Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

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Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

Los sistemas trifásicos son un  sistema operativo y desempeña un papel fundamental en la   distribución, producción y consumo de la energía eléctrica ya que es el método más usado en todo el mundo para transferirla y fueron creados por Galileo Ferraris, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky, Jonas Wenström, John Hopkinson y Nikola Tesla al final de la década de 1880.

Estos están integrado por una corriente alterna que posee tres fases monofásicas distintas, que poseen amplitud y potencias iguales, además de tener un desfasaje entre si de 120° eléctricos entre los polos de cada una de las fases del sistema.

Figura N° 1. Desfasaje entre fases en un sistema trifásico balanceado.

Este tipo de sistema divide la potencia total generada entre las tres fases y sus voltajes generalmente lo podemos encontrar desde los 208, 380 a 400 voltios u otra tensión eléctrica y dependerá de la maquina y configuración atendiendo las normas del país y las necesidades en cuestión.

Cabe destacar que los sistemas trifásicos deberían estar constituidos por 6 conductores eléctricos (2 por cada circuito), pero resulta que 3 de estos pueden unirse tal como se puede apreciar en la figura 2 denominando este como NEUTRO y conducir por este la sumatoria vectorial de las corrientes de linea, ya que la suma de corrientes de 'retorno' (el cable que falta) de un sistema trifásico de ser equilibrado es cero. De esa manera solo es necesario conducir los otros tres cables calificados como líneas.

Si se quiere utilizar un circuito monofásico alterno, solo es necesario tomar del sistema una línea y la tierra ese cable que falta como se indica en la imagen en la parte marcada con la letra “C” y se obtiene un voltaje 127 V; si en cambio se prefiere un mayor voltaje monofásico, es necesario tomar dos de las fases del sistema, como se puede ver en la imagen marcada con la letra “D”; y si se quieren utilizar simultáneamente los tres circuitos monofásicos, es decir el sistema trifásico se pueden unir de nuevo uno de los extremos de cada fase y llevarlo a tierra, y ya se podrá disponer del triple de potencia que utilizando un solo circuito monofásico alterno como se ve en las letras “F y G”. Para el caso de la conexión con letra “E“ se utiliza para cargas especificas que se necesita el cable tierra. 

Figura N° 2. Conexiones posibles con un sistema trifásico.

Sin duda alguna, esta innovación enriqueció la vida del ser humano al disponer de una flexibilidad para las conexiones y disposición de diferentes niveles de tensión con la corriente alterna y es que gracias a esto ciudades enteras han podido disfrutar de los servicios eléctricos, ya que son tanto utilizados en instalaciones industriales de media y baja tensión, particularmente para la alimentación de motores eléctricos y otras cargas de potencia mas elevada. Además con la  distribución monofásica esta se emplea cuando las cargas se refieren a televisión, sonido, iluminación y pequeños motores eléctricos, entre otras cargas (electrodomésticos).

Conexiones trifásicas. 

Existen dos configuraciones trifásicas básicas: estrella (Y) y delta (Δ). Conforme lo mostrado en la figura 3, una configuración delta requiere apenas tres hilos para la transmisión, pero estrella puede tener un cuarto hilo. El cuarto, en su caso, se suministra como neutro y normalmente es aterrado. Las designaciones de tres y cuatro hilos no cuentan el hilo de tierra presente por encima de muchas líneas de transmisión, que es exclusivamente para protección de falla y no transporta corriente de uso normal.

Figura N° 3. Conexiones trifásicas.

·         Estrella: Para realizar este tipo de conexión se unen los extremos finales de los devanados de la carga o generador (U2, V2, W2) en un punto central, en caso de tener solo un devanado por fase. Esta forma de conexión tiene el aspecto de una estrella.

·         Triángulo o Delta: Para realizar este tipo de conexión se unen los principios y finales de las fases de los devanados, (W2-U1, U2-V1, V2-W1), dando lugar a una forma que tiene el aspecto de un triángulo.

Uso de las conexiones.

