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UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS
MATRIZ ANALÍTICA
Nombre de los estudiantes: Daniel Garcia, Juliana Rey, Brandon Loaiza Programa: Ingeniería electrónica Asignatura: Maquinas eléctricas Semestre: 8
Para desarrollar la siguiente actividad, es necesario leer los artículos entregados y consultar diez
artículos más para poder diligenciar la matriz correspondiente. Así mismo esto deberá ser socializado
en el salón de clase.
Conformar grupos máximo de 3 personas. Cada ítem equivale a 0,625.
Temáticas d) Criterios para la selección de un motor y controles eléctricos
ITEM DESCRIPCIÓN CUANTIFI CACIÓN OBSERVACIONES 1-Título Se debe indicar el título y una idea clara de la temática a trabajar. 2- Problema de Investigación. Al leer la documentación requerida, deberá abordarse la problemática sobre la temática trabajada. . 3-Palabras claves y Resumen. Se debe colocar mínimo 5 palabras claves. El resumen deberá ser claro, sencillo, se redacta al final del trabajo. Extensión máxima de 250 palabras. 4-Introducción (^) importancia, justificación de la temática trabajada y su enlaceSe debe colocar una introducción de la temática y su con la problemática. (Mínimo 3000 palabras). 5-Desarrollo del cuerpo del trabajo. Se expone claramente la temática a trabajar, desarrollo de la investigación de la temática, resultados parciales de la investigación desarrollada (Mínimo 4000 palabras). 6- Resultados y antecedentes de investigación. Se debe colocar los trabajos que anteceden a la temática en mención y los posibles hallazgos o resultados del trabajo realizado. 7- Conclusiones. Se debe concluir claramente el trabajo realizado en cuanto al proceso de investigación desarrollado por el grupo. La conclusión debe ser clara y concisa en su argumentación. 8- Referencias Las referencias se deben citar según la norma que trabaje la Universidad. Importante: Es fundamental documentar la investigación de la temática trabajada. Recordar que se entregó unos artículos base, más las 10 referencias adiciones que el estudiante debe buscar. CALIFICACIÓN TOTAL
CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN
MOTOR Y CONTROLES ELECTRICOS
Juliana Alexandra Rey Pérez, Daniel Esteven García Cardona, Brandon Francisco Loaiza Trejos.
Estudiantes de Ingeniería Electrónica Universidad de los Llanos juliana.rey @unillanos.edu.co, daniel.garcia.cardona@unillanos.edu.co, brandon.loaiza@unillanos.edu.co Problema de investigación- Los motores eléctricos son una parte fundamental en el desarrollo de la industria y así mismo de la humanidad, al ser esto una parte fundamental es necesario conocer con suma importancia los criterios adecuados para estar al tanto al momento de elegir un motor eléctrico y mismamente conocer el funcionamiento de sus controles eléctricos. Resumen - En el siguiente documento se abordara el tema acerca de los motores eléctricos y controles eléctricos, para esto se hablara acerca de daños que pueden afectar tanto al motor como sus controles eléctricos, así mismo los nuevos equipos implementados en industrias, las normas eléctricas y criterios, las áreas donde más se hace uso de los motores, la ubicación donde el motor tendrá su mejor desempeño, los riesgos presentes para el daño del motor eléctrico (ya sea por mucho uso o el desatinado funcionamiento de este) , como las fallas que pueden tener presentes ya sean por desgaste u otro tipo de daño. Igualmente se darán los criterios para hacer una buena elección referente a la hora de adquirir un motor dependiendo del trabajo que se le vaya a dar a este, dándole importancia a los mecanismos de protección que deben tener los motores eléctricos para evitar accidentes y los controles de seguridad pertinentes para evitar un mal funcionamiento del mismo y evitar lecciones. Palabras Clave - Motores eléctricos, Normas eléctricas, Controles seguridad, Riesgos eléctricos, desempeño, Mecanismos de protección. Abstract - The following document will address the issue about electric motors and electrical controls, for this we will talk about damages that can affect both the motor and its electrical controls, as well as new equipment implemented in industries, electrical standards and criteria, the areas where the motors are used most, the location where the motor will perform best, the risks present for the damage of the electric motor (either due to a lot of use or the unreasonable operation of this one), such as the failures that may have present either by wear or other damage. Likewise, the criteria for making a good choice regarding the acquisition of an engine will be given depending on the work that is going to be given to it, giving importance to the protection mechanisms that electric motors must have to avoid accidents and controls. relevant security to avoid a malfunction and avoid lessons. Keywords - Electric motors, Electrical standards, Safety controls, Electrical risks, performance, Protection mechanisms
I. INTRODUCCIÓN
