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Centro de formación IM-02 Nivel 2 1 / 49

MODULO 9. MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS

Los motores eléctricos: nuestros desconocidos amigos

BOMBAS PARA APLICACIONES ESPECIFICAS. REQUISITOS GENERALES


Objetivos del motor

Un motor tiene estos tres objetivos:1. Arrancar asimismo y a la bomba acoplada2. Accionar la bomba según las distintas cargas que ésta solicite y...3. Sobrevivir a las agresiones del ambiente que le rodea.


Definición de motor eléctrico

¿Qué es un motor eléctrico?

Un motor eléctrico es una máquina transformadora de energía que convierte energía eléctrica en energía mecánica.

Energíamecánica

par M,velocidad n

El motor eléctrico da todo lo que puede, su máximo, y si se le pide

más...

Nos dirá adiós... sin despedirse.

EnergíaEléctrica

Tensión V, frecuencia f


Nobleza del motor eléctrico

El motor eléctrico es una máquina de gran nobleza con unos pocos puntos débiles:

Calentamiento de bobinadoSobretensión de bobinado

Aprenderemos como cuidar esos puntos débiles para tener larga vida de motor


Tipos de motores eléctricos

CORRIENTE CONTINUA (c.c.)ajuste fino de velocidad

CORRIENTE ALTERNA (c.a.) síncronos

velocidad cte. con la frecuencia de la red (velocidad síncrona)ventajas en potencias grandes (alto rendimiento)

asíncronos o de induccción (son más robustos y baratos).– rotor bobinado– rotor de jaula = rotor en cortocircuito– especiales: servomotores para aplicaciones de máquina

herramienta, etc.

Tipos según valor de tensión:– baja tensión: <1000V– media tensión: >1000V

90% de los motores

fabricados; sólo se usa otro tipo

de motor cuando algún tipo de peculiaridad determine tal

necesidad


Partes del motor eléctrico

Caja de bornes Placa de bornesPunto de engrase

Punto de engrase

Plato soporte o escudo lado contrario accionamien-to (LCA/LOA)

Estator

Extremo de eje

Rodamiento LOA

Chaveta

Ventilador

Plato soporte o escudo lado accionamiento (LA)

Protección del ventilador

Patas Rotor Carcasa

Rodamiento LA


Potencia nominal y par motor

P2=Pot [W] = √3 x UN x IN x cos ϕ x η

UN tensión en VIN intensidad nominal en Acos phi factor de potenciaη rendimiento en tanto por uno

Pot [W] = M x n 9,55

M par motor en Nmn velocidad nominal en r.p.m.

P o t e n c i a n o m i n a l d e s a l i d a o p o t e n c i a m ecá n i c a :

R e l a c i ó n p a r - p o t e n c i a


Calentamiento

¿Porqué se calienta un motor?Hay varias razones para ello:

Pérdidas en el estator=K1*In*R1^2

Pérdidas en el rotor=K2*I2*R2^2

Pérdidas magnéticas en chapas ~ K Fe * B2

Calentamiento de rodamientos

Por tanto, el motor se calienta y plantea dos preguntas:

- ¿Resistirá el aislamiento del devanado?

- ¿Como eliminar el calor?


Clases de aislamiento-calentamiento

KT = temperatura del medio refrigerante (aire)GÜT = sobretemperatura límite (valor medio)GT = temperatura permanente máxima (punto más caliente)

Si la temperatura en el aislante permanece por debajo del máximo, el aislamiento durará

un tiempo suficientemente aceptable.

80

40

130ºC

105

40

155ºC

125

40

180ºC

10

10

15

KT

GÜTGT

180155130GT ºC

12510580GÜT ºC

404040KT ºC

HFBClase

B F H El tipo de aislamiento permite un calentamiento máximo


Clase de servicio y Factor de servicio

Los motores de catálogo están dimensionados para servicio continuo S1 (servicio con carga permanente)

La clase de servicio define el régimen de trabajo de los motores. Estan tipificados por normas:

S2 (breve duración)S3 (intermitente sin influencia del arranque)S6 (continuo con carga intermitente)

Hay otras que exigen reducción de potencia respecto a S1 que no consideramos para bombas

Existen otras clases de servicio: las que permiten aumento de potencia respecto a S1

En bombas trabajaremos siempre con clase de

servicio S1, o sea continuo

El factor de servicio SF define la capacidad del motor para entregar potencia

SF 1.0. El motor trabaja entregando como máximo su potencia nominal.SF 1.10. El motor puede trabajar entregando como máximo y continuamente el 110 % de su potencia nominal.Etc.

