universidad catÓlica santo toribio de mogrovejo

UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO

ARRANQUES DEMOTORES

ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Aplicación: Arranque, de tipo Estrella-Triángulo, en el motortrifásico de cuatro polos en un secador horizontal de granos de

café en la empresa ALTOMAYO S.A.C.

AUTORES:

CRUZADO CUBAS, Carlos AlbertoPAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe

Chiclayo, Noviembre de 2011

CONTENIDO

JUSTIFICACIÓN ...…………………………………………………………. 3

MARCO TEÓRICO……………………………..…………………………… 4

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRONOS CON ROTOR EN

JAULA…………………………………………………………..………..…… 7

ARRANQUE DIRECTO DE MOTORES ASINCRONOS CON ROTOR EN

JAULA……………………………………………………………..…….... 8

ARRANQUE A TENSION REDUCIDA DE MOTORES ASINCRONOS CON

ROTOR EN JAULA………………………….……………………….... 9

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRONOS CON ROTOR EN JAULA POR

CONMUTACION ESRTRELLA - TRIANGULO……….…………... 10

ARRANQUE DE MOTORES ASINCROS CON ROTOR EN JAULA POR

AUTOTRANSFORMADORES DE ARRANQUE………………..………. 12

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRÓNICOS CON ROTOR EN JAULA

POR DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS………………..…………………13

ARRANQUE DE MOTORES ASINCRÓNICOS CON ROTOR BOBINADO

……………………………………………………………….… 14

ARRANQUE DE MOTORES SINCRÓNOS……………………………… 15

ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA …..……… 15

ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA POR

REÓSTATOS …………………………………………………………….… 18

ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA POR

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS ………………………………...…… 19

ARRANCADOR DE ESTADO SÓLIDO …………………………………. 19

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA ………………………………….… 20

MOTOR SÍNCRONO ………………………………………………………. 21

CRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 1

MOTOR ASÍNCRONO O DE INDUCCIÓN …………………………..…. 21

SECADOR HORIZONTAL ………………………………………………... 26

APLICACIÓN……………………………………………………………….. 31

CONCLUSIONES ……………………………………………………...…... 46

BIBLIOGRAFÍA …………….………………………………………………. 48

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Curva corriente Vs Velocidad de arranque y

Curva par Vs Velocidad de arranque para arranque

directo de motores asincrónicos con rotor en jaula

………………………………………………………..…… 9

Figura 2. : Curva corriente Vs Velocidad de arranque y

Curva par Vs Velocidad de arranque para arranque de

motores asincrónicos con rotor en jaula por

conmutación estrella-triángulo…………………………………..

Figura 3. Despiece de un Motor de Inducción…………..

……………..…16

Figura 4. Secador de cilindro horizontal con

agitadores radiales – tipo HCRP

……………………………………………………………….………...20

Figura 5. Secador Horizontal…………………………………………….....21

Figura 6. Secador horizontal o de Guardiola de granos

de café …..…..22

Figura 7. Motor de inducción trifásico.

………………………………….....28CRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 2

Figura 8. Dimensiones del motor de inducción

trifásico de cuatro polos………………………………….

………………………………………..29

Figura 9. Desplazamiento vs. Velocidad Mecánica …….

………………..30

Figura 10. Par de Carga vs. Velocidad Mecánica

……….....…………... 31

Figura 11. Par Inducido vs. Velocidad Mecánica

……………………….. 37

Figura 12. Ejemplo de la representación de conexión

Estrella – Triángulo …………………………………………………………………….. 38

Figura 13. Diseño de la conexión Estrella - Triángulo

………………..…39

JUSTIFICACIÓN

El estudio del arranque de los motores tiene una gran

importancia práctica, ya que la elección correcta de las

características de los motores eléctricos y arrancadores a

instalar están basados en el conocimiento de las

particularidades de éste régimen transitorio.

Por qué decidimos investigar este tipo de motores?

Debido a su importancia en el mundo de hoy, ya que los

trifásicos son los más eficientes por su menor consumo de

corriente para generar energía mecánica y además lo hacen

de forma más segura. Aquí presentamos algunas de las

razones por las cuales son mejores los motores trifásicos

que monofásicos:

Los motores trifásicos son más eficientes, es decir

tienen menos pérdidas internas.

Los trifásicos no necesitan bobina de arranque y por

lo tanto tampoco capacitores y mucho menos

interruptores centrífugos que son comunes en los

motores monofásicos. Por lo que al ser más sencillos

necesitan menos mantenimiento.

Los motores trifásicos pueden cambiar el sentido de

rotación con solo invertir dos de las tres líneas de

entrada.

Permiten diferentes tipos de conexiones que con lo que

se logra configurar el sistema de arranque para

reducir la corriente inicial.

En motores de la misma capacidad, los trifásicos son

mucho más pequeños en tamaño.

Para qué realizamos esta investigación?

Para así aprender más acerca de esta clase de generación de

energía mecánica y poder, en un futuro muy cercano,CRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 4

trabajar con estos motores para mejorar la condición actual

del país, mejorando la industria peruana y así hacer más

eficientes y eficaces los procesos, ya que la mayoría de

las máquinas usadas en la industria necesita de energía

eléctrica convertida en mecánica.

MARCO TEÓRICO

ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS O DE INDUCCIÓN TRIFÁSICOS

Durante el arranque de un motor, la corriente solicitada es

considerable y puede provocar una caída de tensión que

afecte al funcionamiento de los receptores del entorno,

sobre todo si no se ha tenido en cuenta a la hora de

calcular la sección de la línea de alimentación.

A fin de poner remedio a estos inconvenientes, los

Reglamentos limitan el uso de motores de arranque directo

que superen cierta potencia. Los motores de jaula de

ardilla son los únicos que pueden acoplarse directamente a

la red por medio de in equipo simple.

En los motores de jaula de ardilla, únicamente son

accesibles los terminales del devanado del estator en la

placa de bornas. Dado que el fabricante determina las

características del motor, los distintos procesos de

arranque consisten principalmente en hacer variar la

tensión en las bornas del estator. En este tipo de motores,

cuya frecuencia es constante, la reducción de la punta de

corriente conlleva de manera automática una fuerte

reducción del par.

TIEMPO DE ARRANQUE

La intensidad de arranque de un motor de inducción es

siempre mucho más alta que la intensidad nominal, y un

exceso en el tiempo de arranque produce una elevación de

temperatura que puede ser perjudicial para el motor.

Además, esta sobre intensidad lleva consigo esfuerzos

electromecánicos. Los fabricantes suelen establecer un

tiempo de arranque máximo en función del tamaño del motor y

de la velocidad. La norma IEC 34-12, en lugar del tiempo de

arranque, especifica el momento de inercia permitido de la

máquina accionada.