Hoy en día los motores eléctricos forman parte de casi todos los procesos industriales y sin ellos sería imposible operar o llevar a cabo un buen rendimiento en la industria , se han vuelvo una base fundamental para casi todo proceso. De aquí radica la importancia de tener un buen motor que sea capaz de controlar grandes procesos. Para entender de qué hablamos se debe conocer bien en que consiste un motor eléctrico, un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas, son máquinas eléctricas rotatorias las cuales están compuestas de dos partes cruciales las cuales son el estator y rotor, el estátor es la parte fija de una máquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisión de potencia (en el caso de motores eléctricos) o corriente eléctrica (en el caso de los generadores eléctricos), así mismo El rotor es el componente que gira (rota) en una máquina eléctrica, ya sea un motor o un generador eléctrico. el rotor está formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira dentro de un campo magnético creado bien por un imán o por el paso por otro juego de bobinas, arrolladas sobre unas piezas polares, que permanecen estáticas y que constituyen lo que se denomina estátor de una corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de máquina de que se trate. Puede decirse que la eficiencia de un motor eléctrico es la medida de la capacidad que tiene el motor de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. La potencia eléctrica correspondiente medida en watts (w) entra por los terminales del motor y la potencia mecánica medida en watts o HP que sale por el eje. La eficiencia (EF) del motor puede expresarse como: Y como: Potencia mecánica de salida = Potencia eléctrica de entrada – Pérdidas Se tiene que:
menos que el voltaje y la frecuencia no sean los adecuados, pueden no darse condiciones mínimas que garanticen la potencia nominal. Además, es importante recalcar que la potencia en el eje debe ser exigida por la carga (ventilador, bomba, etc), de lo contrario, solo entregaría lo que sea requerido o demandado. Otro dato importante es la velocidad mecánica la cual al igual que la potencia, esta indicada en la placa, la cual representa también un valor nominal, y se expresa en revoluciones por minuto (rpm). La velocidad de rotación del eje de un motor es también conocida como velocidad mecánica. Este valor puede compararse con la velocidad real (si recibe voltaje y frecuencia nominal) sólo en caso de ser iguales (opera a velocidad nominal), y afirmar que el motor opera a carga nominal (plena carga), por lo que se considera un motor en estado normal de operación, de lo contrario, una velocidad real menor que la nominal puede provocar una sobrecarga y viceversa. Si un motor opera en condiciones nominales de voltaje y frecuencia, pero el valor de la velocidad mecánica (en una determinada condición) es menor o mayor que la nominal, se deduce que el torque que demanda por la carga no es nominal. Se puede afirmar que la velocidad mecánica y el torque de carga son inversos (a mayor carga en el eje, menor velocidad mecánica y viceversa), siempre y cuando se trate de un motor de inducción de potencia constante, la diferencia de un motor de torque constante y un motor de torque variable, que presentan otro comportamiento. Para una aplicación dada, al analizar la velocidad de placa del motor como aspecto de selección, debe recordarse que no será a esta velocidad que gire necesariamente el eje, pues deben cumplirse las tres condiciones anteriores (voltaje, frecuencia y carga nominal). Al considerar este aspecto, se deben tener claros las condiciones en que operará el motor para satisfacer las necesidades, pues de acuerdo con el tipo de aplicación, analizado, el motor debe girar a la velocidad de placa (o valor fijo), pero es posible que el torque que exige la carga no sea constante ni nominal, lo que implicaría recurrir a métodos de control de velocidad tradicionales o emplear métodos modernos (variador de frecuencia), lo cual requeriría un mayor análisis para considerar si el diseño de la máquina permite flexibilidad de velocidades. “Prevención de las fallas de los motores trifásicos de inducción mediante una adecuada selección. Osvaldo (2009) afirma que “El 82,9% de los ingenieros considera que la velocidad es un factor importante al seleccionar los motores eléctricos, sin embargo, el 17,1% restante considera que la velocidad no es tan importante y que puede corregirse con un variador de frecuencia. Uno de los ingenieros entrevistados explicó, a modo de ejemplo, por qué la velocidad ya no es un factor determinante. Comentó que, al comprar un motor trifásico de inducción (3500 rpm) que debía manipular una bomba centrífuga, el producto trasegado presentó inconvenientes de derrames de producto (salpicaduras), por lo cual, fue necesario consultar al fabricante de la bomba. Como recomendación del fabricante, se sugirió operarla a 1800 rpm. El ingeniero a cargo decidió emplear una solución moderna mediante el uso de un variador de frecuencia, configurado para que opere al 50% de la frecuencia nominal, y de esta forma solucionar el problema. Aunque este dispositivo posee otras funciones, actualmente su operación se limita a una reducción fija de la velocidad mecánica.” (Guerrero C.