El sistema estrella de cuatro hilos tal como se explico anteriormente es usado cuando una mezcla de cargas monofásicas y trifásicas deben ser servidas, como iluminación mezclas de cargas del motor. 

Como ejemplo de aplicación esta la distribución local en Europa (y otros lugares), donde cada cliente puede ser alimentado apenas por una fase y el neutro (Es el común de las tres fases). Cuando un grupo de clientes que comparta el neutro consume corrientes de fase desiguales, el hilo neutro carga las corrientes resultantes de esos desequilibrios. 

Los ingenieros electricistas intentan proyectar el sistema de energía trifásico para que en  cualquier ubicación la energía tomada de cada una de las tres fases sea la misma tanto como sea posible para las cargas. Así como también intentan organizar la red de distribución de modo que las cargas sean lo más equilibradas como sea posible, una vez que los mismos principios aplicados a las  instalaciones individuales también se aplican al sistema de distribución de energía a gran escala. 

Con base en la conexión estrella (Y) y delta (Δ). Generalmente, existen cuatro tipos de conexiones para el fin de transmisión y distribución.

·         Estrella (Y) - estrella (Y) es usado para baja y alta tensión.

·         Delta (Δ) - Delta (Δ) es usado para grandes y bajas tensiones.

·    Delta (Δ) - estrella (Y) es usado para transformadores elevadores, o sea, en estaciones generadoras.

·     Estrella (Y) - Delta (Δ) es usado para transformadores reductores, o sea, la final de la transmisión.

    Ventajas de los sistemas trifásicos.

En comparación con una fuente de alimentación CA monofásica que usa dos conductores (fase y neutro), una fuente trifásica sin neutro y la misma tensión de fase-tierra y la capacidad de corriente por fase esta puede transmitir tres veces mas energía usando apenas 1,5 veces mas hilos (o sea, tres en vez de dos). Así, la relación entre la capacidad y el material conductor es duplicada. La relación  entre la capacidad y el material conductor aumenta para 3: 1 con un sistema trifásico no aterrado y un sistema monofásico con aterramiento central (o 2,25: 1 si ambos emplean la misma medida de los conductores).

Es decir este tipo de instalación es generalmente más económico que un circuito monofásico de dos hilos equivalentes a la misma línea para la tensión de aterramiento porque usa menos material conductor para transmitir una determinada cantidad de energía eléctrica.

La mayoría de las cargas residenciales son monofásicas y los circuitos residenciales en  América del Norte, la energía trifásica puede alimentar bloques de apartamentos, sin embargo cada carga residencial es conectada como monofásica.

Para las áreas de baja densidad de carga, se puede distribuir con única fase.

Con el empleo de los sistemas trifásicos, los motores 3ф pueden operar sin utilizar devanado o capacitores auxiliares. Esto es algo que no ocurre con los motores monofásicos, ya que estos motores forzosamente necesitan devanado y capacitores auxiliares para poder funcionar.

Con el sistema trifásico se produce un alto rendimiento de los receptores, específicamente motores, los cuales son alimentados con potencia constante por la línea trifásica.

            Características de las conexiones trifásicas. 

  Donde: VL es Voltaje de Linea.

    Vf es Voltaje de fase.

                IL es Intensidad de línea

                If Intensidad de fase.

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Referencias:  

https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/fuente-trifasica

https://altatecnologia.com.mx/la-importancia-de-los-transformadores-para-la-industria-electrica/

http://energia.renovetec.com/117-por-qu%C3%A9-se-distribuye-corriente-

https://stringfixer.com/pt/Phase_sequence

http://universolambda.com.br/fundamentos-de-sistemas-trifasicos/

https://www.desterroeletricidade.com.br/blog/eletrica/1660/

https://siemetrafo.com.br/diferencas-entre-sistema-trifasico-bifasico-e-monofasico/

Importancia teórica para el electricista de conocer los efectos de la circulación de corriente eléctrica.

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 A modo de introducción.

A medida que los sistemas eléctricos de potencia evolucionan en el tiempo a los responsables de mantenerlos se les hace más importante conocer sobre el comportamiento de los mismos y para esto el futuro electricista debe poder realizar análisis adecuados a los principios básicos de los circuitos eléctricos.