Para motores pequeños el esfuerzo térmico es mayor en el

devanado del estátor, mientras que en motores grandes es

mayor en el devanado del rotor.

Si se conocen las curvas del par de motor y de la carga, el

tiempo de arranque se puede calcular integrando la

ecuación:

M−Mr=(JM+Jr ) dωdt

Donde:

M = par del motor, NmCRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 6

Mr = par resistente o de carga

JM = momento de inercia del motor, kgm2

Jr = momento de inercia de la carga, kgm2

ω = velocidad angular del motor

PAR EN FUNCIÓN DE LA VARIACIÓN DE LA TENSIÓN

Casi sin excepción, la intensidad de arranque disminuye

algo más que proporcionalmente respecto a la tensión. Así,

a 90% de la tensión nominal el motor consume entre el 87 y

el 89%. El par de arranque es proporcional al cuadrado de

la intensidad. El par suministrado al

90% de la tensión nominal es, por tanto, del 75 al 79% del

par de arranque nominal.

Si la tensión se desvía de la tensión nominal del motor, el

par del motor variará aproximadamente en proporción al

cuadrado de la tensión. Es, por tanto, vital que los cables

que suministran energía al motor estén dimensionados

generosamente para asegurar que no haya caída de tensión

significativa durante el arranque o cuando el motor está en

marcha.

ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS

Denominamos arranque al proceso de puesta en marcha de una

máquina eléctrica. En el caso de los motores asíncronos,

para que esta operación pueda llevarse a cabo, es preciso,

que el par de arranque sea superior al par resistente de la

carga, de esa forma se obtiene un momento de aceleración

que obliga a girar al motor a una velocidad cada vez más

elevada, alcanzando el régimen permanente cuando se igualan

los pares motor y resistente.

El proceso de arranque va acompañado de un consumo elevado

de corriente. La Instrucción MIE BT 034, Aptdo. 1.5, del

Reglamento Electrotécnico para B.T., fija los límites de la

relación corriente de arranque/corriente de plena carga,

según se indica en la siguiente tabla:

POTENCIA NOMINAL DEL MOTOR Iarranque / Iplena

cargaDe 0,75 kW a 1,5 kW 4,5De 1,5 kW a 5 kW 3De 5 kW a 15 kW 2Más de 15 kW 1,5

Para reducir las corrientes en el momento de la puesta en

marcha de un motor, se emplean métodos especiales de

arranque, según que la máquina tenga su rotor en forma de

jaula de ardilla o con anillos. Los principales métodos de

arranque son los siguientes:

Arranque directo

Arranque estrella triángulo

Arranque estatórico por resistencias

Arranque por autotransformador

Arranque de los motores de rotor bobinado

Arranque electrónico

1. Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula

Los motores de corriente alterna con rotor en jaula de

ardilla se pueden poner en marcha mediante los métodos de

arranque directo o a tensión reducida (excluimos de esta

exposición a los motores monofásicos).

En ambos casos, la corriente de arranque generalmente

resulta mayor que la nominal, produciendo las

perturbaciones comentadas en la red de distribución. Estos

inconvenientes no son tan importantes en motores pequeños,

que habitualmente pueden arrancar a tensión nominal.

Por ejemplo, el código municipal fija los límites de

corriente en el arranque indicados en la tabla siguiente:

Hasta 3 HP 4,0 . In

Más de 3 hasta 6 HP 3,5 . In

Más de 9 hasta 12 HP 2,8 . InCRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 9

Más de 30 HP 1,4 . In

La máxima caída de tensión en la red no debe superar el 15%

durante el arranque.

Los circuitos con motores deben contar con interruptores

que corten todas las fases o polos simultáneamente y con

protecciones que corten automáticamente cuando la corriente

adquiera valores peligrosos.

En los motores trifásicos debe colocarse una protección

automática adicional que corte el circuito cuando falte una

fase o la tensión baje de un valor determinado.

1.1 - Arranque directo de motores asincrónicos con rotor en

La manera más simple de arrancar un motor de jaula de

ardilla es conectar el motor directamente a la red.

En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa

como un transformador cuyo secundario, formado por la jaula

de poca resistencia del rotor, está en cortocircuito. La

corriente inducida en el rotor es importante. La corriente

primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales.

Se obtiene una punta de corriente importante en la red:

Iarr = 5 a 8 In

El par de arranque medio es:

Marr = 0,5 a 1,5 Mn

El arranque directo tiene una serie de ventajas:

♦ Sencillez del equipo

♦ Elevado par de arranque

♦ Arranque rápido

♦ Bajo coste

A pesar de las ventajas que conlleva, sólo es posible

utilizarle en los siguientes casos:

• La potencia del motor es débil con respecto a la de la

red, para limitar las perturbaciones que provoca la

corriente solicitada.

• La máquina accionada no requiere un aumento progresivo de

velocidad y dispone de un dispositivo mecánico que impide

el arranque brusco.

• El par de arranque debe ser elevado.

Por el contrario, será imprescindible recurrir a algún

procedimiento para disminuir la corriente solicitada o el

par de arranque, siempre que:

• La caída de tensión provocada por la corriente solicitada

puede perturbar el buen funcionamiento de otros aparatos

conectados a la misma red.

• La máquina accionada no pueda admitir sacudidas

mecánicas.

• La seguridad o la comodidad de los usuarios se vea

comprometida.

En estos casos, el método más utilizado consiste en

arrancar el motor bajo tensión reducida.

La variación de la tensión de alimentación tiene las

siguientes consecuencias:

♦ La corriente de arranque varía proporcionalmente a la

tensión de alimentación.

♦ El par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de

la tensión de alimentación

Figura 1: Curva corriente Vs Velocidad de arranque y Curva par Vs

Velocidad de arranque para arranque directo de motores asincrónicos

con rotor en jaula

1.2 - Arranque a tensión reducida de motores asincrónicos

con rotor en jaula

Este método se utiliza para motores que no necesiten una

gran cupla de arranque. El método consiste en producir en

el momento del arranque una tensión menor que la nominal en

los arrollamientos del motor. Al reducirse la tensión se

reduce proporcionalmente la corriente, la intensidad del

campo magnético y la cupla motriz.

Entre los métodos de arranque por tensión reducida más

utilizados podemos mencionar el de arrancador estrella-

triángulo, el de autotransformador de arranque y el de

arrancador electrónico.