- P83). Con lo anterior se evidencia una mala selección del motor, ya que se debió adquirir un motor de 4 polos para alcanzar el mismo resultado. O bien, se justifica el uso del variador si también se configura para la optimización de la energía eléctrica mediante la regulación del caudal trasegado de acuerdo a la demanda, pero lamentablemente este no es el caso. En resumen, no solamente se cometió el error de seleccionar una velocidad inadecuada, sino que el costo de la instalación del equipo se incrementó. Aunado a ello, el uso del variador accionado a un motor con un aislamiento convencional puede provocar, con el tiempo, el deterioro prematuro del aislamiento, ya que, al girar el motor a menor velocidad, se reduce su enfriamiento. Para evitar el daño, se recomienda la reducción de potencia mecánica en busca de un menor consumo de corriente que, a su vez, genera una menor temperatura del devanado. En función de la problemática de encontrar un motor que se adapte a los requerimientos que el usuario necesite , se ha optado por tener unos criterios para la selección del mismo , debido a que en la industria podemos encontrar numerosos motores de diferentes características. Todos sabemos que el motor eléctrico es una máquina que transforma energía eléctrica recibida de la red en energía mecánica rotacional en el eje. De esta forma , se puede accionar cualquier tipo de carga mecánica , siempre y cuando tengamos disponibilidad de una red eléctrica. También sabemos que dentro del universo del motor eléctrico , el motor de inducción es el más común y prácticamente todas las aplicaciones industriales pueden realizarse con este motor , generalmente el tipo jaula de ardilla , o con rotor en cortocircuito. Este documento se basa en las normas eléctricas y criterios a seguir para una buena y correcta selección del motor. Las normas a mencionar son las NEC, NEMA, EN y NFPA. Todas ellas provienen de las normas de seguridad industrial, para evitar de esta manera problemas de índole eléctrico y realizar nuestra selección dentro de los parámetros de seguridad industrial adecuados y así poder evitar ciertos incidentes dentro del área de trabajo y de la industria en general. Dichas normas son las que rigen tanto en el diseño como en la construcción de motores, pero principalmente en la instalación y selección de los motores eléctricos e indican su adecuada utilización y protección. NEMA es el organismo responsable de numerosos estándares industriales comunes usados en el campo de la electricidad a nivel de los Estados Unidos para fabricantes de equipos eléctricos, y en nuestro caso de los motores eléctricos. NEC es un estándar estadounidense para la instalación segura de alumbrado y equipos eléctricos, este organismo no sólo se preocupa por maximizar la seguridad pública, la prevención de emergencias sino también la protección de los trabajadores eléctricos. EN es un conjunto de normas que rigen principalmente en el continente europeo ,NFPA es una organización creada en Estados Unidos, encargada de crear y mantenerlas normas y requisitos mínimos para la prevención contra incendio, capacitación, instalación y uso de medios de protección contra incendio, utilizados tanto por bomberos, como por
personal el encargado de la seguridad. Los factores considerados en la selección de los motores no han sido únicamente eléctricos sino también aquellos relacionados con el ambiente de trabajo y ciertas partes mecánicas Siempre que se tiene la necesidad de adquirir un motor , hay que hacer antes los siguientes cuestionamientos: ¿es una instalación nueva o existente? , ¿cuáles son las condiciones de la red eléctrica? , ¿cuál es la carga que el motor va a accionar? , ¿cuáles son las condiciones medioambientales? , ¿cuál va a ser el tiempo de recuperación de la inversión? , ¿qué tipo de normas debe cumplir el motor? , ¿cómo va a ser hecho el arranque del motor? Obviamente, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor? En la siguiente sección se dan a conocer cada una y más de las preguntas planteadas. Para maximizar la eficiencia debe tenerse en cuenta otro aspecto importante el cual es el ambiente en el cual esta operando el motor eléctrico o generador, el ambiente de operación contempla todos los aspectos del medio externo al cual se somete el motor eléctrico y las características del diseño del motor que lo protege, los cuales pueden tener un efecto desfavorable en la máquina si el diseño no es el adecuado para soportar las condiciones adversas a su operación, en la selección del motor, se deben analizar, al menos, cuatro datos de placa del motor, los cuales están íntimamente ligados a las condiciones externas de trabajo, asimismo el fabricante debe indicar el funcionamiento del motor de acuerdo a su diseño. Si estos aspectos no se analizan, o se exceden las condiciones de su diseño, es posible que se dé un daño prematuro a sus componentes, si no se tiene