Viene a representar una reserva adicional de potencia como seguridad


Formas de refrigeración

Los motores poseen de serie un ventilador de termoplástico o acero. Hay que mantener una mínima distancia desde la protección del ventilador a la pared igual a la distancia desde el tejadillo (=cubierta protectora) a la protección del ventilador. Opcionalmente, se pueden pedir los motores sin ventilador ni protección del ventilador. En ese caso, se debe garantizar un caudal mínimo de aire para refrigerar el motor.

Para eliminar el calor producido hay que refrigerar los motores

Con ventilador:IC 01 motor refrigerado por dentro con refrigeración propiaIC 411 motor refrigerado por la superficie con refrigeración propiaIC 416 motor refrigerado por la superficie con ventilador indepen-

diente (ventilación forzada).Sin ventilador

IC 410 motor autorefrigeradoIC 411 motor con ventilador independiente


Variación de la potencia con la temperatura y altitud

Si cambian las condiciones de temperatura ambiente y altitud y se desea mantener la utilización B, se deben tener en cuenta los factores de reducción. Es decir el motor entregará menos potencia (para no calentarse indebidamente)

Temp. % Potencia Altitud % Potencia

<30 107 1000 100

40 100 1500 97

45 96 2000 94

50 92 2500 90

55 87 3000 86

60 82 3500 82

Ej: a 50ºC, pot. admisible = 0,92 x pot. nominal

Ej: a 3000m, pot. admisible = 0,86x pot. nominal

La potencia nominal que entrega un motor se garantiza con temperatura ambiente de máximo 40 ºC y altitud máxima de 1000 m snm.

AMBOS FACTORES DE REDUCCION PUEDEN SER

SIMULTANEOS

Estas tablas pueden variar ligeramente de un fabricante a otro


Tipos de protección mecánica

IP = international protection, protección contra el efecto perjudicial de agua, cuerpos sólidos extraños y polvo

IP = XYZ

• Primera cifra (0 a 6): grado de protección contra contactos y contra penetración de cuerpos extraños

• Segunda cifra (0 a 8): grado de protección contra la penetración del agua (sin protección contra el aceite)

• Letras (W, S, M): letras distintivas adicionales para clases de protección especiales. W protección contra intemperie

.


Tipos de protección contra contactos -1ª cifra

Diam 50 mmcontactos involuntariosde la mano

Diam 12 mmdedo de la mano

Diam 2,5 mmherramientas, alambres

Diam 1 mmpequeñas herramientas,alambres

Polvo (no hay depósitos nocivos de polvo)

Protección completacontra polvo

1 2 3

4 5 6


Tipos de protección contra agua- 2ª cifra

1 2 3

4 5 6

78


Resumen Tipos de protección

IP Protección contra contactos

Protección contra cuerpos extraños

Protección contra el agua

21 Contacto con los dedos

Cuerpos sólidos extraños de un diámetro > 12 mm

Goteo de agua vertical

22 Goteo de agua hasta 15º

23 Salpicaduras de agua hasta 60º

44 Contacto con herramientas

Pequeños cuerpos extraños de un diámetro > 1mm

Salpicaduras de agua en cualquier dirección

54 Protección completa contra contactos

Residuos o depósitos de polvo nocivos

Salpicaduras de agua en cualquier dirección

55 Chorro de agua en cualquier dirección

56 Inundación temporal. Chorro fuerte

65 Protección completa contra contactos

Protección contra la penetración de polvo

Chorro de agua en cualquier dirección

67 Motor bajo condiciones de presión y tiempo sumergido en agua

67


Tipos de protección eléctrica: térmica

PORQUE SI NO LO HACEMOS SE QUEMAN

¿PORQUÉ LOS MOTORES

DEBEN SER PROTEGIDOS

TERMICAMENTE?


