de 10 minutos.

R1 min. = Resistencia de aislamiento a 1 minuto

El valor obtenido proporciona una indicación inmediata de la condición del

aislamiento del motor. En la tabla 4.7 se dan algunos valores de relaciones y

las correspondientes condiciones relacionadas para el aislamiento probado.

En general un valor elevado de IP indica que el aislamiento se encuentra en

buenas condiciones. Un valor de IP menor que la unidad (menor que 1) indica

que se debe tomar una acción correctiva en forma inmediata.

Valores de índice de polarizacion (IP) que indican las condiciones del

aislamiento.

Condición del Aislamiento. Relación 10/1 minutos (IP)

Peligroso

Cuestionable

Bueno

Excelente

Menor de 1

1.0 a 2.0

2.0 a 4.0

Mayor de 4.0

Tabla 4.7. Condiciones del aislamiento con sus índices de polarizacion correspondientes.

Frecuentemente, una lectura de valor bajo indica que el aislamiento está sucio o

húmedo. La limpieza y/o secado generalmente restauran el IP a valores

aceptables.


121

Conviene tener en mente que los valores de IP sobre un mismo motor son

relativos. Si por ejemplo, para un motor se obtuvieron valores bajos de IP

durante un cierto número de años, que ni con la limpieza o secado se han

logrado cambios en el IP, se debe suponer que esto es normal para este motor

en particular.

4.7 PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO.

Una prueba de aislamiento en sitio es una prueba que verifica el aislamiento

del motor sobre la vida del motor. Se hace cuando el motor esta en servicio

alrededor de cada seis meses. Véase la figura 4.9 que sintetiza la prueba.

Para la aplicación de esta prueba se sigue el siguiente procedimiento:

1. Conectar un megger (Megóhmetro) para medir la resistencia de cada

terminal del devanado a tierra. Las lecturas se registran después de 60

segundos. En caso dado que no se obtenga la lectura mínima aceptable,

se debe revisar y dar mantenimiento al motor. Se debe registrar el valor

de la lectura mínima, ya que esta sirve de referencia.

2. Se descargan los devanados del motor a través de una resistencia.

3. Se repiten los pasos anteriores cada 6 meses y se traza la gráfica.


122

5

10

50

100

500

1000

1990 1991 1992 199319941995

C

A

B

D

ANO_

RESIS

TENCIA

EN H

OM

S.

A tierra

T1

T4

T5

T8

Resistencia de5 K 5 W.

Descargar los devanados. 2

1Se mide la resistencia decada devanado a tierra.

Se miden los pasos cada 6 meses.

1 2y

A Localizado en operacion.

B Efecto de envejecimientocontaminacion, etc.

Falla de Aislamiento del Motor.C

Despues de reparar la falla (reembobinar).DMegohmetro.

'

'

'

'

Figura 4.9. Prueba de aislamiento en sitio a motores.

4.8 PRUEBA DE AISLAMIENTO DE PASO DE VOLTAJE.

Una prueba de aislamiento de paso de voltaje, es aquella que crea esfuerzo

eléctrico en los aislamientos internos para revelar envejecimiento o daño que no

se pueden encontrar durante otras pruebas de aislamiento del motor. La

prueba de aislamiento de paso de voltaje se aplica sólo después de la prueba de

aislamiento en sitio. Véase la figura 4.10 que sintetiza la prueba.

Para desarrollar se aplica el siguiente procedimiento:

1. Se ajusta el megóhmetro a 500 V y se conecta para medir la resistencia

de cada terminal del devanado a tierra. Se toma la lectura de cada

resistencia. Cada 60 segundos se debe registrar la lectura más baja.

Falla de aislamiento del motor.


123

2. Colocar las terminales del medidor sobre el devanado que tiene la lectura

mas baja.

3. Ajustar el megóhmetro con incrementos de 500V, comenzando con 1000

V y terminando con 5000 V. registrar las lecturas cada 60 segundos.

4. Descargar los devanados.

Figura 4.10 Prueba de aislamiento de paso de voltaje.

Megohmetro.

sobre el devanado con laColocar la terminal del medidor

cada devanado a tierra.Medicion de cada

5 W.5 KResistencia de

T3

T2

A tierra

RESIS

TENCIA

EN H

OM

S.

VOLTAJE (KV)

C

54321

1000

500

100

50

10

5

T1

lectura mas baja.

'

Se aumenta el ajuste delMedidor por 500 V y se resgistranlas lecturas sobre la grafica.

Curva A

Curva B

más baja

medidor por 500 y se registran las lecturas sobre la gráfica.

CAPÍTULO 5. CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN.

124

CAPÍTULO 5

CRITERIOS PARA LA APLICACIÓN DE MOTORES


En anteriores capítulos se ha mencionado el funcionamiento de los motores de

inducción tipo jaula de ardilla, pruebas, clasificación y diagnósticos de fallas.

La finalidad de este capítulo es aplicar dicha teoría en la selección de un motor

trifásico de inducción jaula de ardilla a partir de ciertas especificaciones entre

las cuales se tiene:

• Característica de la carga a mover.

• Tensión de alimentación disponible. (infraestructura eléctrica)

• Velocidad requerida.

• Ambiente en el cual operara el motor.

• Ciclo de trabajo ( continuo o intermitente).

• Montaje del motor ( vertical, horizontal u otro en especial).

• Tipo de arranque (de acuerdo a las características de la carga).

• Tipo de tracción requerida.

• Tipo de carcasa. Dependiendo del ambiente de trabajo.

• Especificaciones especiales como tipo de mantenimiento y montaje.

5.1 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA

A PARTIR DE LOS DATOS DE PLACA.

Como se sabe la capacidad de las máquinas eléctricas se da en términos de

sus capacidades de salida. Para los motores eléctricos, se presenta en función


125

de la potencia de salida en caballos de fuerza (hp) en el eje del motor, a la

velocidad nominal, corriente a plena carga y tensión Nominal.

Para simplificar esta descripción nos concretaremos a la información que se da

en las placas de los motores. No todos los motores muestran toda la

información posible que podría aparecer en una placa. En algunos casos, la

información que no se muestra en la placa se puede obtener en las

publicaciones del fabricante o mediante sus especificaciones por escrito para el

motor. En una placa de motor pueden aparecer cuales quiera de los siguientes:

• Tipo de motor (en este caso de inducción jaula de Ardilla).

• Conexión de los devanados.

• Tamaño del armazón.

• Hermeticidad.

• Número de fases.

• Salida de potencia en h.p

• Frecuencia.

• Velocidad nominal.

• Corriente nominal.

• Aumento permisible de temperatura sobre el ambiente.

• Ciclo de trabajo (intermitente, continuo).

• Letra de código para corriente a rotor bloqueado.

• Protección térmica.

• Factor de servicio.

• Número de identificación del fabricante.

• Número de modelo del fabricante.

La manera más sencilla y práctica para sustituir un motor eléctrico de

cualquier equipo, será simplemente adquirir uno idéntico al motor por

sustituir.


126

En estos casos no se necesita saber mucho sobre motores eléctricos ni de su

selección a un más cuando se cuenta con los datos de placa del motor, pero en

la práctica de la ingeniería en algunas ocasiones habrá que realizar algunos

cálculos antes de determinar la capacidad del motor, así como sus

características complementarias.

5.2 SELECCIÓN DE UN MOTOR DE INDUCCION JAULA DE ARDILLA

APARTIR DE LA CARGA.

La elección de un motor eléctrico del cual no se dispongan de los datos de

placa, es un proceso más complejo que deberá ser estudiado para cada caso en

particular, sin embargo existen ciertos lineamientos que deben seguirse al

seleccionar un motor en particular.

El primer paso es determinar la característica del par requerido al arranque del

motor, esta característica está íntimamente ligada al tipo de carga que deberá

mover el motor.