atención podría verse muy afectado el componente ya sea un motor eléctrico o generador. Así mismo si estás variables se desconocen, o no se controlan los límites máximos permitidos por el fabricante, se generan una causa directa de falla, A continuación, se describen los cuatro aspectos, a saber: temperatura de trabajo, tipo o clase de aislamiento, tipo o grado de encerramiento (protección al medio) y altura sobre nivel del mar. Es la temperatura ambiente máxima (°C) a la cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Es la temperatura del aire circundante que entra en contacto con los componentes calientes del aparato. En la norma NEMA MG 1-2007, sección 7.8, se indica que “El valor de la temperatura ambiente máxima será de 40 °C, a menos que se especifique otra cosa” Si la temperatura ambiente es mayor a la señalada, todo el sistema de enfriamiento se afecta, la clase de aislamiento se indica en la clase de materiales de aislamiento utilizados en el devanado del estator. Son sustancias aislantes que cubren el cobre del conductor y que son sometidas a pruebas para determinar su duración al exponerlas a temperaturas predeterminadas, para la carcasa o protección del motor la norma NEMA10, se definen: ODP, TE, TEFC, TENV, TEFCG, cada uno de estos codigos representa el diseño de carcasa y esto a su vez indica el nivel de protección del mismo, la altura sobre el nivel del mar es algo fundamental también a tener en cuenta ya que si la ubicación de la instalación del equipo es superior a los 1000 metros sobre el nivel del mar (msnm), se debe considerar este aspecto. En el efecto de enfriamiento mediante la refrigeración, el aire está en función de su densidad. La presión atmosférica y la densidad del aire se reducen a altitudes mayores a los 1000 msnm, lo que provoca que la disipación de calor del motor se reduzca, y que, por ende, la máquina se caliente más. El tipo de servicio o trabajo es algo fundamental y el cual pueden dividirse en tres clasificaciones, Continuo: Es un servicio que requiere que la operación demandada sea con carga constante para un tiempo indefinido, cuando el motor opera las 24 horas. Esta es la clasificación más común y representa aproximadamente el 90% de las aplicaciones de motor, Intermitente: Es cuando la carga exige ciclos o intervalos que alternar con y sin carga, estos valores de tiempos de la máquina detenida y en funcionamiento deben estar claramente definidos. Variación de carga: En la norma MG 10-2001 (R2007), se establece que existen aplicaciones donde la carga presenta ciclos de operación que no indican periodicidad, como también, periodos donde la máquina está detenida. Para este tipo de casos, pueden existir periodos de picos de carga que deben ser considerados mediante el establecimiento de una carga de operación, el tipo de servicio afecta directamente a la maquina ya que algunas se ven afectadas por el constante ciclo de trabajo intermitente el cual consume su vida o periodo útil, ya sea de generador o motor eléctrico. II. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN MOTOR Y CONTROLES ELÉCTRICOS NORMAS PARA LOS MOTORES ELECTRICOS CODIGO ELECTRICO NACIONAL. La NEC es una extensa colección de artículos para garantizar la segura instalación de los equipos eléctricos y el cableado eléctrico en los estados unidos pero es acogida por muchos países. Norma NEC 430.7 para identificación de motores : todo motor eléctrico debe poseer una placa donde este escrito los datos del diseño y funcionamiento del mismo, el mismo que es proporcionado por el fabricante, comúnmente viene impresos en placas metálicas de fácil acceso visual para el operario. Dentro de estos datos deben de estar: el nombre del fabricante, voltaje, corriente de operación, revoluciones por minuto (rpm) de la máquina, temperatura máxima de operación o en su caso clase de aislamiento de diseño del motor del motor, frecuencia, potencia máxima (para motores mayores a 1/8 HP debe de ser expresada en KW), para motores mayores a 1/2HP el código de rotor bloqueado, letra de diseño de la máquina, entre otros datos. Norma NEC 430.150 y 151 B. corrientes nominales y de fallas : dependiendo del diseño de cada máquina podemos tener un conocimiento de las corrientes que van a tener los motores eléctricos durante su normal funcionamiento, corriente nominal, y las corrientes de rotor bloqueado que serán utilizadas para determinar posteriormente las capacidades de los dispositivos de control y protección. En el inciso 150 encontraremos la tabla de corriente nominal de los motores trifásicos, en cambio el inciso 151B obtenemos las tablas con el valor de la corriente del rotor bloqueado dividido por su diseño y potencia. Norma NEC 430.14, 16 para la ubicación de los motores: donde se indican la importancia y precauciones al ubicar motores en diferentes zonas, tomando en cuenta si estos se