1.2.1 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en

jaula por conmutación estrella-triángulo

Sólo es posible utilizar este método de arranque en motores

en los que las dos extremidades de cada uno de los tres

devanados estatóricos estén conectadas en la placa de

bornes. Por otra parte, el bobinado debe realizarse de

manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la

tensión de la red. En el caso de una red trifásica de 380

V, es preciso utilizar un motor bobinado a 380 V en

triángulo y 660 V en estrella.

El principio consiste en arrancar el motor acoplando los

devanados en estrella a la tensión de la red, lo que

equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella

por √3. La punta de corriente durante el arranque se divide

por 3. El par de arranque se divide igualmente por 3, ya

que es proporcional al cuadrado de la tensión de

alimentación.

La punta de corriente en el arranque es:

Iarr = 1,5 a 2,6 In

El par de arranque es:

Marr = 0,2 a 0,5 Mn

En los motores industriales la relación entre el par de

arranque y nominal, varía entre 1,2 y 2; en consecuencia el

par de arranque resultante oscila entre 0,4 y 0,67 del par

nominal, por ello este procedimiento solamente se aplica en

aquellos casos en los que el par resistente de la carga, en

el momento de la puesta en marcha no excede, como media,

del 50% del par nominal, como sucede en determinadas

aplicaciones como, bombas centrífugas y ventiladores.

La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran

el par del motor y el par resistente, normalmente entre el

75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los

devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según

sus características. Mediante un temporizador se controla

el tiempo de transición del acoplamiento en estrella al

acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de

triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos

tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un

cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos

cerrados al mismo tiempo.

La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la

apertura del contactor de estrella y se restablece con el

cierre del contactor de triángulo. En paso al acoplamiento

en triángulo va acompañado de una punta de corriente

transitoria, tan breve como importante, debida a la fuerza

contra electromotriz del motor.

El arranque estrella-triángulo es apropiado para las

máquinas cuyo par resistente es débil o que arrancan en

vacío.

Dependiendo del régimen transitorio en el momento del

acoplamiento en triángulo, puede ser necesario utilizar una

variante que limite los fenómenos transitorios cuando se

supera cierta potencia:

⇒ Temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.

Esta medida permite disminuir la f.c.e.m. y, por tanto, la

punta de corriente transitoria.

Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya

inercia sea suficiente para evitar una deceleración

excesiva durante la temporización.

⇒ Arranque en tres tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.

El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie

aproximadamente durante tres segundos con los devanados

acoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de

corriente transitoria.

⇒ Arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.

La resistencia se pone en serie con los devanados

inmediatamente antes de la apertura del contactor de

estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y,

por tanto, la aparición de fenómenos transitorios.

El uso de estas variantes conlleva la instalación de

componentes adicionales y el consiguiente aumento del coste

total.

Figura 2: Curva corriente Vs Velocidad de arranque y Curva par Vs

Velocidad de arranque para arranque de motores asincrónicos con rotor

en jaula por conmutación estrella-triángulo

1.2.2 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula

por autotransformador de arranque

El autotransformador de arranque es un dispositivo similar

al estrella-triángulo, salvo por el hecho de que la tensión

reducida en el arranque se logra mediante bobinas

auxiliares que permiten aumentar la tensión en forma

escalonada, permitiendo un arranque suave.

Su único inconveniente es que las conmutaciones de las

etapas se realizan bruscamente, produciendo en algunas

ocasiones daños perjudiciales al sistema mecánico o a la

máquina accionada. Por ejemplo, desgaste prematuro en los

acoplamientos (correas, cadenas, engranajes o embragues de

acoplamiento) o en casos extremos roturas por fatiga del

eje o rodamientos del motor, producidos por los grandes

esfuerzos realizados en el momento del arranque.

Una variante menos usada es la conexión Kusa, en la que

durante el proceso de arranque se intercala una resistencia

en uno de los conductores de línea.

1.2.3 - Arranque de motores asincrónicos con rotor en jaula

por dispositivos electrónicos

Los arrancadores electrónicos son una mejor solución que

los autotransformadores gracias a la posibilidad de su

arranque suave, permitiendo un aumento en la vida útil de

todas las partes involucradas.

Los mismos consisten básicamente en un convertidor estático

alterna-continua-alterna ó alterna-alterna, generalmente de

tiristores, que permiten el arranque de motores de

corriente alterna con aplicación progresiva de tensión, con

la consiguiente limitación de corriente y par de arranque.

En algunos modelos también se varía la frecuencia aplicada.

Al iniciar el arranque, los tiristores dejan pasar la

corriente que alimenta el motor según la programación

realizada en el circuito de maniobra, que irá aumentando

hasta alcanzar los valores nominales de la tensión de

servicio.

La posibilidad de arranque progresivo, también se puede

utilizar para detener el motor, de manera que vaya

reduciendo la tensión hasta el momento de la detención

Estos arrancadores ofrecen selección de parada suave,

evitando por ejemplo, los dañinos golpes de ariete en las

cañerías durante la parada de las bombas; y detención por

inyección de corriente continua para la parada más rápida

de las masas en movimiento.

Además poseen protecciones por asimetría, contra

sobretemperatura y sobrecarga, contra falla de tiristores,

vigilancia del tiempo de arranque con limitación de la

corriente, control de servicio con inversión de marcha,

optimización del factor de potencia a carga parcial,

maximizando el ahorro de energía durante el proceso y

permiten un ahorro en el mantenimiento por ausencia de

partes en movimiento que sufran desgastes.

2 - Arranque de motores asincrónicos con rotor bobinado

En un motor asincrónico, la velocidad a la que se produce

la máxima cupla es función de la resistencia del circuito

rotórico. En particular, la máxima cupla de arranque se

tiene cuando dicha resistencia es aproximadamente igual a

la reactancia del motor.

En los motores de corriente alterna con rotor bobinado,

para efectuar el proceso de puesta en marcha se instala un

reóstato de arranque conectado a los anillos rozantes del

motor de manera de aumentar a voluntad la resistencia

rotórica total.

En este método, el motor arranca con toda la resistencia en

serie con el circuito del rotor. Luego por medios manuales

o automáticos, en forma continua o escalonada, se va

reduciendo la resistencia a medida que la máquina gana

velocidad, hasta que en régimen permanente el reóstato

queda en cortocircuito.

Cabe acotar que se construyen rotores tipo jaula del tipo

de ranura profunda que produce una cupla de arranque algo

similar a la de un rotor bobinado con reóstato de arranque.

En el momento del arranque la circulación de corrientes

secundarias localizadas en las cercanías del entrehierro

tienen una mayor densidad de corriente, bloqueando el flujo

magnético hacia el interior del núcleo, por lo que el

conjunto se comporta como si tuviera mayor resistencia

efectiva. Al aumentar la velocidad, disminuye la frecuencia

secundaria y cesa ese efecto transitorio.