En atención a estas necesidades se necesita que los conocimientos prácticos de los profesionales sean específicos y distintivos de su profesión, que se ponen en juego al hacer frente a los problemas a los que se ven abocados en su ejercicio profesional. Estos problemas son complejos, inciertos, inestables y singulares, e implican conflictos de valor, no siendo por ello susceptibles de solución mediante la aplicación técnica de reglas generalizadas ni del conocimiento formal y explícito de la electricidad.

De esta manera el electricista debe conocer diversos puntos que forman parte de la mayoría de los cursos de electricidad. Es un conocimiento necesario, dado que la electricidad es parte esencial de la vida moderna en actividades de uso cotidiano como iluminación, calefacción, refrigeración, computadoras, movilidad, es decir, con diversas aplicaciones [1, 2].

Sin embargo, los resultados de diversas investigaciones sugieren que los estudiantes universitarios no necesariamente han desarrollado un entendimiento conceptual profundo sobre las nociones básicas, como corriente, resistencia y diferencia de potencial, debido a una falta de relación con la electrostática [3].

Es por ello que en este post se presentan de forma sencilla con diversos enlaces para reforzar los puntos relacionados a efectos causados por la circulación de corriente eléctrica y sus aplicaciones.

Corriente eléctrica.

La corriente eléctrica está presente en todos los artefactos eléctricos y electrónicos que utilizamos a diario en nuestra cotidianidad, incluso hablamos de ella, pero ¿realmente sabemos qué es la corriente eléctrica y cómo funciona? En este post se quiere que nuestros lectores entiendan y conozcan a de la manera más sencilla el mundo de la electricidad, por ello, ahora hablaremos de la corriente eléctrica.

Corriente Continua.

Esta es un tipo de corriente eléctrica muy importante en la actualidad por la generación por medio de energía solar donde el sentido de circulación del flujo de cargas eléctricas (electrones) no varía. En muchos dispositivos en el símbolo para indicar la corriente continua es D. C.  (direct current), o utilizando el símbolo de una línea continua (-)

Figura 1: Forma de onda de corriente continúa.

Tomado de:https://www.electrontools.com/Home/WP/ventajas-y-desventajas-sobre-la-corriente-continua-y-alterna/

     La primera red eléctrica comercial, desarrollada por Thomas Edison a finales del siglo XIX, utilizaba corriente continua. Hoy en día, debido a las ventajas de la corriente alterna en cuanto a posibilidades de transformación y transporte, las redes de transporte y distribución utilizan casi exclusivamente corriente alterna.

Definición de la corriente eléctrica:

La corriente eléctrica no es más que el flujo de carga eléctrica que atraviesa un material conductor durante un periodo de tiempo determinado. Esto se expresa en C/s, (culombios por segundo) en el Sistema Internacional de Unidades, y la unidad se conoce como Amperio (A). Para que exista el flujo de electrones, este se dará según la distribución atómica del material, en este los electrones que estén más alejados del núcleo, tendrán que desligarse y circular libremente entre los átomos de dicho cuerpo.

Este fenómeno también puede ocurrir, con variaciones según el material y el tipo de corriente eléctrica. (Continúa o Alterna)

Figura 2: Forma de onda de corriente alterna en un elemento resistivo puro.

La corriente alterna tiene como característica tal como su nombre lo indica cambiar sus valores tanto de magnitud y dirección periódicamente, tanto la onda de tensión generada entre los polos como la dirección de los electrones va cambiando cada cierto periodo de tiempo, por ejemplo si el cambio de sentido es de 60 veces/seg, diremos que tiene una frecuencia de 60 Hz, estas frecuencias varían dependiendo del país.

Figura 3: Alternancia de los electrones en el conductor para A.C.

Tomado de: https://espaciociencia.com/la-corriente-electrica/

Este tipo de corriente es la más utilizada de la energía eléctrica para transportar hacia nuestras viviendas, la razón principal es el económico, ya que con esta se pueden cambiar los niveles de tensión y corriente según las necesidades. Al poder transformar el voltaje y la tensión, el diámetro de los conduc

conductores que se utilizarán será de menor diámetro lo que abarata costos además de minimizar pérdidas.