motores sean independientes a los de la computadora u otros equipos electrónicos. Se debe tener muy en cuenta la carga a mover por el motor debido a que se debe realizar un correcto dimensionamiento de la carga a mover para poder seguir con las características del motor deseado, en el caso de una sobrecarga en el motor se debe considerar la temperatura que va a llegar a soportar los conductores en especial si estos se encuentran dentro de canaletas con un agrupamiento determinado. Para este caso el NEC en la sección 310 trata todo lo concerniente a los conductores y su ubicación dentro de las canaletas, además de la temperatura interna que pueden soportar dependiendo del número de conductores dentro de la canaleta así como también del número de hilos utilizados. La velocidad dependerá de las necesidades de la empresa y del trabajo que el motor realizará. En el caso de estar en una cadena de trabajo deberá ser considerado en igual proporción con los otros ya instalado o diseñado, en caso de ser toda una instalación nueva. Si por otro lado se necesita valores fuera de los estándares, el ingeniero deberá recurrir a diferentes métodos mecánicos para disminuir o aumentar la velocidad de final ya sea mediante engranes, banda, etc. En el caso de desear disminuir la velocidad mediante métodos eléctricos también poseemos variadores de velocidad, los cuales trataremos posteriormente. Deberemos tomar en cuenta el tipo de arranque que seleccionaremos para el motor considerando que los diferentes arranques poseen una disminución en el torque de arranque y repercutirá en la potencia de arranque. Este ítem debe ser considerado al momento de dimensionar la potencia del motor tomando en cuenta la carga a moverse porque puede ser que sea el caso en que el motor arranque cargado, entonces el tipo de arranque no deberá afectar y en cualquier tipo de arranque seleccionado se necesitará vencer el torque de la carga; es decir, la curva de carga siempre deberá ser menor a la curva de torque del motor. Por último el ambiente donde el motor va a ser ubicado debe estar especificado en los criterios tomando en cuenta la altura sobre el nivel del mar al cual se encontrará, esto se aplica para alturas mayores a los 1000m sobre el nivel del mar, temperatura de su entorno o ambiente donde va a estar ubicado el motor, de esto dependerá la clase NEMA con el que contará el motor por lo tanto sus materiales aislantes y de conducción, presencia de agentes extraños tales como líquidos, sólidos e impactos mecánicos al que se verá expuesto el motor, nos indicará el tipo de carcasa con la que contará el motor y esto vendrá representado con el valor IP del motor. MECANISMO DE PROTECCION Y CONTROL DE SEGURIDAD Debido que tenemos diferentes factores con los que se van deteriorando la vida útil de nuestros motores eléctricos, procederemos a explicar diferentes dispositivos para su protección y control, así como también de qué factores dependerá su ajuste y selección. Al momento del dimensionamiento, ubicación e instalación de los dispositivos de protección y control existen normas a seguir como son la NEC 430.42 que trata sobre la conexión de un motor y sus protecciones en un circuito derivado, la NEC 430.52 permite la elección y ajuste de los sistemas de protección para un motor que se encuentre ubicado en un solo ramal, la NEC 430.53trata sobre la conexión de dos o más motores y sus protecciones a partir de un circuito derivado y la NEC 430.91 que nos ayuda con el envolvente o carcasa donde se deben ubicar y material de construcción para evitar cortocircuitos o posibles incendios. Así como también las normas EN 60204-1 y la NFPA69 referentes a la ubicación de los equipos de manera adecuada acorde a la seguridad industrial para proteger tanto a los equipos como al personal y la industria en general. Según la Autoridad de los Servicios Públicos de Panamá estadísticamente nos indica que a nivel mundial las causas de fallas más comunes en los motores eléctricos son las siguientes: [3] TABLA 1. FALLAS EN MOTORES ELECTRICOS MÁS COMUNES Mencionaremos a continuación las diferentes protecciones que debemos de tener en cuenta. La protección contra el bajo voltaje debido a que si el motor recibe un voltaje menor que el que necesita para trabajar, el comenzara a trabajar de manera forzada y puede que se detenga por completo ocasionando el calentamiento en sus bobinas La protección adecuada contra esta condición es la ubicación de un relé de bajo voltaje, que es un dispositivo con la capacidad de desconectar el motor del suministro de energía, pero con la capacidad de restablecer el suministro cuando el voltaje entregado por la empresa eléctrica sea el adecuado con un tiempo de espera determinado para su reconexión. La protección contra la reconexión automática del sistema de distribución es demasiado peligrosa porque cuando el motor opera con carga continua como por ejemplo los compresores, esto es debido que al operar con grandes cargas la