El proceso propuesto para la selección de un motor trifásico de inducción tipo

jaula de ardilla será:

1. Determinar las condiciones generales de operación del motor.

2. Calcular la potencia eléctrica requerida para accionar la carga

3. Determinar la velocidad requerida por la carga.

4. De acuerdo con el ambiente de trabajo se selecciona la carcasa del motor.

5. Se selecciona la clase de aislamiento de acuerdo al ciclo de trabajo y las

condiciones atmosféricas.

6. Se selecciona el método de arranque que más convenga, de acuerdo al

par demandado por la carga al momento del arranque.

7. Determinar el tipo de transmisión mecánica hacia la carga.

8. Con la información anterior Se selecciona el motor mediante catálogos de

fabricantes.

9. Se efectúa un estudio económico. (se presenta en el capitulo VI).


127

5.3 EJEMPLO DE SELECCIÓN DE UN MOTOR TRIFASICO DE INDUCCION

TIPO JAULA DE ARDILLA.

Como ya se mencionó anteriormente no se pretende dar una guía completa de

selección de todo el equipo requerido para la puesta en marcha de un motor

trifásico de inducción. Estos deberán estar sujetos a los requerimientos

específicos en cada caso.

La selección de un motor eléctrico debe de realizarse tomando en cuenta como

ya se mencionó con anterioridad todas las prerrogativas necesarias, es decir

tener conocimiento de lo que se desea obtener del motor.

Con los datos generales de operación se propone un método para la selección

de un motor eléctrico de inducción de la siguiente manera:

Primero: Se determina que trabajo deberá realizar el motor. Esto implica

conocer el tipo de mecanismo que deberá accionar. Estos mecanicismos son

muy variados y podemos mencionar algunos:

• Mecanismos de elevación.

• Mecanismos de traslación.

• Mecanismos de transportación.

• Mecanismos para la succión de líquidos.

Segundo: Se debe especificar la velocidad a la cual deberá ser movida la

carga. Esto normalmente se hace mediante un reductor de velocidad del tipo

mecánico.

Tercero: Se calcula la potencia en kw del motor a utilizar.


128

Cuarto: Se especificará las características complementarias del motor.

• Clase del motor.

• Frecuencia.

• Factor de servicio.

• Clase de aislamiento.

• Tamaño y tipo de carcasa.

Quinto: Se enlistan las características obtenidas del motor a utilizar.

Sexto: Con los datos anteriores podemos seleccionar un motor de un

catálogo de fabricante.

A continuación se expone un ejemplo de selección de un motor de inducción

jaula de ardilla a partir de la siguiente información.

Ejemplo típico: Selección del motor para un mecanismo de elevación.

En una planta industrial se desea sustituir un motor de inducción tipo jaula de

ardilla que ha terminado su ciclo de trabajo, dicho motor forma parte de un

mecanismo de elevación, a base de polea y cable de acero. Se desea que este

nuevo motor tenga la capacidad de elevar cargas de hasta 1000 kg a una

altura de 5 metros, con una velocidad de 20m/min, para lo cual se usara un

reductor de velocidad mecánico acoplado al eje del motor.

Las condiciones de trabajo del motor son las siguientes:

• Se trata de una planta dedicada a fabricar contenedores de acero.

• No existe la presencia de gases peligrosos o explosivos.

• Existe una temperatura promedio de 25 0C durante el día.

• Existe la presencia moderada de polvo.


129

• El ambiente no es húmedo.

• Se pretende que el motor trabaje en ciclos intermitentes de trabajo.

• La tensión disponible para el motor es de 220V trifásica.

• El motor trabajará en la ciudad de México.(2300 m.s.n.m).

Una vez determinado las condiciones generales de carga y de trabajo para el

motor, aplicaremos el método sugerido.

• Se determinó que se trata de un mecanismo de elevación.

• La velocidad requerida es de 20m/min.

• Cálculo de la potencia requerida por el motor.

La potencia eléctrica que se necesita para elevar la carga de 1000 kg estará

dada por la ecuación 1:

ηx

vxFPN 1000

= ……………..1

Donde:

PN = Potencia Nominal del motor en Kw.

F = Fuerza en Newtons.

v = Velocidad de elevación en m/s.

η = Rendimiento mecánico.

El rendimiento mecánico se refiere a qué tan eficiente es la transmisión de la

potencia mecánica a través del mecanismo de transmisión. Para este ejemplo

tomaremos como 0.9 la eficiencia ya que se trata de un acoplamiento directo a

la flecha del motor por lo que se considera altamente eficiente. En todo caso se

debe de consultar el dato en el equipo.


130

La fuerza esta dadá por la siguiente ecuación:

F = m x g……….2

Donde:

m = Masa en kg.

m = 1000 kg.

g = Aceleración

g = 9.81 m/seg2

v = 20 m/min = 0.333 m/s

η = 0.9

F = 1000kg x 9.81m/seg2

F = 9810 N.

Sustituyendo valores. En la ecuación 1 tenemos:

.7.629.39.01000

333.09810KW

xs

mxN

PN ==

La potencia requerida para el motor es de 3629.7 W

Los hp`s serán:

.8655.4746

7.3629

746hp

W

W

W

Php N ===

Donde:

PN = Potencia nominal del motor en watts.

746 W equivalen a 1 hp.


131

Es decir que se necesitaría un motor de 4.8655 hp. En este caso el motor

comercial que se aproxima al valor obtenido es el de 5 hp.

Especificación de las características complementarias del motor.

• El factor de servicio.

Algunos motores están diseñados para desarrollar más de su potencia nominal

(hp) sin que se les produzca daño. El factor de servicio de un motor es un

margen de seguridad.

Los factores de servicio recomendados son los que se muestran en la tabla. 5.1

Equipo Factor

de servicio.

Ventiladores. Centrífugo. De pistón.

1.00 1.25

Compresores. Centrífugo. De pistón.

1.25 1.50

Transportadores. Uniformemente cargados. De servicio pesado.

1.50 2.00

Elevadores. De cubo. De carga.

2.00 2.25

Máquinas herramientas. De enrollado. De presión y perforado De remache.

2.00 2.25 3.00

Bombas. Centrífuga. Recíproca. Rotatoria

1.00 2.00 1.50

Mezcladoras. De concreto. Tambor

2.00 2.25

Tabla 5.1 factor de servicio típicos para aplicaciones industriales.


132

El factor de servicio está relacionado con la sobrecarga mecánica en la que

puede operar el motor sin que sufra daño alguno, en este caso la potencia en

nuestro ejemplo fue calculada para la máxima carga esperada.

En la tabla anterior 6.1 se describen factores de servicio de tipo industrial

aunque para nuestro ejemplo podríamos tomar un factor de servicio de 1.15

ya que como se mencionó la potencia ha sido calculada de acuerdo a la carga

máxima esperada.

Así que la potencia desarrollada por el motor con factor de servicio de 1.15

será:

Hp max =Hp x F.S Hp max = 5 x 1.15 = 5.75

Es decir que el motor seleccionado deberá soportar una sobrecarga equivalente

a 0.75 Hp o ¾ Hp

• Diseño del Motor de acuerdo a Norma NEMA.

Los motores trifásicos de inducción en jaula de ardilla en el rango de 1 a 2000

hp, son especificados por su diseño: A, B, C o D.

Estos requerimientos de diseño están disponibles para aplicaciones

particulares, basadas en los requerimientos de la carga típica la cual se agrupa

en la clasificación de diseño y aplicaciones de motores de inducción (ver tabla

5.2) de la norma NEMA.


133

Clasificación

Par de

arranque(porciento

del par de arranque

nominal).

Corriente de

arranque.

Deslizamiento. Par de atascamiento

(porciento del par de

carga nominal)

Aplicación típica.