Efectos de la circulación de corriente.

Una de las grandes ventajas que presenta esta forma de energía es que se puede transformar fácilmente en otras formas de energía, así la corriente eléctrica, puede provocar principalmente seis efectos:

Tabla 1: Efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica.

Efecto calorífico.	Efecto luminoso.		Efecto magnético.	Efecto químico.
Este efecto se produce simplemente al pasar la corriente eléctrica por un conductor que presente una cierta resistencia al paso de la corriente. Mediante este sistema tan simple y económico podemos producir suficiente calor (efecto Joule) como  el que genera un horno o un calefactor eléctrico, entre otras muchas aplicaciones.	Enlazando con el efecto anterior, si calentamos mucho un trozo de metal, sabemos que cuando se pone incandescente comienza a emitir luz (principio de funcionamiento de la lámpara de incandescencia). De una manera un poco más compleja, podemos producir el efecto de luminiscencia utilizado en las lámparas fluorescentes. Y nombrar también la emisión de luz producida por los led (construidos con semiconductores).		La circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor crea un campo magnético a su alrededor, efecto que entre otras aplicaciones encuentra protagonismo en los motores eléctricos tan utilizados en nuestro entorno.	El último de los efectos que se menciona se produce en conductores iónicos es el efecto químico o efecto que produce el paso de la corriente eléctrica por un electrolito y en el que está basado el funcionamiento de las baterías. Otra aplicación relacionada es la electrolisis del agua.
Efecto fisiológico
		Este efecto puede afectar a las personas y a los animales, originando electro electrocución. Un ejemplo de este efecto es el provocado por los aparatos de electro-medicina. Las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo pueden ocasionar desde lesiones físicas secundarias (golpes, caídas, etc.), hasta la muerte por fibrilación ventricular. Todo depende del tipo de corriente, la intensidad, el tiempo de contacto, la resistencia particular del cuerpo, la tensión y el recorrido de la corriente a través del cuerpo.
Efecto mecánico
		Este efecto se basa en el magnético donde este se aprovecha el campo generado por la circulación de corriente con la finalidad de generar movimiento (Efecto Faraday) ya que al circular corriente y situar un imán o electro imán cerca de la corriente eléctrica. Podemos obtener un efecto mecánico utilizando la capacidad de atracción y repulsión de los materiales magnéticos.

Meléndez (2021)

Para conocer más puede visitar:

https://www.infootec.net/que-efectos-tiene-la-electricidad/

http://uprl.unizar.es/seguridad-laboral/efectos-de-la-corriente-electrica-en-el-cuerpo-humano

https://www.edu.xunta.gal/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947843/contido/14_efectos_y_aplicaciones_de_la_electricidad.html

https://www.totalenergies.es/es/pymes/blog/induccion-electromagnetica#:~:text=La%20aplicaci%C3%B3n%20m%C3%A1s%20com%C3%BAn%20de,por%20ejemplo%20por%20un%20im%C3%A1n.

Aplicaciones de la electricidad.

Al hablar de las aplicaciones que los diversos efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica nos da, diferentes posibilidades de transformación de la energía eléctrica en otras formas de energía útiles para el confort de las personas así se puede  ahorrar tiempo y trabajo.

Algunos de los beneficios que nos dan los efectos para sus aplicaciones tanto domésticos como industriales podemos mencionar los siguientes: cocina eléctrica, termostato, fusible, lámpara incandescente, electrólisis, motor eléctrico, entre otros. Estos los detallamos en el siguiente cuadro.

Tabla 2: Aplicaciones de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica.