reenergización inmediata puede ocasionar un sobrecalentamiento de los elementos internos del motor principalmente en los componentes de sus bobinas, provocando una disminución en la vida útil del motor y pudiendo llegar a ocasionar que el motor se queme. La ubicación de un relé temporizado como sistema de protección contra esta condición es una buena opción, para que en el momento de la reenergización el motor no encienda de manera inmediata. Este relé debe ser calibrado de manera que las condiciones para el motor sean las propicias, y de esta manera no ocasionar los problemas antes mencionados. Protección contra desbalances de voltaje se ha tratado el estudio sobre los desbalances de voltaje y corriente, extrayendo del mismo que el principal efecto de los desbalances de voltaje y corriente es el aumento considerable en ciertos casos de la temperatura del motor, causando un deterioramiento de los elementos internos en especial a las bobinas y sus componentes. Por lo que se
recomienda la instalación de un relé de desbalance trifásico, o también llamado de secuencia negativa, dispositivo que se encarga de desconectar la alimentación del motor en caso de un desbalance considerable del sistema de alimentación. La mayoría de estos dispositivos vienen con diferentes niveles tanto de voltaje como de un margen para poder considerar como aceptable el desbalance que se presente en el sistema. Protección contra la pérdida de una fase,Considerada como la peor falla que puede soportar un motor eléctrico, debido a que sino esta falla no es despejada a tiempo el motor se quemará de manera instantánea. La principal fuente para la presencia de esta condición es cuando un fusible se quema dejando al motor funcionando con dos fases únicamente, por lo que los devanados se sobrecalentarán induciendo un deterioro más rápido que condiciones anteriores. La protección para esta condición es un relé de pérdida de fase, dispositivo que dejará al motor sin alimentación hasta que las condiciones vuelvan a la normalidad. Protección contra la inversión de fase, Esta condición ocasiona que la rotación del motor sea en el otro sentido, lo cual puede causar lesiones al personal que opera la máquina así como también desperfectos al equipo. El dispositivo de protección para esta condición es el relé de protección de inversión de fase, el que desconectará al motor del sistema eléctrico en el instante que se ocasione una inversión de fase. Protección contra sobre corriente Esta condición se presenta principalmente cuando por diferentes causas se ocasiona un cortocircuito en el motor, el lugar donde normalmente se pueden presentar los cortocircuitos es en los devanados, debido a la acumulación de polvo u otros agentes que deterioran los materiales aislantes y de impregnación, también se pueden presentar en la caja de conexiones pero muy raras veces esto ocurre. Esto se puede prevenir mediante la adecuada planificación de mantenimientos preventivos. El dispositivo que protege al motor contra esta condición es el relé de sobre corriente, se encarga de dar una alarma cuando existe presencia de sobre corriente. Protección contra sobrecarga Esta condición cuando el motor trabaja con una carga mayor a la de sus especificaciones; es decir, la curva de carga supera a la de torque del motor. Ocasionando un aumento en la temperatura y por consiguiente un deterioramiento en los elementos del motor. El dispositivo de protección para esta condición es un relé de sobrecarga, el mismo que se encargará de desconectar al motor del sistema eléctrico cuando esta condición se presente. [1] CRITERIOS DE SELECCIÓN DE CONTROLES YPROTECCIONES PARA MOTORES ELECTRICOS Los dispositivos de control y protección para su correcta selección deben de tener los siguientes criterios: Tipo de corriente, tensión de alimentación y la frecuencia,Estos dispositivos vienen fabricados para corriente alterna como continua dependiendo del tipo de labor que van a realizar, por lo tanto se debe tener precaución al momento de trabajar con estos equipos en solicitar y verificar que el asignado al diseño es el que se necesita. Esta cautela se debe tener principalmente al momento dela instalación. Potencia nominal de la carga, La potencia nominal será determinada por la potencia del motor, recordemos que esto debe ir de acuerdo a la carga que el motor va a mover. Por lo tanto este valor de la potencia dependerá directamente de la potencia del motor, y su correcto dimensionamiento tomando en cuenta los factores que pueden afectar el desempeño del mismo. Condiciones de servicio,Existen industrias en las cuales sus motores entran en funcionamiento varias veces al día y de manera repetitiva, ocasionando que los dispositivos de control trabajen con corrientes elevadas tanto de corte como de arranque. De igual manera existen equipos que su labor dentro de la industria ocasiona que sean encendidos pocas veces durante el día es decir