Diseño A y B

par de

arranque

normal y

corriente de

arranque

normal.

100 – 200 %

200 – 250 %

Normal.

< 5 %

Abanicos, bombas

centrifugas y

compresoras. Donde

los requerimientos del

par de arranque son

relativamente

pequeños.

Diseño C par

de arranque

alto y

deslizamiento

alto.

200 – 250 %

200 – 250 %

Normal.

< 5 %

máquinas

conmutadoras,

agitadores, bombas

reciprocantes y

compresoras donde se

requiere un arranque

con carga.

Diseño D par

de arranque

alto y

deslizamiento

Bajo.

275 %

275 %

Bajo.

> 5 %

Cargas elevadas,

perforadoras,

elevadores, extractores

etcétera.

Rotor

devanado

Cualquier par hasta

el valor de

atascamiento.

225 – 275 %

Depende del

par de

arranque.

Depende de la

resistencia del rotor.

Donde se requiere alto

par de arranque, con

baja corriente de

inserción, arranques

frecuentes o control de

velocidad ilimitada y

donde deba acelerarse

la inercia.

Tabla 5.2 Clasificación de diseños y aplicaciones de los motores de inducción.

Con la tabla anterior podemos escoger el diseño o clase de motor que más

conviene, según la aplicación de que se trate.

En nuestro caso en particular se trata de un motor que operara en un

mecanismo de elevación y que por lo tanto se requiere que el motor arranque

con la carga. Esto nos hace pensar que el motor a seleccionar debe ser según la


134

tabla 5.2 el de la “clase D” ya que este motor nos proporciona alto par al

arranque con una corriente de arranque baja y es apto para cargas elevadas

como es el caso de nuestro ejemplo.

En la práctica puede ser que otro diseño pueda funcionar con las mismas

prestaciones que el seleccionado. El criterio para seleccionar el motor en

ocasiones depende de la experiencia que tenga el ingeniero encargado de la

selección.

• Montaje.

Los motores están generalmente montados horizontalmente anclados al piso,

otros arreglos comunes son:

• Montados en pared.

• Montados en el techo.

• Montados en pedestal.

• Montados de lado.

• Montaje vertical.

• Montaje horizontal.

En este caso el montaje es de “tipo horizontal” montado a la estructura

metálica del elevador y sujetado por tornillos de alta resistencia.

• Clase de Aislamiento.

El tipo de aislamiento usado en un motor depende de la temperatura de

operación que este vaya a experimentar. Los motores son especificados por

temperatura ambiente y clase de aislamiento.


135

La temperatura ambiente promedio que hay en el lugar de operación del motor

es de 25° C. la clase de aislamiento se puede elegir con la tabla 5.3 donde se

muestran los limites permisibles de elevación de temperatura.

Clase Temperatura de 20000 HR de vida.

A

B

F

H

105° C

130° C

155° C

180° C

Temperatura ambiente máxima de 40° C.

Tabla 5.3 Clases de aislamiento y temperaturas para una vida en el aislamiento de 20000

horas.

La tabla 5.3 muestra la temperatura del devanado del estator máxima

permitida para una vida en operación de 20000 Hrs. Y una temperatura

ambiente máxima de 40° C .

La clase A es una clasificación antigua. La clase B es la estándar actual, las

clases F y H, son usadas para aplicaciones de altas temperaturas.

Para nuestro motor seleccionado la clase de aislamiento más adecuado es la

clase “B” que soporta una temperatura máxima de 130° C con un incremento

de temperatura de 90° C respecto a la temperatura ambiente máxima de 40° C.

Si tomamos en consideración que la temperatura ambiente promedio es de 25°

C, El incremento de la temperatura será de 105° C, con lo cual se tiene un

margen satisfactorio y el motor puede operar con incrementos considerables de

temperatura, pero jamás rebasar ese límite. De aquí radica la importancia de la

selección del aislamiento adecuado.

Un factor a considerar es que existe la presencia de degradación en los

aislamientos de la máquina, cuando estas operan por encima de los 1000

m.s.n.m. por lo que se debe considerar la información en la tabla 5.4


136

Degradación de motores por altitud.

Rango de Altitud

(m.s.n.m)

Factor de servicio = 1.0 factor de servicio = 1.5

1000 – 2700 93% 100%

2700 – 3000 91% 98%

3000 – 4000 86% 92%

4000 - 5000 79% 85%

Tabla 5.4 factores de degradación de motores por altitud.

Para el caso de nuestro ejemplo se tiene una altura de operación de 2350

metros sobre el nivel del mar y un factor de servicio de 1.15 por lo que no existe

degradación que afecte la vida útil de los aislamientos.

• La frecuencia.

El sistema de generación en México y América es de 60 Hz o ciclos por segundo;

Siendo esta la de la red de la planta.

• La tensión.

La tensión de 220 V es la de la red interna de la planta para alimentar el motor

de 5hp.

• Tamaño y tipo de carcasa.

El tipo de carcasa se seleccionara según las condiciones de operación, ya sean

consideradas como normales o especiales por ejemplo, sumergido en agua, a

prueba de goteo, a prueba de polvo, en ambientes explosivos, etcétera.

En la tabla 5.5 se muestran las características de las carcasas usadas en los

motores de inducción.


137

tipos Características.

Abiertos.

A prueba de goteo

A prueba de salpicaduras.

Protegido.

Semiprotegido.

A prueba de goteo totalmente

protegido.

Ventilación externa.

Ventilación con tubería.

Intemperie, tipo 1.

Intemperie, tipo 2.

Totalmente cerrado.

No ventilado.

Enfriamiento con abanico.

A prueba de explosiones.

A prueba de ignición de polvo.

Intemperie.

Ventilación con tubería.

Enfriamiento con agua.

Enfriamiento con agua-aire.

Enfriamiento aire-aire

Encapsulado.

Operación con goteo de líquidos hasta 15° C de la vertical.

Operación con salpicaduras de líquidos hasta 100° de la vertical.

Protegido por aperturas de tamaños limitado (menos de ¾ pulg).

Protegido solamente en la parte media superior.

A prueba de goteo con aperturas de tamaño limitado.

Ventilado con abanico separado del motor puede contar con otro

tipo de protección.

Las aperturas aceptan entradas de ductos o tubo para

enfriamiento con aire.

El pasaje para ventilación minimiza la entrada de lluvia, nieve y

partículas en el aire. Los pasajeros cuentan con menos de ¾ pulg

de diámetro.

Los motores, además de contar con las características del tipo 1,

tienen un pasaje para descargar partículas con alta velocidad que

se introducen en el motor.

No equipado para ventilación externa.

Enfriado mediante un abanico externo integrado.

Soporta explosiones internas de gas. Previene ignición de gas

externa.

Excluye la ignición de cantidades de polvo, lo cual degradaría su

operación.

Las aperturas aceptan entradas de ductos o tubos para

enfriamiento con aire.

Enfriado por circulación de agua.

Enfriado con agua, aire enfriado.

Enfriado con aire, aire enfriado.

Enfriado con abanico y protegido por aperturas de tamaño

Cuenta con devanados rellenos de resina. Para condiciones

severas.

Taba 5.5 características de operación de motores eléctricos y tipo de carcasa.


138

Recordemos que nuestro motor seleccionado trabajará en un ambiente seco,

con la presencia moderada de polvo. Otra condición es que se encuentra fuera

de cualquier tipo de humedad o ambiente explosivo.

Para fines prácticos se puede seleccionar una carcasa tipo abierta a prueba de

salpicaduras con ello se podría prevenir la presencia de agua debido a los

servicios de limpieza que se realizan en los equipos.

• Elección de la Carcasa.