ARRANQUE DE MOTORES SINCRÓNICOS

Una máquina sincrónica "pura" no tiene par de arranque. Por

lo tanto, en general se fabrican de forma de que pueda

desarrollar un suficiente par de inducción para el arranque

por medio de jaulas auxiliares, hasta una velocidad próxima

al sincronismo en la que la corriente de excitación

desarrolle un par de sincronización conveniente. En algunos

casos, las corrientes parásitas en los polos proveen el par

asincrónico suficiente para el arranque, pero en otros

casos debe instalarse un bobinado especial.

Las formas de arranque son semejantes a las del motor

asincrónico, aunque se suele conectar una resistencia

intercalada en el bobinado de excitación, para evitar

sobretensiones en los terminales cuando hay movimiento

relativo entre el flujo del inducido y el bobinado del

campo. Si el campo del motor es excitado por

rectificadores, esta tensión inducida podría producir una

componente de continua y un par pulsatorio, que podría

causar trastornos en el arranque.

Cuando se necesita un par de arranque muy elevado, los

bobinados de arranque (amortiguadores) se disponen con

anillos rozantes para intercalar resistencias externas.

ARRANQUE DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Con los medios de rectificación de que se dispone

actualmente resulta fácil y práctico la utilización de

motores de corriente continua, debido a la facilidad que

tienen para arrancar y regular su velocidad.

En la práctica se utilizan diversos motores de corriente

continua como:

-De excitación independiente.

-De excitación serie / universal.

-De excitación derivación (shunt).

-De excitación compuesta en conexión adicional (compound).

-De imanes permanentes.

-Especiales.

Dentro de los motores de excitación independiente, serie,

derivación y compuesta, se distinguen los siguientes

bobinados cuya denominación y e identificación señalamos:

AB - Inducido.

GH - Polos auxiliares y de compensación.

JK - Bobinado inductor independiente.

EF - Bobinado inductor serie.

CD - Bobinado inductor derivación.

Un motor de corriente continua queda definido por:

-Red que alimenta al arrancador / variador (tensión y

sistema de c.a.).

-Tipo de motor en función de la c. c.

-Potencia en kW.

-Velocidad máxima en rpm.

-Gama de trabajo, mínima y máxima.

-Par a transmitir, en Nm.

-Tensión del inducido, en V.

-Tensión del inductor, en V.

-Intensidad del inducido, en A.

-Intensidad del inductor, en A.

-Grado de protección IP.

-Tipo de fijación y salida del eje.

El tipo de convertidor necesario depende de la clase de

servicio que se requiera, las que pueden ser:

Servicio clase I

Empleo al 100% de In, sin posibilidad de sobrecarga.

Servicio clase II

Empleo al 100% de In, con posibilidad de 150% de In durante

1 minuto, que puede repetirse cada hora.

Servicio clase III

Empleo al 1 00% de In, con posibilidad de 125% de In

durante 2 hs. y del 200% de In durante 10 seg.

A cada sobrecarga debe seguir el tiempo para que el motor

adquiera su temperatura de régimen.

Las características más destacables de los motores en

corriente continua son:

Motor de excitación independiente

-Par de arranque muy elevado.

-Fácil control de velocidad en forma automática.

-Requiere reóstato de arranque.

-Se utiliza en motores pequeños.

Motor de excitación serie

-Par de arranque muy elevado.

-Difícil control de velocidad.

-Requiere reóstato de arranque.

-Se utiliza para tracción eléctrica.

Motor con excitación derivación (shunt)

-Par de arranque menor que en el motor serie.

-Muy estable.

-Requiere reóstato de arranque en el inducido.

-Utilizado en máquinas herramientas.

Motor con excitación compuesta

-Par de arranque más elevado que el motor en derivación.

-Muy estable.

-Requiere reóstato de arranque en el inducido.

-Utilizado en máquinas herramientas y para tracción.

En estos motores la FEM en reposo es cero, y por

consiguiente, la corriente y el par de arranque sólo quedan

limitados por la resistencia del circuito de inducido.

Los motores de corriente continua pueden arrancar por

diferentes procedimientos actuando sobre la tensión. Los

más utilizados son el reóstato de regulación y los

dispositivos electrónicos de rectificación controlada.

4.1 - Arranque de motores de corriente continua por

reóstatos

Los reóstatos se conectan en serie con el inducido, de

manera de producir una caída que disminuya la tensión

efectivamente aplicada sobre el mismo.

En el caso del motor derivación, se deduce que conservando

constantes el flujo y la tensión total, la pendiente de la

característica velocidad / par es proporcional a la

resistencia del circuito de inducido. Aumentando esta

resistencia, la característica cortará al eje de velocidad

cero en un punto de menor par (y corriente) de arranque.

Por su parte en el caso del motor serie el efecto de la

resistencia adicional es semejante, obteniéndose un

determinado par de arranque con una sobrecorriente menor

que en el motor derivación, lo que lo hace adecuado para

aplicaciones de tracción.

4.2 - Arranque de motores de corriente continua por

dispositivos electrónicos

En estos arrancadores el equipo electrónico, generalmente

de tiristores, recibe un suministro de corriente alterna

monofásica o trifásica y lo convierte en un suministro de

tensión continua variable, que permiten el arranque con

aplicación progresiva de tensión, con la consiguiente

limitación de corriente y par de arranque.

ARRANCADOR DE ESTADO SÓLIDO

Este arrancador está constituido por dispositivos de estado

sólido (tiristores) mediante los cuales se controla la

tensión que alimenta al motor, la tensión aumenta en forma

progresiva evitando el cambio brusco del par y la corriente

de arranque. Mediante este tipo de arranque se consigue

controlar las características de funcionamiento durante los

períodos de arranque y parada.

La corriente y el par pueden regularse en un amplio rango

Normalmente una vez que el motor ha arrancado, el

arrancador de estado sólido se puentea mediante un

contactor llamado de ‘bypass’

Solo se requiere que los motores tengan 3 terminales.

Componentes principales:

Los componentes principales son:

Arrancador electrónico (estado sólido)

Contactor electromagnético de bypass

Relé de protección térmico (si es requerido)

Características principales:

Para solicitar un motor se requiere los siguientes datos:

Potencia del motor: HP o kW

Tensión del motor : 220 V, 380V, 440V, 480 V

Frecuencia de la red: 60 Hz

Altitud

Fabricación bajo Norma IEC

Opciones:

Pulsadores de arranque y parada

Pilotos de señalización: arranque, parada, sobrecarga

Borneras para conexión externa

Un motor es un dispositivo que convierte la energía

eléctrica en mecánica y su principio de funcionamiento se

basa en la inducción electromagnética y la fuerza

electromagnética.