un uso de tipo medio, y otros casi nulo. El circuito que va a alimentar puede ser el de potencia o para el de control, a partir de este segundo se tiene también en cuenta si el número de contactos auxiliares que se necesitan en el mismo dispositivo o anexo a este. En el caso de contar con n número mayor con el que cuenta el dispositivo, en la actualidad existen otros dispositivos complementarios que aumentan el número de contactos auxiliares. Tomando mucho en cuenta que se poseen dispositivos con contactos normalmente cerrados y abiertos, en esos casos deberemos indicar el tipo de contactos que se requieran. Categoría de empleo, La norma IEC 947 se ha encargado de definir que dependiendo el tipo de carga que va a energizar, controlar o proteger un equipo se deberá utilizar un diseño en especial. En el subcapítulo 4.1.7 se ha incluido la categoría de empleo de los contactores, dicha clasificación está dentro de la norma IEC 947. POSIBLES CONSECUENCIAS Y PROBLEMAS EN LASELECCIÓN DE UN DISPOSITIVO DE PROTECCION O CONTROL [2] Como en el caso de los motores, los dispositivos de control también pueden ocasionar problemas tanto al equipo mismo como a la industria frente al caso de haber sido elegido de manera errónea. Las posibles consecuencias se presentan a continuación. Selección errónea del tipo de corriente, tensión de alimentación o frecuencia: Los dispositivos que vienen diseñados para trabajar con corriente continua no funcionan con corriente alterna, esto no ocurre en todos los dispositivos son pocos los modelos que vienen con la capacidad de trabajar con ambos tipos de corrientes. Pero en el caso que el dispositivo no sea de este tipo, lo que ocurrirá es que no funcione de manera correcta para la función que fue diseñado. En el nivel de tensión si es de un dispositivo con un diseño de mayor tensión al de la red, lo que ocurrirá que no funcionará de manera correcta. Pero en el caso que sea de menor tensión al de la red de alimentación, el dispositivo quedará inhabilitado porque su bobina recibirá niveles de voltaje para el que no fue diseñado, provocando que la misma se queme. Selección errónea de la potencia de carga: En el caso de elegir de manera errónea la potencia de carga del dispositivo de control o de protección, se deteriorará a mediano o corto plazo, especialmente en las partes que soportan las corrientes del mismo. Provocando que deba ser cambiado de manera casi inmediata. Por ejemplo en el caso del contactor, los contactos se destruirán debido a que la corriente para el que fueron diseñados es muy pequeña para la que están soportando. Selección errónea de la condición de servicio : Si la elección de la condición de servicio es errónea de una de uso extremo por uno de duro, normal o ligero uso, ocasionará que el dispositivo se deteriore en poco tiempo cosa que no ocurre en el caso que la elección sea de manera inversa, pero en ese caso tendremos problemas con los costos del mismo, debido a que un dispositivo de uso extremo tiene un mayor costo porque sus componentes están diseñados para este tipo de servicio, relación con uno de
motores de clase de eficiencia IE3, la tecnología más investigada es la de motores tipo jaula de ardilla. Sin embargo, para las clases IE4 y IE5 se está investigando nuevas tecnologías tales como rotor de Imanes Permanentes y de Reluctancia. Para la clase IE5 la tecnología SCIM está descartada y se abre un tema de investigación para nuevas tecnologías y diseños de motores para lograr eficiencias Ul- tra-Premium/IE5. Las tecnologías identificadas para los motores de alta eficiencia son: motores de imanes permanentes (se investiga la aplicación de nuevos materiales magnéticos enrarecidos), los motores de reluctancia (se investiga la aplicación de motores de reluctancia variable), motores de imán permanente con arranque directo en línea, de motores de sincrónicos de reluctancia y motores de reluctancia asistidos con imanes permanentes. El mayor porcentaje de patentes se está registrando en el diseño de motores de imanes permanentes, donde la tecnología LSPMSM presenta una tendencia ascendente. Luego están los motores de reluctancia, donde se encontraron patentes especialmente de diseños en motores sincrónicos de reluctancia. En las máquinas de inducción tipo jaula de ardilla, el número de patentes fue menor. A nivel internacional los países que tienen el mayor número de patentes y publicaciones son USA, China, Japón y Corea del Sur, seguidos de países europeos como Alemania, Italia y Portugal. A nivel latinoamericano se encuentran Brasil, Argentina, Colombia y México. Respecto a las instituciones, la Universidad Nacional de Colombia es la líder en publicaciones en el tema de investigación de motores eléctricos, seguida por la Universidad del Valle, la Universidad Autónoma de Occidente, la Universidad Industrial de Santander y la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Respecto a laboratorios