Identificación y selección de motores de corriente alterna

I. Fundamento teórico

Un aspecto importante en el estudio de las máquinas eléctricas en general es su selección y aplicación. De forma general, para la selección de motores eléctricos de corriente alterna se deben tomar en consideración los siguientes factores: Potencia en entrada o salida expresada en HP o KW. Características de la carga (variable o constante), velocidad nominal, tamaño de la carcasa, efecto del ciclo de trabajo, temperatura ambiente, voltaje nominal, condiciones ambientales, frecuencia, número de fases, corriente y posición en la cual va a estar ubicado el motor (horizontal, vertical o soportado)  (Harper, 2006).

Algunas de estas características se pueden observar en la tabla de características que tiene el motor en la carcasa, sin embargo, habrá ocasiones en que esta información no sea suficiente para elegir un motor para cierta aplicación. Es por lo anterior, que en ocasiones algunos parámetros deberán ser calculados en función de la carga y/o aplicación.

A continuación, se incluyen algunas de las fórmulas que pueden llegar a necesitarse para seleccionar un motor de corriente alterna.

[pic 1]

Velocidad de sincronismo:

[pic 2]

Deslizamiento:

[pic 3]

Potencia aparente:
[pic 4]

[pic 5]

Corriente a plena carga:

Corriente de arranque:
[pic 6]

[pic 7]

Par o momento torsor:

IV. Procedimiento o Metodología

1. Definir los conceptos de velocidad síncrona, deslizamiento, potencia aparente, voltaje, corriente en arranque.

-Velocidad sincrona:

Velocidad de rotación de un campo magnético en una máquina síncrona. En teoria este trabaja en function de el numero de polos y la frecuncia de la red electrica.

𝑛𝑠=(60)𝑃

-Deslizamiento:

Movimiento relativo en el punto de contacto entre dos cuerpos. En teoría es el porcentaje del cociente de la diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor.

𝑠=𝑛𝑠−𝑛𝑚𝑛𝑠∗100

-Potencia aparente

Cantidad de potencia que consume un equipo eléctrico compuesto por la energía activa y la reactiva (KVA).

𝑃𝑎=√3(𝐼𝐿𝑅)(𝐸)

-Voltaje:

Presión ejercida sobre los electrones en un circuito eléctrico cerrado para establecer un flujo de corriente eléctrica.

-Corriente en arranque:

Etapa donde se ejerce un movimiento de rotación hasta que se alcanza la velocidad mínima de funcionamiento. La energía consumida durante esta etapa es elevada puesto que se necesita una gran fuerza para aumentar la velocidad.

1. Resolver los siguientes problemas.

• Un motor de inducción de 6 polos y 0.5 Hp es excitado por una fuente trifásica de 60Hz. Si la velocidad a plena carga es de 1140rpm, calcule el deslizamiento.

𝑛𝑠=(60)𝑃 ∴ 𝑛𝑠=60(60)6 𝒏𝒔=𝟔𝟎𝟎𝒓𝒑𝒎

𝑠=𝑛𝑠−𝑛𝑚𝑛𝑠∗100 ∴ 𝑠=600−1140600∗100 𝒔=𝟒𝟕.𝟑𝟕%

• Calcule la corriente a plena carga aproximada y la corriente de arranque de un motor trifásico de 500Hp y 2300V. Estima la potencia aparente absorbida con el rotor bloqueado.

𝐼=600𝑝ℎ𝐸 ∴ 𝐼=600(500)2300 ∴ 𝑰=𝟏𝟑𝟎.𝟒𝟑A

𝐼𝐿𝑅=6(𝐼) ∴ 𝐼𝐿𝑅=6(130.43) ∴ 𝑰𝑳𝑹=𝟕𝟖𝟐.𝟔𝟎𝑨

𝑃𝑎=√3(𝐼𝐿𝑅)(𝐸)∴𝑃𝑎=√3(782.60)(2300)∴𝑷𝒂=𝟑𝟏𝟏𝟕𝟔𝟓𝟔.𝟏𝟑 𝒌𝒗𝒂

• Calcule la velocidad síncrona de un motor de inducción trifásico de 12 polos que es excitado por una fuente de 60Hz.

𝑛𝑠=(60)𝑃 ∴ 𝑛𝑠=60(60)6 ∴ 𝒏𝒔=𝟔𝟐𝟎𝒓𝒑𝒎

• Se tiene un motor de 5HP que opera a 1200rpm. En su eje se tiene montado un engrane de 10cm de diámetro que se acopla a otro de 60cm de diámetro que está montado en una flecha de 15cm de diámetro. Calcula cual es el peso que se puede levantar.

𝐹𝐸1+𝐸2=72712(𝐻𝑝)(𝑅𝐸𝑛) ∴ 𝐹𝐸1+𝐸2=72712(𝐻𝑝)𝑁(𝑅𝐸𝑛) ∴ 𝐹𝐸1+𝐸2=72712(5𝐻𝑝)1200(5)

𝑭𝑬𝟏=𝟔𝟏𝑲/𝒎

𝑭𝑬𝟐=𝟏𝟖.𝟑𝒌𝒈/𝒎

• Para determinar la capacidad de un motor, un ciclo de carga variable se probó por un periodo de 1hra, haciéndolo operar con 8.21kW (11 Hp) durante 4 minutos, 0.933kW(1.25Hp) por 6 minutos, 4.55kW(6.1 Hp) por 11 minutos y estuvo fuera de servicio durante 9 minutos. El ciclo se repitió. Calcular la potencia requerida por la máquina.

𝑐=(𝑃12⋅𝑇1)+(𝑃22⋅𝑇2)𝑇1+𝑇2+𝑇𝑅3 ∴ 𝑐=(112⋅4)+(1.252⋅11)4+6+93

𝒄=𝟔.𝟏𝟑𝟑 𝒉𝒑

VI. Resultados y/o conclusiones

El estudiante aprende a calcular parámetros eléctricos para efectuar la selección de un motor eléctrico de corriente alterna según las aplicación que se especifique.

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