Electrostática	El hecho de comprender las cargas electrostáticas y los efectos que estas ejercen sobre las muestras y recipientes de pesaje resulta fundamental para obtener resultados de pesaje de buena calidad.   https://www.mt.com/es/es/home/library/collections/laboratory-weighing/electrostatic-and-weighing.html  https://aulavirtual4.unl.edu.ar/mod/book/view.php?id=26&chapterid=16
Motores eléctricos	Como se sabe el motor eléctrico no es más que una maquina que  transforma la energía eléctrica en energía mecánica rotatoria por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Estas son utilizadas en una infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, cintas transportadoras, robótica, movilidad eléctrica, esmeriles, taladros entre otras herramientas eléctricas.  Imagen: https://www.xataka.com/vehiculos/het-motor-para-coches-electricos-que-presume-ser-eficiente-ligero-tres-veces-potente-doble-par
Transformador	El transformador es un dispositivo que cambia los valores de tensión y corriente en niveles que se necesitan para su transmisión, distribución o utilización manteniendo la potencia esto se da en corriente  alterna, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética.   Imagen:  https://www.transformadores.cl/blog/como-seleccionar-un-transformador/
Refrigeradores y acondicionadores de aire	La invención de los refrigeradores supone un avance importante en lo relacionado con la conservación y transporte de alimentos frescos que necesitan conservarse fríos para que tengan mayor duración en su estado natural. Además de mejorar el confort de las personas gracias a la climatización adecuada en viviendas y locales públicos.  Imagen: https://www.caloryfrio.com/aire-acondicionado/aire-acondicionado-comercial/compresor-de-aire-acondicionado.html
Electro imanes	Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magnético variable rápida o fácilmente. Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles, electroválvulas,  entre otras aplicaciones.   Imagen: https://como-funciona.co/un-electroiman/ https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula
Electroquímica (Electrólisis)	Conversión entre la energía eléctrica y la energía química.  La electricidad se utiliza para inducir una reacción química no espontánea. A este proceso se le conoce como electrólisis, presente en multitud de procesos industriales.   Imagen: https://www.fisicanet.com.ar/monografias/monograficos2/es14-electroquimica.php
Iluminación	La iluminación o alumbrado es la acción o efecto de iluminar usando electricidad, vías públicas, monumentos, autopistas, aeropuertos, recintos deportivos, etc., así como la iluminación de las viviendas y especialmente la de los lugares de trabajo cuando las condiciones de luz natural no proporcionan la visibilidad adecuada. En la técnica se refiere al conjunto de lámparas, bombillas, focos, tubos fluorescentes, entre otros, que se instalan para producir la iluminación requerida, tanto a niveles prácticos como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, cuyo nivel dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar.   Imagen: https://www.bysincro.com/iluminacion-interiores-viviendas/
Producción de calor	La resistencia eléctrica es el componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica esto basado en el efecto Joule. En este efecto se basa el funcionamiento de los diferentes aparatos eléctricos que aprovechan el calor en sus prestaciones. Estos puedes ser: tostadoras, secadores de cabello, calefacciones, otros. En el sector industrial están: soldadores, hornos industriales, etc. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.   Imagen: http://corrienteelectricaunet.blogspot.com/2013/12/ley-de-joule-y-sus-aplicaciones.html
Medicina	El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió que, cuando los electrones que se mueven a elevada velocidad chocan con la materia, dan lugar a una forma de radiación altamente penetrante. A esta radiación se le denominó radiación X y su descubrimiento es considerado como uno de los más extraordinarios de la ciencia de señalización y emergencia, instrumentos de control, entre otros. Se han equipado los quirófanos y unidades de rehabilitación y cuidados intensivos (UVI) o (UCI) con equipos electrónicos e informáticos de alta tecnología. La radioterapia utiliza radiaciones ionizantes para tratar el cáncer. Por último, la electricidad ha permitido mejorar los instrumentos y técnicas de análisis clínico, por ejemplo mediante microscopios electrónicos de gran resolución. Imagén: https://definicion.xyz/electromedicina/

Meléndez (2021)

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Referencias bibliográficas:

[1] M.H. Bhuyan y S.S.A. Khan, International Journal of Learning and Teaching 10, 137 (2018).

[2] L.F. León, J.E. Duarte y F.H. Morales, Revista de investigación, desarrollo e innovación 4, 138 (2014).