Es por esto que el componente eléctrico por excelencia es

el motor. El motor ofrece un movimiento giratorio, y por

eso, cuando escuchamos su nombre automáticamente nos

imaginamos un eje con un volante, polea o engrane, girando.

1. MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA

Su principal característica, es ser alimentado por

corriente alterna, la velocidad del rotor está supeditada a

la frecuencia de la tensión que lo alimenta. Otro detalle,

éste relacionado con la variante de motor más popular, es

que la transmisión de energía al rotor se puede resolver

por inducción, como en un transformador, sin necesidad de

entablar contacto físico entre éste y su entorno inmóvil.

Esta es la razón por la que a estos motores se les llama

también de inducción. En ellos, las piezas Estator y Rotor,

pueden tomar aquí también los nombres de Inductor e

Inducido, aunque parece ser que este último detalle, según

algunos técnicos, no tiene que ver con esto, y los

adjetivos inductor e inducido se pueden aplicar también a

las piezas del motor de corriente continua porque el

estator "induce" al rotor a girar.

El fundamento del movimiento en las máquinas de corriente

alterna son los campos magnéticos circulares. Si se conecta

un juego de bobinas como una fuente de corriente alterna

trifásica, en el entrehierro se formará un campo magnético

giratorio, y si ponemos una pieza imantada como rotor, ésta

girará con él.

La manera de generar el campo magnético del rotor marca la

gran diferencia entre dos tipos: El Síncrono y el

Asíncrono.

2. MOTOR SÍNCRONO. CRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 28

Se trata de una máquina en la que el rotor presenta polos

magnéticos constantes, que pueden provenir incluso de

imanes permanentes.

Es evidente que este tipo de motor, y de ahí su nombre,

gira a una velocidad que coincide exactamente con un

submúltiplo de la frecuencia de la red que lo alimenta. El

reverso del motor síncrono, el alternador, es el alma Mater

de los dispositivos generadores de energía eléctrica.

3. MOTOR ASÍNCRONO O DE INDUCCIÓN.

El mecanismo que genera la corriente del rotor es un

ingenioso sistema de inducción que permite simplificar

ostensiblemente la máquina.

Su rotor está construido con bobinas en cortocircuito que,

al sufrir la inducción de las del estator generan campos

magnéticos cuya combinación crea fuerzas que los mantienen

mecánicamente casi solidarios. El campo magnético giratorio

que produce la red en el entrehierro del estator hace el

resto. Se les llama asíncronos porque, como veremos, el

campo del inductor gira ligeramente más rápido que el

rotor.

Un motor de inducción trifásico está constituido

fundamentalmente por los siguientes elementos:

1) Estator

2) Rotor

3) Carcaza CRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 29

4) Auxiliares

1. Estator

El estator de motores de inducción está formado por

paquetes de láminas de acero al silicio troquelados. El

estator representa una de las partes del circuito

magnético del motor. El contenido de silicio que al igual

que en los núcleos de transformadores depende de las

densidades de flujo usuales, está constituido por

paquetes de lámina troquelada en forma de ranuras, con

objeto de que el bobinado del estator pueda alojarse en

dichas ranuras. Desde luego la forma de las ranuras varía

de acuerdo con el tamaño o tipo del motor.

En las ranuras del estator se alojan las bobinas del

estator que pueda considerarse en forma análoga al

transformador como el circuito primario.

2. Rotor

El rotor de los motores de inducción puede ser de dos

tipos:

a) Rotor jaula de ardilla

Recibe este nombre debido a que precisamente tiene la

forma de una jaula de ardilla. Aquí, el bobinado está

constituido por barras que se vacían sobre el rotor

destinado para este fin por lo general las barras son de

aluminio y al fundirse en el rotor debido a la forma que

se les da quedan unidas entre si en cortocircuito en la

forma de una jaula de ardilla.

b) Rotor devanado

Se le llama así porque su bobinado esta devanado en las

ranuras. Está formado por paquetes de láminas

troqueladas, montadas sobre la flecha o eje. Las bobinas

se devanan sobre las ranuras y su arreglo depende del

número de polos y de fases.

3. Carcaza o Soporte

La carcaza recibe también el nombre de soporte por ser el

elemento que contiene el estator y los elementos

auxiliares del motor.

4. Auxiliares

Los auxiliares del motor de inducción trifásico son

elementos necesarios para el funcionamiento de este y

dependen del tipo de motor.

Figura 3: Despiece de un Motor de

3.1 MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO

Se fabrican de las más diversas potencias.

Características de velocidad sensiblemente constante

Característica de par ó torque que varía ampliamente

según los diseños

Se construye para operar a todas las tensiones y

frecuencias de servicio normalizadas.

3.2 CONSTITUCIÓN DE UN MOTOR TRIFÁSICO

Se compone de 3 partes, principalmente: estator, rotor

y escudos.

Estator compuesto de una carcasa de fundición, un

núcleo formado por chapas magnéticas, y un

arrollamiento constituido por bobinas individuales

alojadas en las ranuras del núcleo.

El rotor puede ser del tipo jaula de ardilla o bien

bobinado

3.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR TRIFÁSICO

Las bobinas alojadas en las ranuras estatóricas están

conectadas de modo que formen 3 arrollamientos

independientes iguales, llamadas fases.

Normalmente se tiene que:

El N° de bobinas coincide con el N° de ranuras (doble

capa).

Algunos motores tienen doble N° de ranuras que de

bobinas (arrollamiento de fondo de cesta). (Capa

simple).

Los motores 3 están normalmente previstos para

trabajar a una ó dos tensiones de servicio y para

girar a dos, tres ó cuatro velocidades de régimen lo

cual exige una gran variedad de conexiones (en Δ, en

Y, en serie, en paralelo y todas las combinaciones

posibles entre éstas).

Los motores 3 de gran tamaño tienen las ranuras

estatóricas abiertas, en los motores pequeños y de

mediano tamaño las ranuras estatóricas son

semicerradas.

Las bobinas utilizadas en motores de cierto tamaño

tienen forma hexagonal, es decir seis lados.

Los devanados están dimensionados para trabajar

conectados en triángulo. Es clásica la conmutación

estrella-triángulo durante el arranque de motores de

potencia respetable. Consiste en conectar las bobinas,

primero en estrella, lo que supone que cada una se ve

sometida a la tensión de fase, y cuando el rotor

alcanza la velocidad nominal conmutarlas a triángulo.