Los motores se deben montar en forma apropiada antes de su puesta en

operación. Todos los motores con carcasas proporcionarán algunos medios de

montaje. Las carcasas o tamaños de la carcasa se han clasificado por la NEMA

(Nacional Manufacturer Association)., por medio de un número normalizado

para indicar las dimensiones de montaje del motor.

El número de carcasa (NC) de un motor de acuerdo a las normas americanas

NEMA. Se determina multiplicando la distancia (medida en pulgadas) del

centro de la flecha a la base por 16, para las carcasas con números 48 y 56.

Para los motores con carcasas mayores del 48 o 56 se asignan números de tres

o cuatro dígitos; los primeros dos dígitos del número de la carcasa se asignan

multiplicando la distancia del centro de la flecha o eje a la base (expresada en

pulgadas) por cuatro.

Cuando el número calculado no es entero, entonces se redondea al número

inmediato superior.

El tercer digito del número de la carcasa se determina tomando el doble de la

dimensión “F” (ver figura 5.1) y aplicando el tercer-cuarto digito del número de

la carcasa en tablas. Ver el anexo A “dimensiones de carcazas para motores

eléctricos”.


139

B

F F BA

V

U

D

E E

A

Figura 5.1 Dimensiones de las carcasas en los motores eléctricos según la NEMA.

El tamaño de la carcasa y del motor en su conjunto está en proporción a la

potencia del motor que se seleccione así como de la velocidad requerida.

En general los motores de alta velocidad son más pequeños que los de baja

velocidad, a igualdad de potencia.

Es necesario consultar los catálogos de los fabricantes para determinar el

número de carcasa apropiada según nuestro montaje.

Es deseable que el tamaño de la carcasa se adapte al montaje que se esté

realizando, regularmente se tienen que hacer unas modificaciones a la

estructura antes de montar el motor

Ejemplo: Si se tuviera una carcaza número 184. Las dimensiones serían las

siguientes:

Los primeros dos dígitos dividido entre 4

D = Distancia de la base al centro de la flecha del motor en pulgadas.

D =18/4 = 4.5 pulgadas.

El tercer dígito multiplicado por 2

F = Distancia del centro de la carcasa al centro del los orificios de montaje.

F = 2(4) = 8 pulgadas.


140

5.4 Arranque del motor.

El arranque del motor está sujeto a la carga por accionar, en este caso se trata

de una carga constante que requiere el máximo par al momento del arranque.

Otro aspecto importante es el efecto que se tiene al momento de la puesta en

marcha sobre la línea de alimentación, cuestión que puede ser minimizada por

el uso de un alimentador independiente hacia el motor y con el uso de la

corriente trifásica, ya que de otro modo un motor monofásico demandaría una

cantidad considerable de corriente al arranque y por lo tanto un mayor grado

de perturbaciones en la red eléctrica de la planta.

El control del sistema de elevación está dado por un arrancador

electromagnético a tensión plena y controlado por una estación de botones.

Dicho diagrama está expuesto en el capítulo II.

• El mantenimiento.

Regularmente los fabricantes proporcionan la información acerca del

mantenimiento de los motores que venden, de tal manera que se deben acatar

no sólo por el lado de asegurar una larga vida útil del motor, si no porque de

esta manera se asegura la garantía por escrito que da el fabricante.

Una vez que el motor tiene tiempo en operación el mantenimiento debe llevarse

a cabo de manera periódica, teniendo en cuenta las pruebas descritas en los

capítulos IV y V

5.5 RESUMEN DE CARACTERISTICAS DEL MOTOR SELECCIONADO.

Se ha seleccionado un motor eléctrico de inducción jaula de ardilla, aunque hay

que recordar que todos y cada uno de los motores tiene una aplicación en la

cual son más eficientes, esta guía está dirigida a la selección de motores

trifásicos de inducción tipo jaula de ardilla por ser el motor de mayor aplicación

en la industria.


141

Todos los casos en los que intervenga la selección de cualquier equipo debe ser

estudiada y analizada para cada caso en particular sobre todo en aquellos

motores que por su gran tamaño y trabajo que realizan en el proceso de la

producción de una planta se les considera como claves, o cuando la

interrupción en la operación de dichos motores afecta el proceso de la

producción.

Una vez echo la selección de los parámetros más importantes para la selección

de un motor, el siguiente paso será sintetizar la información a manera de lista

para poder comparar estos datos con algún modelo de motor en el mercado y

pedir presupuesto.

A continuación se muestra en síntesis las características más importantes para

la selección del motor trifásico de inducción tipo jaula de ardilla.

Potencia 5 HP.

Tensión. 220 V, 3

Diseño del motor. CLASE “D” Par de arranque elevado ideal para cargas

elevadas.

Frecuencia. 60 HZ

Factor de servicio 1.15

Tipo de servicio Intermitente.

Carcasa. A prueba de salpicaduras.

Clase de aislamiento Clase “B "130° C de elevación.

Velocidad 1800 r.pm

Tabla 5.6 Resumen de características requeridas para selección del un motor trifásico de

inducción tipo jaula de ardilla que operara un accionamiento elevador de carga.


142

5.6 Selección del motor a utilizar.

Para nuestro ejemplo de selección se ha elegido un motor de la marca WEG, del

cual se puede obtener su catálogo de motores vía Internet, la cual incluye sus

características principales y precios de sus productos para el presente año

2008.8

De acuerdo a este catalogo se eligió un motor con las características siguientes:

MOTORES NEMA TRIFÁSICOS ARMAZÓN DE HIERRO W21 ALTA EFICIENCIA Potencia 5hp. Motores modelo MPH3J con las siguientes características: * Rodamiento de bolas (de rodillos como opcional) * Totalmente cerrados con ventilación exterior (TCCV) * Servicio continuo * Montaje: Horizontal * Factor de Servicio 1.25 (de 1 a 100 HP) * Caja de conexiones: Lateral (F1) 1.15 (potencias mayores) * Aislamiento: Clase F * Voltaje: 208-230 / 460 V @ 60 Hz * Diseño Eléctrico: NEMA B * Doble sello "V-Ring" en la flecha

5.7 Motores de Alta Eficiencia.

En la actualidad la creciente demanda de energía eléctrica a nivel mundial

obliga a los fabricantes de equipo eléctrico hacer cada día mejoras en sus

productos con la finalidad de tener el máximo rendimiento de las máquinas,

con un ahorro de energía mayor, que sea en beneficio del consumidor, y de las

propias compañías suministradoras de energía eléctrica.

En el caso de los motores de uso industrial es cada vez más frecuente el uso de

motores de alta eficiencia, ya que se obtienen múltiples beneficios al hacer uso

de éstos, sobre todo en lo que respecta al pago por consumo de energía, al

reducirse la pérdidas eléctricas y mecánicas.

8 La lista de precios se obtuvo a través de Internet. ver las referencias electrónicas anexas.


143

En la actualidad existe la tendencia en adquirir motores de alta eficiencia,

sobre todo cuando hablamos de plantas industriales que emplean un número

considerable de motores. En La industria es común el reemplazo de motores

eléctricos cuya eficiencia ya no corresponde a las tendencias actuales de ahorro

y eficiencia de la energía eléctrica.

El tema de los motores eléctricos de alta eficiencia y su impacto en la economía

energética del país merece un Estudio aparte; lo cual no está en el alcance de

este trabajo.

CAPÍTULO 6. ESTUDIO ECONÓMICO.

144

CAPÍTULO 6.

ESTUDIO ECONÓMICO.

En este capítulo se presenta un estudio del impacto económico que surge por

una inadecuada selección de los motores, sobre todo en aquellos que por su

gran potencia o trabajo que desempeñan se hacen imprescindibles.

6.1 CONSECUENCIAS DE UNA MALA SELECCIÓN DEL MOTOR.

Algunos de los impactos inmediatos de la mala selección de un motor son:

• Fallas súbitas en el motor.