[3] M. Cavinato, M. Giliberti y S.R. Barbieri, European Journal of Physics 38, 055707 (2017).

Järvinen, A. (1998). El desarrollo de la reflexión durante la formación del profesor. En M. Carretero (Ed.) Op.cit. (pp. 83-99).

Referencias Electrónicas:

http://marcosdejesusmartinezmendez.blogspot.com/2017/02/elementos-activos-y-pasivos-de-un.html

http://ficus.pntic.mec.es/dder0005/Elementos%20pasivos.html

https://www.ariae.org/sites/default/files/2017-05/La%20eficiencia%20en%20las%20redes%20niveles%20de%20p%C3%A9rdidas%20y%20reducci%C3%B3n%20de%20fraude%20energ%C3%A9tico.pdf

Factores a considerar para la Selección y aplicación de motores eléctricos.

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Introducción.

El motor eléctrico es una de las grandes invenciones de la humanidad, estando presente en diferentes equipamientos y maquinarias para su accionamiento, desde un reloj, transporte o  hasta en máquinas industriales teniendo como  principal característica transformar energía eléctrica recibida de la red o fuente de energía eléctrica en energía mecánica rotacional en el eje con algunas pérdidas de energía. Como esas pérdidas son pequeñas, el motor representa la ventaja de ser una máquina con un rendimiento energético elevado.

Figura 1: Representación gráfica de aplicación industrial para un motor eléctrico.

En el accionamiento de una carga mecánica pueden ser utilizados diversos motores eléctricos como: Los motores de corriente continua, los motores de corriente alterna síncronos, los motores de inducción o los motores eléctricos especiales. Estos diversos tipos pueden ser agrupados en un esquema representativo como el siguiente.

Esquema  1: Clasificación de los motores eléctricos.

Meléndez (2021) Basado en: Manuel Vaz Guedes (1994)

Debido a sus diferentes características de funcionamiento, cada tipo de motor eléctrico tiene normalmente un tipo de aplicación específico. Sin embargo, actualmente, con la alimentación de los motores eléctricos por inversores o variadores electrónicos de potencia es posible, a través de la estrategia de control de esos aparatos, adaptar las características de funcionamiento naturales de un determinado tipo de motor eléctrico a las necesidades de la carga mecánica que se va accionar.

Existen, de esta forma, muchas posibilidades de aplicación de un motor eléctrico. Por eso, la selección del motor y su aplicación constituyen un asunto complejo, que incluye el análisis de diversos parámetros: red eléctrica disponible para la alimentación del motor, características de funcionamiento del motor eléctrico, conexión entre el motor eléctrico y la carga mecánica, necesidades y características de la carga mecánica, control del motor eléctrico, evaluación económica  del  sistema de accionamiento.  Es por ello que en este post abordaremos la información teórica más relevante a la hora de seleccionar un motor.

Entre los diversos tipos de motores eléctricos nombrados anteriormente en el esquema,  el motor de inducción trifásico es una máquina con un principio de funcionamiento simple, de  construcción robusta, con pequeño mantenimiento y debido a la automatización de su proceso de fabricación el tiene un precio poco elevado. Además como él progreso tecnológico permitió el desarrollo de métodos de control para esta máquina eléctrica, y al no ser disipadores de energía, contribuyen a un uso racional de la energía eléctrica, en consecuencia el campo de aplicación del motor de inducción trifásico se ha ido ampliando.  

Este tipo de motor debido a sus excelentes características, ha sido utilizado como o “caballo de batalla” en los más diversos accionamientos electromecánicos: desde el accionamiento de simples ventiladores (1,5kW) hasta los motores dos vehículos de tracción eléctrica (ICE ≡ 1250kW), o el accionamiento de poderosos compresores utilizados en la industria química (200 a 1800kW), pasando por el vulgar accionamiento de máquinas y herramientas (4 a 30 kW).