Velocidad sincrónica ( ns), del motor es definida por

la velocidad de rotación del campo giratorio del

estator, se mide en revoluciones por minuto (rpm), la

cual depende de la cantidad de polos (2p) del motor y

de la frecuencia (f) de la red en Herz. Los bobinados

pueden ser construidos por uno o más pares de polos,

que se distribuyen alternadamente (un polo norte y un

polo sur) a lo largo de la periferia del núcleoCRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 33

magnético. El campo giratorio recorre un par de polos

(p) en cada ciclo. Así, como el bobinado tiene polos o

pares de polos, la velocidad del campo magnético del

estator será:

nS=120∗f

Donde:

f = frecuencia de la alimentación (Hertz)

p = Número de pares de polos.

SECADOR

Son aquellas en las que el grano se introduce y descarga en

forma continua o intermitente, permaneciendo constantemente

llenas las secciones de secado y enfriamiento.

Las secadoras verticales, también llamadas "tipo torre", se

caracterizan por el recorrido del grano, desde arriba hacia

abajo, y pueden ser clasificadas en varios grupos, de

acuerdo al tipo de flujo.

Las secadoras de flujo mixto, también llamadas de

"caballetes", tienen como elemento principal, en las zonas

de secado y enfriamiento, un conjunto de conductos en forma

de V invertida, por donde circula el aire caliente o frío.

Las de flujo cruzado, también llamadas "de columnas" poseen

columnas o venas rectas por donde circula por gravedad el

grano; las columnas están formadas por paredes de chapas

perforadas, las que atraviesa el aire caliente (o frío) en

forma cruzada o perpendicular al espesor de la columna. Se

conocen también secadoras de columnas de forma circular.

1. SECADOR HORIZONTAL

Este secador consiste en un cilindro horizontal encamisado,

con una relación longitud / diámetro entre 2,5 – 5. En los

equipos del tipo HCRP (horizontal cilinder radial padles),

como se verá en la figura 2, la agitación viene

proporcionada por brazos radiales con paletas montadas

sobre un árbol central, que puede ser hueco, para

proporcionar así una superficie calefactora adicional. Los

brazos radiales están dispuestos en ángulo recto y cada

cuadrante lleva un tubo o barra que actúa como muela. Los

cuadrantes están dispuestos de tal manera que sus extremos

barren efectivamente toda la superficie de transferencia de

calor del secador.

Figura 4: Secador de cilindro horizontal con agitadores radiales

– tipo HCRP

Fuente: Nonhebel, G

Este tipo de agitador puede accionarse directamente

mediante una caja de reducción o por una de inversión

periódica del giro, dando como resultado un mezclado más

uniforme.

La temperatura del secado varía entre 50 ºC y 110 ºC con

una diferencia de temperaturas entre el medio calefactor y

el material de 30 a 60 ºC. El tiempo del secado se basa ya

sea en la experiencia o por lo siguiente:

a. Observación por el flujo del vapor hacia la camisa

(éste cae a un valor mínimo correspondiente a las

pérdidas de calor solamente).

b. Observando la temperatura del agua de salida del

lavador húmedo que se halla ubicado en la línea de

vapor. Cuando el valor de la humedad final es crítica

se toman muestras del material durante el ciclo del

secado.

En el secador horizontal con paletas (del tipo HCRP) puede

controlarse muy bien la forma física del producto,

cambiando la cantidad y el peso de las barras de molienda.

Usualmente se utilizan tipos de acero dulce, pero también

barras o tubos de aluminio para obtener una molienda gruesa

ya que golpes de las barras sólidas de acero pueden llegar

a producir deformaciones sensibles en el casco.

La máquina horizontal muestra más ventajas que las máquinas

verticales ya que se tiene un mayor rendimiento en el

funcionamiento y la producción de producto que se va a

procesar en este caso el grano del café y va acorde con la

economía.

La capacidad y área de transferencia del secador debe estar

paralelo a la necesidad que se requiere para el

procesamiento del producto.

2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SECADOR HORIZONTAL

El secador horizontal es un dispositivo simple, ya que

consta de dos partes principales, un cuerpo calentado y un

rotor.

El proceso de secado se inicia cuando el producto entra (1)

sobre la zona calentada y es distribuido uniformemente

sobre la superficie interna de la unidad por el rotor. El

movimiento del rotor genera espirales con el producto (2) a

lo largo de toda la pared del secador, produciendo asíCRUZADO CUBAS, Carlos Alberto; PAREDES RENTERÍA, Andrés Felipe 37

ondas (3) y generando así un flujo altamente turbulento,

dando por resultado un flujo óptimo del calor y una

transferencia total. Los componentes volátiles se evaporan

rápidamente. Los vapores fluyen (4, 5) a través de la

unidad, mientras que el material ya secado es descargado

(6) por uno de los extremos del secador.

Flujo del producto Pared caliente

Producto

Producto secado

Figura 5: SecadorHorizontal

Fuente: LCI Corporation

3. VENTAJAS DEL SECADOR HORIZONTAL

Eficacia

Elevada tasa de evaporación

Contacto intenso entre los discos y el producto a

Gran superficie de calentamiento en un reducido

volumen

Seguridad

Sistema indirecto: no existe contacto entre el fluido

portador del calor y el producto a secar

Baja tasa de O2

Control de temperatura

Flexibilidad

El producto final puede tener la estructura deseada.

Utilización en secado o en presecado: materia seca

desde un 50% a un 95%

Economía

Mínimo tratamiento de los vapores asociados

Instalación automatizada: personal mínimo

Reducidos costes de mantenimiento

APLICACIÓN: ARRANQUE, DE TIPO ESTRELLA-TRIÁNGULO, EN EL

MOTOR TRIFÁSICO DE CUATRO POLOS EN UN SECADOR HORIZONTAL DE

GRANOS DE CAFÉ EN LA EMPRESA ALTOMAYO S.A.C.

LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Los motores más comunes hallados en los equipos

electrodomésticos, como un refrigerador o una estufa de

calefacción, son motores de inducción. La inducción

electromagnética ocurre cuando un conductor corta a través

de un campo magnético. El campo magnético genera un flujo

de corriente en el conductor sin que exista un contacto

físico. Un motor de inducción tiene un centro rotatorio, o

rotor, el que está hecho de un anillo de conductores no

magnéticos, conectados en los extremos, y contenidos en un

cilindro laminado en acero. El rotor está rodeado por un

enrollado con un campo estacionario, el que es llamado

estator (que significa circuito fijo). En su forma más

simple, el estator tiene dos polos (norte y sur) que crean

un campo electromagnético a través del propio estator. Este

campo induce una corriente en el rotor que, a su vez,

genera un campo magnético. La interacción entre el campo

magnético inducido en el rotor y el campo magnético del

estator, que varía con la corriente alterna (CA), fuerza al

rotor a girar.