acreditados para la ejecución de ensayos de eficiencia a motores eléctricos, en Colombia no existen este tipo de laboratorios. Sin embargo, la investigación encontró que el país cuenta con 12 universidades con laboratorios de máquinas eléctricas con potencial de ser acreditados para esta prueba, y un laboratorio a nivel industrial. Por lo tanto, es urgente impulsar la acreditación de laboratorios en Colombia sobre todo considerando que el Reglamento de Etiquetado de equipos de uso final RETIQ entró en vigencia desde agosto de 2016. [11] Como antecedentes en forma general se puede mencionar que en los años ochenta se presentó una análisis en estado permanente de motores trifásicos jaula de ardilla con fallas en el rotor, en anillos y barras (Williamson et al., 1982), además, se empleó el monitoreo de vibraciones y corrientes para la detección de excentricidad en el entrehierro en motores de inducción de gran capacidad (Cameron et al., 1986). En los años noventa (Thomson et al., 1997) se presenta un método de monitoreo de la corriente en línea para el diagnóstico de excentricidad en el entrehierro, también se presentan resultados de diagnóstico en línea y fuera de línea de motores de inducción de baja mediana y alta tensión (Carvajal, et al., 1999). En el año 2000 (Fernández, et al., 2000) presentan una serie de técnicas de mantenimiento y diagnóstico de máquinas eléctricas rotatorias. Dentro de los trabajos reportados de una década hasta la actualidad, se tienen la aplicación de metodologías de diagnóstico de fallas en un motor de alta capacidad utilizado para una bomba de alta presión (Bossio, et al., 2005), posteriormente se presenta una metodología de monitoreo, detección y diagnóstico de fallas en motores asíncronos de inducción (Castelli, et al, 2007), y la aplicación de redes neuronales artificiales en el diagnóstico de fallas en motores de inducción (Villada, et al., 2007). Recientemente se han desarrollado nuevos libros dedicados al monitoreo de máquinas eléctricas rotatorias (Tavner et al., 2008), se han aplicado wavelets como una forma alternativa de detección de fallas (Schmitt et al., 2010, y se han presentado metodologías para la detección de fallas en rodamientos y engranajes (San Martín, et al., 2010). CONCLUSIONES Las normas técnicas eléctricas han sido diseñadas para el fabricante y el instalador, con el fin de que se sigan y así se eviten los diferentes riesgos que puedan pasar. Los motores con presencia de chispas no se pueden utilizar, y en dado caso que se requiera su uso, se debe evitar ubicarlos en lugares con riesgo de explosión Todo motor se le debe de hacer la limpieza con los materiales requeridos para evitar así el desgaste en sus piezas Siempre se debe de llevar un seguimiento de los mantenimientos y vida del motor Si no se encuentra el motor con las características indicadas, se puede conseguir uno de especificaciones muy similares. La puesta a tierra es muy importante a la hora de reducir el riesgo y mejorar la vida útil del motor. Los valores de voltaje, corriente, frecuencia y potencia nominal, son los factores más importantes a la hora de la selección de un motor eléctrico. REFERENCIAS [1] CRITERIOS PARA LA SELECCION DE MOTORES ELECTRCIOS, Universidad de Guanajuato URL: http://www.fimee.ugto.mx/profesores/noehernande z/documentos/FIE/Exp%205%20CRITERIOS %20DE%20SELECCI%C3%93N%20DE %20MOTORES%20EL%C3%89CTRICOS.pdf [2] DIAGNOSTICO DE FALLAS EN MAQUINAS ELECTRICAS ROTATORIAS UTILIZANDO LA TECNICA DE ESPECTROS DE FRECUENCIA DE BANDAS LATERALES, Departamento de Ingeniería Eléctrica , Roberto Flores y Tomas Aiain.MEXICO ,
[3] CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN MOTOR Y CONTROL ELECTRICOS. Escuela superior politécnica del litoral, facultad de ingeniería eléctrica y computación. Miguel Geovanny Quiñonez, Ecuador 2010. [4] Roldán Viloria, J. “MOTORES ELECTRICOS. VARIACION DE VELOCIDAD”. Editorial Paraninfo. Madrid. 1993.
[5] Sanjurjo Navarro, R. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial Mc-Graw-Hill. Madrid. 1989. [6] Cortés Cherta, M. “CURSO MODERNO DE MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS. TOMO 4: MAQUINAS SINCRONAS Y MOTORES C.A. DE COLECTOR”. Editores Técnicos Asociados. Barcelona. 1977. [7] Chapman, S. J. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial McGraw-Hill. Colombia. 1987. [8] RICHARDSON, Donald V. (1997). Máquinas eléctricas rotativas y transformadores. 4 ed. Prentice Hall. [9] ENRIQUEZ HARPER, Gilberto. (2005). Experimentos con máquinas eléctricas: máquinas rotatorias y transformadores. 1a ed. Limusa. [10] Fitzgerald, A. E., Kimgsley, Ch. y Umans, S. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial McGraw-Hill. México. 1992. [11] Javier A. Rosero-Garcia, Enrique C. Quispe, Rosaura del pilar Castrillon-Mendoza “TENDECIAS EN LA NORMATIVIDAD, EL DESAROLLO TECNOLOGICO Y LA APLICACION DE MOTORES ELECTRICOS DE ALTA EFICIENCIA” 2018.