Si se necesita sustituir un motor eléctrico asíncrono de corriente alterna, es importante entonces conocer los diversos criterios para la correcta selección en función de sus necesidades. En muchos casos la información puede obtenerse consultando la propia placa de identificación del motor. Más información visitar este enlace:

https://tecnologiaelectricaiut.blogspot.com/2021/02/como-interpretar-los-datos-de-una-placa.html

Aplicaciones de los motores eléctricos.

En la actualidad la ingeniería de aplicación para los motores es frecuente, y en muchos casos prácticos, cotejar las exigencias de la carga con las características del motor. Existen diversas aplicaciones que pueden ser resueltas con más de un tipo de motor eléctrico, y la selección de un tipo determinado no siempre excluye el uso de los otros tipos.

Con la llegada de los software de aplicación, el cálculo puede ser mejorado, obteniendo resultados exactos que resultan en equipos  dimensionados de forma más económica y eficiente. No obstante el número de aplicaciones para los motores es ilimitado y se pueden clasificar de la siguiente forma según sus porcentajes de utilización en la industria.

Figura 2: Aplicaciones de los motores en la industria.

Evidentemente esto puede variar según el sector en donde se encuentre, sin embargo las aplicaciones si se pueden tipificar y clasificar según la curva de torque, siempre es necesario detallar las fichas técnicas y consultar con su proveedor. Esta lista le dará una guía general para que verifique en su empresa cada máquina y corrobore sus aplicaciones.  A continuación se muestra una lista más detallada según la aplicación y se debe relacionar con las curvas generales de torque – velocidad.

Tabla para la selección de las características eléctricas de los motores de inducción tanto los de jaula de ardilla y los de anillos rozantes.

Tabla 1: Letra de Diseño NEMA recomendada para los tipos de aplicación.

Notas:

La selección de motores está basada en que el arranque es realizado a pleno voltaje.

Las vibraciones torsional o los picos de torque pulsantes características de estas cargas podrían necesitar un diseño de rotor especial o un amarre especial de las bobinas del estator. Informe al fabricante del motor del tipo de aplicación.

Los motores de compresores centrífugos podrían ser requeridos con una baja corriente de arranque especial del 350 – 450 por ciento. Verifique con el fabricante del compresor los requisitos.

La aplicación podría requerir un alto torque de aceleración inusual.

     Características de los motores eléctricos.

Los motores de inducción, de jaula de ardilla o de anillos rozantes, de baja y media tensión, tienen un campo de aplicación vasto, y especialmente en los sectores de siderúrgica, minería, papel y celulosa, saneamiento, químico y petroquímico, y cemento entre otros, haciéndose cada vez más importante la selección del tipo adecuado para cada aplicación.

Aparte del costo más elevado que el del motor de jaula de ardilla, la aplicación de los motores de anillos rozantes es necesaria para arranques pesados (inercia alta), movimientos con velocidad ajustable o cuando es necesario limitar la corriente de arranque manteniendo un par de arranque alto.

Tabla 2: Comparación entre diferentes tipos de máquinas

Tipo	Motor de inducción Jaula de ardilla	Motor de inducción de anillos rozantes
Proyecto	Rotor no bobinado	Rotor Bobinado
Corriente de arranque	Alto	Bajo
Par de arranque	Bajo	Alto
Corriente de arranque/Nominal	Alto	Bajo
Par máximo	›160% del Pn	›160% del Pn
Rendimiento	Alto	Alto
Equipo de arranque	Simple para arranque directo	Relativamente simple
Equipo de protección	Simples	Simples
Espacio requerido	Pequeño	Gran espacio para el reóstato
Mantenimiento	Pequeño	En los anillos
Costo	Bajo	Alto

Tomado de: Electrotecnia y Principios de Electrónica (9327) 2001. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Río Cuarto.

Factores que influyen en la selección de un motor eléctrico

A la hora de seleccionar un motor eléctrico es siempre importante conocer como gestión inicial, cuál es la necesidad de adquirir dicho motor, para ello uno debe realizarse diversas preguntas como estas: ¿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? Por supuesto y no menos importante, ¿Cuáles son las características de potencia y velocidad requeridas del motor a considerar?  Estas interrogantes son de mucha ayuda a la hora de obtener el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada.