El número de polos en el estator, conjuntamente con la

frecuencia de la corriente alterna (60 ciclos por segundo),

determina la velocidad a la cual el campo magnético trata

de hacer girar el rotor (la velocidad sincrónica). En

teoría, un motor de dos polos gira una revolución completa

en cada ciclo de la corriente alterna, o sea: 3.600

revoluciones por minuto. Si se cambia aun motor de cuatro

polos, entonces el campo magnético solamente gira 1802

durante cada ciclo, a una velocidad de 1.800 rpm. Sin

embargo, la velocidad real de un motor típico de inducción

se retrasa con respecto a la velocidad sincrónica. Esta

pérdida, llamada de deslizamiento, hace que las velocidades

usuales reales sean de 3.450 y 1.725 rpm respectivamente.

Desde luego, este motor teórico solamente funcionará si es

conducido a su velocidad de operación por alguna otra

fuente. En la práctica, hay varias formas de hacer que las

cosas se muevan. En un sistema de tres fases, la corriente

está compuesta de tres ciclos de voltajes iguales

funcionando de forma concurrente. Cuando cada uno de esos

ciclos alimenta su respectivo enrollado en el estator, un

campo magnético rotatorio es producido, al que

inmediatamente sigue el rotor (Fig. 2). Los motores de una

fase única a menudo utilizan en el estator un alambrado

separado de arranque. Conjuntamente con el capacitador,

este enrollado de arranque genera un campo magnético que

está fuera de fase con el enrollado del campo primario.

Esto trae como resultado un campo rotatorio que hace girar

el rotor. Cuando el rotor alcanza velocidad, entonces un

interruptor centrífugo desconecta el alambrado de arranque

de la fuente de energía.

Figura 6: Secador horizontal o de Guardiola de granos de caféFuente: LCI Corporation

ANÁLISIS Y ARRANQUE DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO DE

CUATRO POLOS EN EL SECADOR HORIZONTAL DE GRANO DE CAFÉ

SECADOR HORIZONTAL O GUARDIOLA

Esta secadora se encuentra ubicada en el área de secado de

la empresa Altomayo S.A.C. tiene una capacidad de secado de

7000 Kg. de grano de café por lote, a una temperatura de

90º C, esta funciona con un motor de inducción trifásica

marca inducao, de cuatro polos, 20 Hp, y 60 Hz.

La conexión del motor y la secadora se produce a través de

un sistema de transmisión que conecta el rotor del secador

con el motor produciendo así el

Figura 7: Motor de inducción trifásico.Fuente: Tierra Unida

MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFÁSICO DE CUATRO POLOS

Figura 8: Dimensiones del motor de inducción trifásico de cuatro polosFuente: Tierra Unida

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Potenc

Velocid

Rendimien

Factor

potenc

Intensi

dad de

corrien

(380 V)

Intensi

dad de

corrien

inicial

Ia/ In

Moment

rotaci

inicia

Cm /Cn

Moment

rotaci

máxima

Cm /Cn

RA160 15 20 1460 90 0.87 29 7 1.9 2.9 129

TipoDIMENSIONES (mm.)AC AD HD L M N P LA KF T D E F GA

RA16035

015 19 5

R1 R2 X1 X2 XM

0.64Ω 0.32 Ω 1.10 Ω 0.46 Ω 26.69

ANÁLISIS:

Velocidad Sincrona

nsin s=120feP

=120∗604

=1800r/min

Deslizamiento

s=nsins−nmnsins

=1800−15001800

∗100

Frecuencia en el Rotor

fr=sfe=0.17∗60=10.2Hz

Par de carga

τcarga=PsalωM

=(20hp )∗(746W /hp )(1500r/min)∗(2πrad/r )∗(1min/60s)

=14920157.07

=94.99 Nm

Potencia de Entrada

Pent=√3VTILcosθ=√3(380)(29 )(0.8)=15.269 KW

Pérdidas en el Cobre del Estator

PPCE=3I2R1

=3(29)2(0.64)=1.61 KW

Pérdidas en el Entrehierro

PEH=Pent−PPCE=15.269−1.61=13.66 KW

Potenecia Convertida

Pconv=(1−s)PEH=(1−0.17 )13.66=11.34 KW

Eficiencia

η=PconvPent

=11.3415.269

∗100

=74.25 %

Voltaje de Thevenin

VTH=VφXM

√R12+(X1+XM)2

VTH=219.3926.69√(0.64 )2+(1.10+26.69 )2

VTH=210.65V

VФ = 219.39 V (tomado de la corriente respectiva, es decir,

del tomacorriente)

Resistencia de Thevenin

RTH=R1(XM

X1+XM)2

RTH=0.64(26.691.10+26.69

RTH=0.590Ω

Reactancia de Thevenin XTH=X1=1.10Ω

Deslizamiento del par máximo

Smáx=R2

√R2TH+(XTH+X2)2

Smáx=0.32

√(0.590)2+(1.10+0.46 )2

Smáx=0.191

Velocidad Mecánica

nm=(1−s)nsincnm=(1−0.191)∗(1800)

nm=1456.2rmin

Par Máximo

τmáx=3V

2ωsinc [RTH+√R2TH+(XTH+X2)2 ]

τmáx=3∗(210.65)2

2∗(188.5)[0.590+√(0.590)2+(1.10+0.46)2 ]

τmáx=156.39Nm

Par de Arranque

τarranque=3V

2THR2ωsinc [(RTH+R2)

2+(XTH+X2)2 ]

τarranque=3∗(210.65)2∗(0.32)

(188.5)[(0.590+0.32 )2+(1.10+0.46 )2 ]

τarranque=69.28Nm

Desplazam iento vs. Velocidad M ecánica del eje del m otor

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

100 300 500 700 900 1100 1300 1500velocidad m ecánica

lazamiento

Figura 9: Desplazamiento vs. Velocidad MecánicaFuente: Propia

Par Inducido del Rotor

τind=3VTH

2 R2/s

ωsinc[(RTH+R2/s )2+(XTH+X2 )2]

=3(210.65 )2(0.32/0.17)

(188.5)[(0.590+0.32 )2+(1.10+0.46 )2 ]