• Fallas en los mecanismos de transmisión o eje de los motores.

• Sobre cargas que originan calentamientos, (degradación de aislamientos).

• Grandes pérdidas debidas a altas temperaturas, que son traducidas en

cobros excesivos de energía eléctrica.

• Suspensión en el proceso, por mantenimiento no previsto.

• Necesidad de hacer reparaciones mayores al motor.

• Costos elevados por falta de producción en la planta.

Las fallas en los motores deben de prevenirse con el mantenimiento predictivo y

preventivo, programado por el personal técnico de la planta, de esta manera se

estará garantizando su buen funcionamiento.

Pero a pesar del buen mantenimiento que aplique a las máquinas, estas

pueden fallar en cualquier momento si fueron mal seleccionadas desde un

principio. De manera tal que un motor mal aplicado puede llegar a tener

mantenimientos continuos para garantizar su funcionamiento, pero es obvio


145

que los mantenimientos continuos traen consigo una serie de inconvenientes

económicos al tener que sustituir elementos del motor y por ende tener que

parar la producción de manera intempestiva.

6.2 DEGRADACION DE LA VIDA UTIL DE UN MOTOR DE INDUCCION.

En nuestro ejemplo del capítulo 5 se seleccionó un motor con clase de

aislamiento B, con esta clase de aislamiento la temperatura máxima permisible

es de 130o. ¿cuál seria su vida útil si se hubiera escogido el mismo motor pero

con clase de aislamiento A. Suponiendo que la vida promedio de los motores es

de 10 años. Y una temperatura detectada en el motor de 115o C ?

¿Qué tiempo de vida se espera del motor con clase de Aislamiento B ?

Con clase “A”

El cálculo de la vida útil está dada por la siguiente ecuación:

R

VidaVida orig

cal = ………..1

Donde R es el factor de reducción de la vida del motor.

)10/(2OTR ∆= …………2

Donde:

DT = Es la diferencia positiva de temperatura entre la máxima elevación

permisible de temperatura y la temperatura registrada por los detectores en el

motor.


146

Para una clase “A” se tiene una temperatura máxima de elevación de 105o. La

diferencia de temperatura queda como:

DT = 115o - 105o = 10o

Sustituyendo en la ecuación 2.

222 1)10/10( ===OO

R

Y sustituyendo en la ecuación 1 se tiene:

52

ños10 === a

R

VidaVida orig

cal años.

“Lo cual quiere decir que por cada 10o C de elevación de temperatura por

arriba de lo permisible la vida del motor se reduce a la mitad”

Con Clase “B”

Si se seleccionara la clase B se tendría.

Vidacal = Vidaorig x E…………3

Donde:

E = la extensión de la vida útil del motor y se calcula con la ecuación siguiente:

)10/(2OTE ∆= ……………4


147

Con un aislamiento B la temperatura admisible es 130o C. por lo que la

diferencia de temperatura es igual a:

DT = 130o - 115o = 15o

Y sustituyendo en la ecuación numero 4:

82.222 5.1)10/15( ===Oo

E

Sustituyendo en la ecuación 3 obtenemos la vida calculada.

Vidacal = 10 años x 2.82 = 28.2 años

“Lo cual quiere decir que el motor aumenta su vida útil si se selecciona

adecuadamente la clase de aislamiento”.

De lo descrito anteriormente se destaca:

• La selección adecuada de la clase de aislamiento determina la vida útil

del motor.

• Si se elige una clase de aislamiento adecuada se puede obtener una vida

útil del motor elevada.

• Lo anterior impacta positivamente en el costo de operación.


148

6.3 Análisis de costos.

Se observo a través del análisis anterior la importancia que tiene la selección

adecuada del motor, por ello se hace un estudio económico que compara los

costos de un motor correctamente seleccionado, contra los costos originados

por la mala selección del mismo.

Los conceptos de costos para un motor correctamente seleccionado serán:

• Costo de Ingeniería: Es decir la erogación a Favor del Ingeniero

encargado de la selección del Motor.

• Costo por adquisición del motor: Es el precio del Motor

Costo de Ingeniería.

El costo de Ingeniería está determinado por el propio ingeniero que seleccionará

el motor, la base para determinar el salario del ingeniero está determinado por

el mercado laboral y por la valoración que el ingeniero tenga en su trabajo, por

esto se toma como base el salario del ingeniero diario nominal.

Cabe mencionar que el ingeniero debe ser preferentemente de mantenimiento.

La determinación del costo de ingeniería es de acuerdo a lo siguiente:

Salario diario nominal del Ingeniero: $ 500.00 M.N9

Se estima 48 horas-ingeniero para selección correcta del motor.

Determinación del costo del ingeniero.

Costo base H-Ing. = .50.62$8

500$ =Hrs

Costo base H-Ing. = $ 62.50 9 Dato estimado de a cuerdo a las ofertas de empleo para un ingeniero de mantenimiento en el D.F


149

Factor de conversión salario base(F.S.R).

El factor de conversión de salario real para el ingeniero se obtiene de la manera

siguiente:

DTE

diasTRFSR

)(=

De donde:

TR = Total de días remunerados.

DTE = Días trabajados efectivos.

1. Salario Integrado (S.I):

Percepción Anual = 365 días.

Prima Vacacional = 1.5 días.

Gratificación

Anual = 15 días.

Suma 381.5 días

2. Prestaciones (P)

IMSS 15.9375%(SI) = 60.8015 días.

Impuesto Educación

1%(SI) = 3.8150 días.

Guarderías 1%(SI) = 3.8150 días

Infonavit 5%(SI) = 19.0750 días.

Suma 87.6915 días.

3. Total Días Remunerados (TR)

TR = (SI) = (P) = (381.5 + 87.6915) días.

TR = 469.1915 días.


150

4. Días Trabajados Efectivos (DTE)

DTE = (365 días – días no trabajados)

Días no trabajados:

Días por descanso 52

Días feriados 5

Total 57 días.

El factor salario real es:

5233.1308

1915.469 ==FSR

El costo directo es:

Costo directo = Hrs-Ing base (FSR)= $62.50 X 1.5233 = $95.206

Es decir el costo salario real queda = $95.206/hora.

COSTO INDIRECTO.

EL costo indirecto queda integrado de la manera siguiente:

Director General (de la planta) 3%

Director Técnico 2%

Administración 5%

Depreciación 5%

Servicios 10%

Suma 25%

Costo indirecto por hora = $95.206 (1.25) = $ 119.00

Costo total de Ingeniería = $ 119.00 H-Ing (16 H-Ing) = $ 1,904.00


151

El costo de este motor es:

Para nuestro ejemplo se optó por el motor modelo: MPH3J de industrias WEG,

$ 6, 150 M.N

COSTO TOTAL POR ADECUADA SELECCIÓN.

C.T. = Costo de Ingeniería + Costo por adquisición del motor.

C.T = $ 6,150 + $ 1904.00 = $ 8054.

COSTO POR MALA SELECCIÓN DEL MOTOR.

Dada las características del motor se hace un estudio para saber el costo por

reparación del motor.

El origen de las fallas del motor por mala selección pueden ser muy variadas.

En este caso se supone que el motor ha sido seleccionado con una clase de

aislamiento inferior. Lo cual origina el riesgo de sobre calentamiento en los

devanados del motor por lo que se presenta una falla en los devanados, que

origina la reparación del mismo.

A continuación se presenta el costo por rebobinar el motor y por cambiar sus

baleros, se entiende que la reparación incluye nuevos materiales aislantes.

Costo del embobinado $ 3,000

Costo por cambio de baleros $ 1,600

Costo total de la reparación $ 4,600


152

Al costo de reparación se le debe sumar los siguientes conceptos:

• Costo original del motor mal seleccionado.