               Figura 3: Factores que influyen en la selección de un motor eléctrico.

Es por ello que la selección del tipo adecuado de motor, con respecto al tipo, par, factor de potencia, rendimiento y elevación de temperatura, aislación, tensión y grado de protección mecánica, sólo puede ser efectuada luego de un análisis cuidadoso, considerando parámetros como: costo inicial, capacidad de la red, necesidad de corrección del factor de potencia, par requerido, efecto de inercia de la carga, necesidad o no de regulación de la velocidad, exposición de la máquina a ambientes húmedos, poluídos o agresivos. 

A continuación se explican los diversos criterios para la selección de un motor como prevención de riesgos eléctricos.

En la correcta selección del motor de un accionamiento no regulado para una determinada aplicación deberá considerarse:

1.- Características de la red de alimentación. 

El tipo de sistema eléctrico con el que cuenta la empresa, la mayoría de las empresas cuentan con sistemas trifásicos, normalmente utilizados para la conexión de los motores eléctricos.

Voltaje dentro de las instalaciones de la empresa: Se debe tomar en cuenta el nivel de voltaje con el que se trabaja en la empresa para solicitar uno de las características exactas. Así la potencia del motor al momento de realizar el trabajo será la correcta, para no forzar la máquina y sus componentes internos.

 Frecuencia: La frecuencia se considera especialmente para obtener un valor correcto de la velocidad del motor. La frecuencia en Venezuela, México, USA, así como otros países es de 60 Hz. Cabe recalcar que los sistemas electrónicos ocasionan ciertos desbalances en la frecuencia por lo que se recomienda que los ramales de los motores sean independientes a los de las computadoras o equipos electrónicos de ese tipo.

2.- Características del ambiente de trabajo del motor. (Efectos del ambiente de trabajo sobre la vida útil del motor y Aspectos relativos al montaje)

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 mil metros sobre el nivel del mar, temperatura de su entorno o ambiente donde se ubicará, de esto dependerá la clase NEMA con el que contará el motor.

a) Altitud

b) Temperatura ambiente

c) Atmósfera ambiente

3.- Características constructivas de la maquina eléctrica. (Capacidad del motor para satisfacer los requerimientos de la carga en todo instante)

a) Forma constructiva

b) Potencia en kW. Velocidad en rpm

c) Factor de servicio

d) Protección térmica

e) Sentido de rotación (horario o antihorario. mirando desde el lado del accionamiento)

 

4.- Características de la carga. (Que en la realización de este trabajo el motor no se sobrecaliente)

Se debe realizar un correcto dimensionamiento de la carga que el motor va a mover para poder solicitar uno con la potencia necesaria para dicho trabajo. En el caso de una sobrecarga en el motor se debe considerar la temperatura que va llegar a soportar los conductores en especial si estos se encuentran dentro de canaletas con un agrupamiento determinado.

a) Momento de inercia de la máquina accionada y a qué velocidad está referida

b) Curva de par resistente

c) Datos de la transmisión

d) Magnitud y sentido de cargas axiales, cuando existentes

e) Magnitud y sentido de cargas radiales, cuando existentes

f) Régimen de funcionamiento de la carga (n° de arranques por hora).

 Una vez elegido el motor, deberá procederse a la selección y especificación de los elementos de mando, protección y señalización que se requieran y al cálculo del circuito de alimentación.

En todos estos estudios es frecuente tener que considerar restricciones dadas por las formas de financiamiento de los proyectos, normalizaciones internas y otras.

En resumen, la selección correcta del motor implica que el mismo satisfaga las exigencias requeridas por la aplicación específica.

En este aspecto el motor debe ser capaz de:

• Acelerar la carga en tiempo suficientemente corto para que el calentamiento no dañe las características físicas de los materiales aislantes.

• Funcionar en el régimen especificado, sin que la temperatura de sus diversas partes sobrepase la clase del aislante, o que el ambiente provoque la destrucción del mismo.

• Desde el punto de vista económico, funcionar con valores de rendimiento y factor de potencia dentro de la faja óptima para la cual fue proyectado.

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