=155.25 Nm

s=nsinc−nmnsinc

Velocidad Mecánica del eje

del motor nm (rpm)Desplazamiento s

Par de Carga vs. Velocidad M ecánica del eje del M otor

0.00200.00400.00600.00800.001000.001200.001400.001600.00

100 300 500 700 900 1100 1300 1500Velocidad M ecánica

Figura 10: Par de Carga vs. Velocidad MecánicaFuente: Propia

100 0.94300 0.83500 0.72700 0.61900 0.501100 0.391300 0.281500 0.17

τcarga=Psalωm

Donde:ωm=(1−s)ωsinc

s=nsinc−nmnsinc

Par de carga (Nm) Velocidad Mecánica (rpm)1424.72 100474.91 300284.94 500

Par inducido vs. Velocidad M ecánica del eje del M otor

0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.00180.00

100 300 500 700 900 1100 1300 1500Velocidad M ecánica

Par ind

Figura 11: Par Inducido vs. Velocidad MecánicaFuente: Propia

203.53 700158.30 900129.52 1100109.59 130094.98 1500

τind=3VTH

2 R2/s

ωsin c[(RTH+R2/s )2+(XTH+X2 )2]Donde:

s=nsinc−nmnsinc

Par inducido (Nm) Velocidad Mecánica (rpm)72.59 10080.18 30089.38 500100.66 700114.53 900

131.18 1100148.78 1300155.25 1500

SISTEMA DE ARRANQUE ESTRELLA – TRIANGULO

La característica principal para ejecutar el arranque de un

motor en configuración estrella-triangulo es que cada uno

de las bobinas sea independiente y sus extremos sean

accesibles desde la placa del motor.

La secuencia de arranque comienza en configuración

estrella, generando una tensión en cada una de las bobinas

del estator √3 veces menor que la nominal, con una

reducción proporcional de la corriente nominal (In).

Una vez que el motor alcanza entre el 70 ú 80% de la

velocidad nominal, se desconecta el acoplamiento en

estrella para realizar la conmutación a configuración

triangulo, momento a partir de la cual el motor opera en

condiciones nominales, sometiendo a una intensidad pico de

muy poca duración, la cual no alcanza el valor pico de 2,5

In, que alcanzaría si se ejecutara el arranque directo. Sin

embargo, este aspecto carece de importancia en la mayoría

de los casos, ya que la velocidad nominal se alcanza en

segundos.

La conmutación estrella-triangulo debe realizarse al

alcanzar entre un 70 ú 80% de la velocidad nominal, ya que

debe producirse antes, la intensidad pico alcanzaría

valores muy elevados, provocando la parada del motor y con

gran posibilidad de daños en el devanado del mismo.

En la práctica, el tiempo de conmutación está sujeto al par

acelerador y a la inercia de las partes siguientes

limitaciones:

El relé térmico no tolerará tiempos prolongados,

típicamente un máximo de 30 segundos (30 s).

El motor tiene un límite de calentamiento.

En motores de potencias superiores a los 40 HP, se generan

tensiones inducidas que permanecen en el motor después que

se ha realizado la desconexión en configuración estrella.

Si se realiza de inmediato la conmutación a configuración

estrella, estas tensiones inducidas podrían estar en

oposición de fase con la red de suministro y ser

suficientemente elevadas, como para generar una corriente

transitoria de gran magnitud. Este inconveniente, es

salvado introduciendo un retardo durante la conmutación de

estrella triangulo, siempre y cuando en este lapso, no se

genere una pérdida de velocidad significativa.

Figura 12: Ejemplo de la representación de conexión Estrella -

Triángulo

DISEÑO DE UN ARRANCADOR ESTRELLA – TRIANGULO.

Se utilizan un temporizador y tres contactores: red,

triangulo y estrella.

Los contactos de red y triangulo, deben tener

capacidad para operar a un 58% de la intensidad

nominal del motor y el térmico debe ajustarse al mismo

porcentaje de intensidad.

Figura 13: Diseño de la conexión Estrella - Triángulo

CONCLUSIONES:

1. De acuerdo al análisis realizado, podemos enunciar que

los pasos para la selección de un motor de inducción

trifásico son:

Determinar la velocidad síncrona, usando como relación

la frecuencia y el número de polos del motor, así como

la velocidad angular síncrona, luego determinar el

deslizamiento generado por la velocidad síncrona y la

velocidad mecánica del motor.

Con la frecuencia del motor y el deslizamiento

generado por la velocidad síncrona y la velocidad

mecánica del motor se puede hallar la frecuencia del

rotor.

Después de esto se pueden hallar el par de carga, de

inducción, máximo y de arranque generado por el motor

a diversas condiciones mecánicas.

Como último paso se realiza un balance de potencias,

hallando potencia de entrada y salida, obteniendo

finalmente la eficiencia del motor.

2. Cuando un motor arranca toma una corriente que es mucho

mayor que la corriente nominal.

Hay casos en que la corriente toma un valor de seis veces

la corriente nominal. Este hecho produce caídas grandes en

la tensión del sistema eléctrico y la ingeniería ha buscado

soluciones a este problema.

Una de esas soluciones es arrancar los motores con voltaje

reducido. Y uno de esos métodos es el arrancador estrella

delta en donde inicialmente el motor se conecta en estrella

de modo que el voltaje en sus devanados es menor (57.7%) y

una vez el motor este rodando se cambia la conexión a delta

en donde los devanados quedan con la tensión nominal de

trabajo.

Este procedimiento disminuye notablemente el fenómeno de

arranque por dos motivos:

Costo de la electricidad: porque al momento del

arranque del motor, este necesita más amperaje para

encender que para trabajo nominal y esto indica un

incremento en la cantidad de energía necesitada,

por lo tanto el costo de la electricidad aumentará,

pero con este tipo de arranque esta diferencia de

amperaje es nula.

Dimensión de transformadores: la capacidad

utilizada de los transformadores a veces es

demasiado grande para lo que se necesita, eso

quiere decir que es más costoso; entonces con esta

clase de arranque el costo disminuye al momento de

adquirir un transformador más pequeño y que cumpla

con lo requerido.

BIBLIOGRAFÍA Navarro, R. Máquinas eléctricas y sistemas de potencias.

Pearson educación. México. 2007. p.p 194 – 199.

Gilberto Enríquez Harper, El ABC de la Máquinas

Eléctricas: Instalación y Control de Motores de Corriente

Alterna, LIMUSA Noriega Editores. p.p 205 – 216

Nonhebel, G. El secado de sólidos en la industria.

Editorial reverte S.A. EE.UU. 1999. p.p. 113 – 123.

Chapman, S. Máquinas Eléctricas. Mc Graw-Hill

Interamericana. Bogotá. 2000. p.p 381 – 418.

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Disponible desde la Word Wide Web: < http://www.motores-

industriales.com/Spanish/p1.html> junio 2008

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