El costo del motor mal seleccionado regularmente debe estar por debajo del

costo del motor adecuado, por lo cual podríamos considerar un 20% más

barato.

Es decir: $ 6,150.00 (20%) = $ 1,230.00

Costo del motor mal seleccionado = $6,150.00 – 1,230.00 = $ 4,920

Sumando los costos de reparación y de motor seleccionado se tiene:

Costo motor $ 4,920

Costo de reparación $ 4,600

Total $ 9,520

Del análisis anterior se observa que el costo por mala selección rebasa al costo

de la buena selección.

El costo por mala selección se incrementa si se consideran las horas-hombre

que se pierden al parar el motor, también se debe considerar el atraso en la

producción y los tiempos de entrega.

Otra cuestión a considerar es que la reparación del motor está por arriba del

50% del costo original por lo cual es recomendable adquirir un nuevo motor, lo

cual aumenta todavía más el costo por la mala selección.

Este análisis demuestra que la buena selección del motor siempre será la

mejor opción ya que durante un tiempo muy largo no tendrán que ser

reparados ni sustituidos.


153

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

De lo estudiado en el presente trabajo se puede concluir y recomendar lo

siguiente.

• El motor trifásico de inducción, debe ser correctamente seleccionado de

acuerdo a las características de la carga que impulsará, y de las

características generales de operación.

• La temperatura de elevación influye directamente en la vida útil del

motor. Por lo que se deben evitar las sobre cargas que se traducen en

calor y degradación de los aislamientos, y afectación a partes mecánicas

como baleros.

• Los motores correctamente seleccionados pueden llegar a alcanzar una

larga vida en operación.

• En muchos de los casos es preferible sustituir un motor de inducción por

uno nuevo en vez de repararlo ya que se ha demostrado que los motores

reducen su capacidad original, debido a que en ocasiones no se usan los

materiales adecuados en su reparación, también por la forma

constructiva de los devanados.

• Los costos por reparación de un motor deben estar por debajo del 50%

del costo del motor nuevo. De lo contrario es preferible adquirir uno

nuevo, que asegure igualdad de características.

• Es recomendable siempre seguir las indicaciones de mantenimiento que

da el fabricante. Una vez concluido el periodo de garantía se debe planear

su mantenimiento de acuerdo al tipo de servicio.


154

• Es recomendable contar con motores sustitutos, en aquellos que son de

gran tamaño o que desempeñan procesos claves en la producción de una

planta. Esto con el fin de reducir al mínimo los tiempos de paro por

fallas.

• La selección adecuada de motores siempre, contribuirá a economizar los

costos de mantenimiento del motor, y asegurar la continuidad en la

producción. Los costos por una correcta selección son inferiores a los

costos por mala selección del motor.

• Es deseable que la selección de los equipos en general corran a cargo del

ingeniero de mantenimiento de la planta. En caso contrario se tendrá que

pedir presupuesto a una consultaría de ingeniería.

ANEXOS.

155

“ANEXOS”

ANEXO A. Dimensiones y número de carcasa para los motores. Clasificación

NEMA.

B

F F BA

V

U

D

E E

A

Figura A1 Dimensiones de carcasas para motores eléctricos.


A. Ancho de la carcasa.

B. Longitud de la carcasa.

BA. Distancia del centro de los agujeros de montaje al extremo del motor.

D. Distancia de la base al centro del eje.

E. Distancia del centro del eje al centro de los agujeros de montaje.

F. Distancia del centro del motor al centro de los agujeros de montaje.

U. Diámetro del eje.

V. Longitud de la flecha o eje.

ANEXOS.

156

Los fabricantes de motores asignan un número de carcasa a los motores de

acuerdo a las especificaciones normalizadas NEMA. Este número de carcasa se

debe encontrar indicado en la placa de datos del motor.

El número de carcasa (NC) de un motor de acuerdo a las normas americanas

NEMA se determina multiplicando la distancia (medida en pulgadas) del centro

de la flecha a la base por 16, para las carcasas con números 48 y 56. Para

motores con carcasas mayores del número 48 o 56 se asignan números de tres

o cuatro dígitos; los primeros dos dígitos del número de la carcasa se asignan

multiplicando la distancia del centro de la flecha o eje a la base (expresada en

pulgadas) por cuatro.

Cuando el número calculado no es un entero, entonces se redondea al número

inmediato superior.

El tercer dígito del número de la carcasa se determina tomando el doble de la

dimensión F ver figura A1 y aplicando el tercer-cuarto dígito del número de la

carcasa en tablas.

ANEXOS.

157

DIMENSIONES DE LA CARCASA.

CARCASA EJE CUÑA DIMENSIONES EN PULGADAS.

No U V W T L A B D E F BA

48 1/2 1 1/2 plana 3/64 _ 5 5/8 3 1/2 3 2 1/8 1 3/8 2 1/2

56 5/8 1 7/8 3/16 3/16 1 3/8 6 1/2 4 1/4 3 1/2 2 7/16 1 1/2 2 3/4

143T 7/8 2 3/16 3/16 1 3/8 7 6 3 1/2 2 3/4 2 2 1/4

145T 7/8 2 3/16 3/16 1 3/8 7 6 3 1/2 2 3/4 2 1/2 2 1/4

182 182T

7/8

1 7/8

2

2 1/2

3/16

1/4

3/16

1/4

1 3/8

1 3/4

9

9

6 1/2

6 1/2

4 1/2

4 1/2

3 3/4

3 3/4

2 1/4

2 1/4

2 3/4

2 3/4

184

184T

7/8

1 1/8

2

2 1/2

3/16

1/4

3/16

1/4

1 3/8

1 3/4

9

9

7 1/2

7 1/2

4 1/2

4 1/2

3 3/4

3 3/4

2 3/4

2 3/4

2 3/4

2 3/4

203 3/4 2 3/16 3/16 1 3/8 10 7 1/2 5 4 2 3/4 3 1/8

204 3/4 2 3/16 3/16 1 3/8 10 8 1/2 5 4 3 1/4 3 1/8

213

213T

1 1/8

1 3/8

2 3/4

3 1/8

1/4

5/16

1/4

5/16

2

2 3/8

10 1/2

10 1/2

7 1/2

7 1/2

5 1/4

5 1/4

4 1/4

4 1/4

2 3/4

2 3/4

3 1/2

3 1/2

215

215T

1 1/8

1 3/8

2 3/4

3 1/8

1/4

5/16

1/4

5/16

2

2 3/8

10 1/2

10 1/2

9

9

5 1/4

5 1/4

4 1/4

4 1/4

3 1/2

3 1/2

3 1/2

3 1/2

224 1 2 3/4 1/4 1/4 2 11 8 3/4 5 1/2 4 1/5 3 3/8 3 1/2

225 1 2 3/4 1/4 1/4 2 11 9 1/2 5 1/2 4 1/5 3 3/4 3 1/2

254

254U

254T

1 1/8

1 3/8

1 5/8

3 1/8

3 1/2

3 3/4

1/4

5/17

3/8

1/4

5/16

3/8

2 3/8

2 3/4

2 7/8

12 1/2

12 1/2

12 1/2

10 3/4

10 3/4

10 3/4

6 1/4

6 1/4

6 1/4

5

5

5

4 1/8

4 1/8

4 1/8

4 1/4

4 1/4

4 1/4

246U

256T

1 3/8

1 5/8

3 1/2

3 3/4

5/16

3/8

5/16

3/8

2 3/4

2 7/8

12 ½

12 1/2

2 1/2

12 1/2

6 1/4

6 1/4

5

5

5

5

4 1/4

4 1/4

284

284U

284T

284TS

1 1/4

1 5/8

1 7/8

1 5/8

3 1/2

4 5/8

4 3/8

3

1/4

3/8

1/2

3/8

1/4

3/8

1/2

3/8

2 3/4

7/4

3 1/4

1 7/8

14

14

14

14

12 1/2

12 1/2

12 1/2

12 1/2

7

7

7

7

5 1/2

5 1/2

5 1/2

5 1/2

4 3/4

4 3/4

4 3/4

4 3/4

4 3/4

4 3/4

4 3/4

4 3/4

286U

286T

286TS

1 5/8

1 7/8

1 5/8

4 5/8

4 3/8

3

3/8

1/2

3/8

3/8

1/2

3/8

3 3/4

3 1/4

1 7/8

14

14

14

14

14

14

7

7

7

5 1/2

5 1/2

5 1/2

5 1/2

5 1/2

5 1/2

4 3/4

4 3/4

4 3/4

324

324U

324S

324T

324TS

1 5/8

1 7/8

1 5/8

2 1/8

1 7/8

4 5/8

5 3/8

3

5

3 1/2

3/8

1/2

3/8

1/2

1/2

3/8

1/2

3/8

1/2

1/2

3 3/4

4 ¼

1 7/8

3 7/8

2

16

16

16

16

16

14

14

14

14

14

8

8

8

8

8

6 1/4

6 1/4

6 1/4

6 1/4

6 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

5 1/4

326

326U

326S

1 5/8

1 7/8

1 5/8

4 5/8

5 3/8

3

3/8

1/2

3/8

3/8

1/2

3/8

3 3/4

4 1/4

1 7/8

16

16

16

15 1/2

15 1/2

15 1/2

8

8

8

6 1/4

6 1/4

6 1/4

6

6

6

5 1/4

5 1/4

5 1/4

Tabla A1. Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.

ANEXOS.

158

DIMENSIONES DE LA CARCASA.



326T 2 1/8

1 7/8

5

3 1/2

1/2

1/2

1/2

1/2

3 7/8

2

16

16

15 1/2

15 1/2

8

8

6 1/4

6 1/4

6

6

5 1/4

5 1/4 326TS

364

364S

364U

364US

1 7/8

1 5/8

2 1/8

1 7/8

5 3/8

3

6 1/8

3 1/2

1/2

3/8

1/2

1/2

1/2

3/8

1/2

1/2

4 1/4

1 7/8

5

2

18

18

18

18

15 1/4

15 1/4

15 1/4

15 1/4

9

9

9

9

7

7

7

7

5 5/8

5 5/8

5 5/8

5 5/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

364T

364TS

2 3/8

1 7/8

5 5/8

3 1/2

5/8

1/2

5/8

1/2

4 1/4

2

18

18

15 1/4

15 1/4

9

9

7

7

5 5/8

5 5/8

5 7/8

5 7/8

365

365S

365U

365US

365T

365TS

1 7/8

1 5/8

2 1/8

1 7/8

2 3/8

1 7/8

5 3/8

3

6 1/8

3 1/2

5 5/8

3 1/2

1/2

3/8

1/2

1/2

5/8

1/2

1/2

3/8

1/2

1/2

5/8

1/2

4 1/4

1 7/8

5

2

4 1/4

2

18

18

18

18

18

18

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

9

9

9

9

9

9

7

7

7

7

7

7

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

5 7/8

404

404S

404U

404US

404T

404TS

2 1/8

1 7/8

2 3/8

2 1/8

2 7/8

2 1/8

6 1/8

3 1/2

6 7/8

4

7

4

1/2

1/2

5/8

1/2

3/4

1/2

1/2

1/2

5/8

1/2

3/4

1/2

5

2

5 1/2

2 3/4

5 5/8

2 3/4

20

20

20

20

20

20

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

16 1/4

10

10

10

10

10

10

8

8

8

8

8

8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 1/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

405

405S

405U

405US

405T

405TS

2 1/8

1 7/8

2 3/8

2 1/8

2 7/8

2 1/8

6 1/8

3 1/2

6 7/8

4

7

4

1/2

1/2

5/8

1/2

3/4

1/2

1/2

1/2

5/8

1/2

3/4

1/2

5

2

5 1/2

2 3/4

5 5/8

2 3/4

20

20

20

20

20

20

17 3/4

17 3/4

17 3/4

17 3/4

17 3/4

17 3/4

10

10

10

10

10

10

8

8

8

8

8

8

6 7/8

6 7/8

6 7/8

6 7/8

6 7/8

6 7/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

6 5/8

444

444S

444U

444US

444T

444TS

2 3/8

2 1/8

2 7/8

2 1/8

3 3/8

2 3/8

6 7/8

4

8 3/8

4

8 1/4

4 1/2

5/8

1/2

3/4

1/2

7/8

5/8

5/8

1/2

3/4

1/2

7/8

5/8

5 1/2

2 3/4

7

2 3/4

6 7/8

3

22

22

22

22

22

22

18 1/2

18 1/2

18 1/2

18 1/2

18 1/2

18 1/2

11

11

11

11

11

11

9

9

9

9

9

9

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/2

7 1/2

7 1/2

7 1/2

7 1/2

7 1/2

445

445S

445U

445US

445T

2 3/8

2 1/8

2 7/8

2 1/8

3 3/8

6 7/8

4

8 3/4

4

8 1/4

5/8

1/2

3/4

1/2

7/8

5/8

1/2

3/4

1/2

7/8

5 1/2

2 3/4

7

2 3/4

6 7/8

22

22

22

22

22

20 1/2

20 1/2

20 1/2

20 1/2

20 1/2

11

11

11

11

11

9

9

9

9

9

8 1/4

8 1/4

8 1/4

8 1/4

8 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

7 1/4

Tabla A1. (Continuación). Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.

ANEXOS.

159

DIMENSIONES DE LA CARCASA



445TS

504U

504S

505

505S

2 3/8

8 7/8

4

8 3/8

4

5/8

3/4

1/2

3/4

1/2

5/8

3/4

1/2

3/4

1/2

5/8

3/4

1/2

3/4

1/2

3

7 1/4

2 3/4

7 1/4

2 3/4

22

25

25

25

25

20 1/2

21

21

23

23

11

12 1/2

12 1/2

12 1/2

12 1/2

9

10

10

10

10

8 1/4

8

8

9

9

7 1/2

8 1/2

8 1/2

8 1/2

8 1/2

Tabla A1. (Continuación). Dimensiones de las carcasas de los motores eléctricos.

TABLA DEL NUMERO DE CARCASA DEL MOTOR

CARCASA 3ER Y 4º DIGITOS DE LA CARCASA.

No D 1 2 3 4 5 6 7

140 3.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25

160 4.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00

180 4.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00 8.00

200 5.00 4.50 5.00 5.50 6.50 7.00 8.00 9.00

210 5.25 4.50 5.00 5.50 6.25 7.00 8.00 9.00

220 5.50 5.00 5.50 6.25 6.75 7.50 9.00 10.00

250 6.25 5.50 6.25 7.00 8.25 9.00 10.00 11.00

280 7.00 6.25 7.00 8.00 9.50 10.00 11.00 12.50

320 8.00 7.00 8.00 9.00 10.50 11.00 12.00 14.00

360 9.00 8.00 9.00 10.00 11.25 12.25 14.00 16.00

400 10.00 9.00 0.00 11.00 12.25 13.75 16.00 18.00

440 11.00 10.00 11.00 12.50 14.50 16.50 18.00 20.00

500 1 2.50 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00

580 14.50 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00

680 17.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00

Tabla A2. Número de carcasa de motores eléctricos.

ANEXOS.

160

TABLA DEL NUMERO DE CARCASA DEL MOTOR

CARCASA

No D 8 9 10 11 12 13 14 15

140 3.50 7.00 8.00 9.00 11.00 11.00 12.50 14.00 16.00

160 4.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00

180 4.50 9.00 10.00 1.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00

200 5.00 10.00 11.00

210 5.25 10.00 11.00 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00

220 5.50 11.00 12.50

250 6.25 12.50 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00

280 7.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00

320 8.00 16.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00

360 9.00 18.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00

400 10.00 20.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00

440 11.00 22.00 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00

500 12.50 25.00 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00

580 14.50 28.00 32.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00 63.00

680 17.00 36.00 40.00 45.00 50.00 56.00 63.00 71.00 80.00

Tabla A2. (Continuación). Número de carcasa de motores eléctricos.

ANEXOS.

161

ANEXO B. Simbología y Unidades Eléctricas y Físicas Utilizadas. SIMBOLOGÍA. A Continuación se muestra la simbología eléctrica utilizada en

el presente trabajo. Tabla B1

fusible

MOTOR.

Conexión a Tierra.

Devanado general.

Devanados con derivaciones.

Desconectador general.

Desconectador doble.

Elemento térmico. Estación de botones de contacto Momentáneo normalmente abierto. Estación de botones de contacto Momentáneo normalmente cerrado.

Fusible

Fusible desconectador.

Interruptor general.

Interruptor con elemento térmicoDe sobrecarga.

Contacto Normalmente abierto.

Contacto Normalmente cerrado.

Contacto Normalmente abierto cuando La bobina esta energizada

Transformador símbolo general.

Motor de c.a

MBobina de contactor.

Tabla B1. Simbología utilizada en el presente trabajo.

ANEXOS.

162

Abreviaturas de términos eléctricos usadas en diagramas de control de

motores. Tabla B2

TERMINO ABREVIATURA.

Autotransformador. ATR. Batería Bat. Bobina de Cierre B.C Bobina de disparo B.D Circuito de Cierre. CR. C. Lámpara L Normalmente Abierto. N.A Normalmente Cerrado. N.C Operación Manual. O. Man. Reóstato. Reo. Resistencia. Res. Tierra. T Transformador de Aislamiento. T.A Transformador de Control. T. con. Transformador de Corriente T.C Transformador de Potencial. T.P

Tabla B2. Abreviaturas de términos usados en los diagramas de control.

Abreviaturas de equipo de medición comúnmente usadas. Tabla B3

EQUIPO ABREVIATURA.

Amperímetro AM. Medidor de Demanda. MD. Detector de Tierra. DT. Frecuencímetro. F Factorímetro. FP. Sincronoscopio. S. Vóltmetro. VM. Varhorímetro. VARH Vármetro. VARM. Wáttmetro. WM. Watthorimetro. WHM.

Tabla B3. Equipo de medición utilizado y su abreviatura.

ANEXOS.

163

UNIDADES ELECTRICAS. En la tabla B4 se muestra las unidades eléctricas un utilizados en este trabajo.

TERMINO ABREVIACION. UNIDAD SI SIMBOLO

Intensidad I Amperio

A

Tensión. U Voltio.

V

Resistencia Óhmica.

R Ohmio

Ω

Flujo magnético. Wb Weber Ф Intensidad de campo magnético.

H A/m A/m

Potencia activa P Vatio. W Potencia reactiva. Px Voltamperio reac VAr Potencia aparente. Pz Voltamperio. VA Frecuencia. f Herzio Hz

Tabla B4. Unidades eléctricas utilizadas en el presente trabajo.

UNIDADES MECÁNICAS. En la tabla B5. Se muestra las unidades mecánicas utilizadas en este trabajo.

TERMINO ABREVIACIÓN. UNIDAD SI SIMBOLO

Longitud L Metro

m

Superficie A Metro cuadrado.

M2

Masa. Peso. m Kilogramo

Kg

Tiempo t Segundo S Numero de revoluciones

n Inverso del segundo.

1/s

Velocidad. v Metro/Segundo m/s Aceleración a Metro/s2 m/s2

Fuerza debida al peso.

F Newton. N

Trabajo. W Newton metro. Nm Momento de giro. T Newton metro Nm Temperatura. T Kelvin K Angulo A,g,b grado o

Tabla B5. Unidades mecánicas utilizadas en el presente trabajo.

ANEXOS.

164

ANEXO C. Directorio de Fabricantes de Motores Eléctricos más Importantes en México. Datos de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas. (CANAME). WEG MÉXICO, S.A. DE C.V. Carr. Jorobas Tula Km. 3.5 Manzana 5 Lote 8 Parque Industrial Huehuetoca 54680 Huehuetoca, Edo. de Mex. Tel. 5321-4272 Fax. 5321-4262 Home Page:www.weg.com.br OTTOMOTORES, S.A. DE C.V. Calzada San Lorenzo No. 1150 Cerro de la Estrella 09860, México, D.F. Tel.5624-5600 Fax.5426-5521 Home Page: www.ottomotores.com.mx ABB MÉXICO, S.A. DE C.V. Blvd. Centro Industrial No. 12 Los Reyes Zona Industrial 54073 Tlalnepantla Edo. de México Tel.5328-1400 Fax. 5328-1439 Home Page: ww.abb.com INDUSTRIAS IEM, S.A. DE C.V. Manuel Ma. Contreras No. 25 San Rafael 06470 México, D.F. Tel. 5128-1797 Fax. 5128-1798 Home Page: www.condumex.com.mx MOTORES US DE MÉXICO, S.A. DE C.V. Topacio No.15 Transito 06820 México. D.F. Tel. 5542-3737, Fax. 5522-5264 Home PAge: www.usmotors.com POTENCIA INDUSTRIAL, S.A. Av. Año de Juárez No. 205 Granjas San Antonio 09070, México, D.F. Tel.5686-7246 Fax.5686-7006 Home Page: www.potenciaindustrial.com SIEMENS, S.A. DE C.V. Poniente 116 No. 590 Industrial Vallejo 02300, México, D.F. Tel.5328-2000 Fax.5328-2192 Home Page: www.siemens.com.mx

BIBLIOGRAFIA.

165

BIBLIOGRAFÌA

1. Irving L Kosow “Máquinas Eléctricas y Transformadores” editorial: prentice Hall.

2. Orlando S. Lobosco, José Luís Díaz “Selección y Aplicación de Motores

Eléctricos” editorial. Alfa Omega. México 1998.

3. Enríquez Harper Gilberto, “Manual de Electricidad Industrial” Reparaciones de Motores Eléctricos. Editorial: Limusa Noriega Editores. México 1996.

4. Enríquez Harper Gilberto “El ABC de las Máquinas Eléctricas Tomo II”

Maquinas de Corriente Alterna. Editorial: Noriega Editores. México 1988

5. Enríquez Harper Gilberto “El ABC de las Máquinas Eléctricas Tomo III” Instalación y Control de Motores. Editorial: Noriega Editores. México 1988

6. José Roldan Vitoria “Accionamientos de Máquinas” Motores Eléctricos.

Editorial: Paraninfo 3ra Edición. España 2001.

7. Enríquez Harper Gilberto “El Libro Práctico de Los Generadores, Transformadores y Motores Eléctricos” Editorial: Limusa Noriega. 3ra Edición. México 2000.

8. Horacio Buitrón Sánchez “Operación, Control y Protección de Motores

Eléctricos” Editorial. Hp. México 1984.

9. S.J Chapman “Máquinas Eléctricas ” Editorial: McGraw-Hill. 4ta Edición. Madrid 2005.

10. Apuntes Técnicos “Electricidad” Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica. Centro de apoyo y prototipos didácticos. México 1986.

11. Catalogo de precios “LPME W21010108“ del Fabricante de Motores WEG de México 2008.

12. Catalogo “US Motors“ Lubricación a Motores Eléctricos. México 2007.

FUENTES ELECTRÓNICAS.

www.caname.org.mx Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas. www.weg.com Fabricante de motores. www.usmotors.com Fabricante de motores. www.abb.com.mx Fabricante de motores.

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