Dispositivos de protección térmica

DETECTORES O SONDAS

BIMETALICAS

TERMISTORES O SONDAS PTC

TERMORESISTENCIA-RTD-

SENSORES Pt100

Son elementos usados para evitar que se sobrepase la temperatura de diseño del devanado de los motores y se colocan en el interior de los devanados.


0100002000030000400005000060000700008000090000

100000

0 20 40 60 80 100 120 140

DETECTORES O SONDAS

BIMETALICAS


TERMORESISTENCIA-RTD-

SENSORES Pt100

Características de resistencia



Características de resistencia sondas PTC


SI. Hay que poner un relé específico medidor de resistencia y puede actuar a un valor prefijado.

SI. Precisa de un relé para leer la resistencia y accionar a un contacto de todo o nada.

NO. Se puede llevar directamente al contactor

auxiliar de control del motor. Es todo o nada.

¿Precisa relé de actuación?

SINONO¿Mide el dispositivo?

Varía la resistencia del dispositivo según varía temperatura. Su relé lee esta resistencia y la traduce a temperatura para disparar a un valor o ser llevada a un ordenador de control

Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce una señal que es leída por el relé.

Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce la ruptura del bimetálico

Forma de actuar

Usualmente 1 por cada fase o sea 3 por motorCantidad de elementos

Interior de las ranuras del estator. Salida a 3 o 4 hilos

Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilos

Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilosLugar de

colocación

TERMORESISTENCIA-RTD-SENSORES Pt100


DETECTORES BIMETALICOSTIPO

Dispositivos de seguridad térmica


Variación lineal aumentando la resistencia con la temperatura

A mayor temperatura mayor resistencia

A partir de cierta temperatura resistencia

infinita

Resistencia

Totalmente linealNadaAlgoLinealidad

No se debe aplicar tensiónNo se debe aplicar tensión

No se debe aplicar tensión

Tensión

Se basan en el cambio de valor óhmico de las sondas RTD que son

conductoras, especialmente Platino

Se basan la variación de resistencia con la temperatura de las sondas PTC que son semiconductores.

Calentamiento de una lámina formada por dos

metales distintos

Funcionamiento

TERMORESISTENCIA-RTD-SENSORES Pt100


DETECTORES BIMETALICOSTIPO

Dispositivos de seguridad térmica


Resistencia de anticondensación

EN AMBIENTES HUMEDOSSi la humedad es alta y el motor está interiormente a la misma temperatura que el ambiente, entonces se puede producir condensación y por tanto posibilidad de cortocircuito en el interior del motor.Se sabe que si la temperatura del devanado del motor está al menos 5 ºK por encima de la temperatura ambiente, entonces no se producirá condensación

PARA EVITAR LA CONDENSACION SE COLOCAN LAS RESISTENCIA DE ANTICONDENSACION O RESISTENCIA DE CALDEO

FORMA DE FUNCIONAMIENTOCon el motor eléctrico apagado, la resistencia de anticondensación permanece encendida.Con el motor encendido la resistencia de anticondensación permanece apagada.

La resistencia es independiente de los bobinados del motor.La tensión suele ser más baja, 220, 115 o incluso 24 voltios y en monofásico.El consumo de esta resistencia es pequeño.Hay una en serie para todo el bobinado.


Resistencia de anti-condensación


Datos placa de características-tamaño motor

Alturade eje

Longitud

Ejemplos para: Altura de eje:180200225250...

Tamaño constructivo:180 M180 L200 L225 S225 M225 L

En el tamaño constructivo se encuentran normalizados la altura de eje y la longitud

Longitud: S = pequeñoM = medioL = largo


Conexión estrella-triangulo

La conexión en la caja de bornes se produce colocando los puentes.

U1W2

W1V2

U2 V1

U1

W1

U2

V1

V2W2

W2 U2 V2

U1 V1 W1

L1 L2 L3Conexión triángulo (Δ)

W2 U2 V2

U1 V1 W1

L1 L2 L3Conexión Y

690V

← IN/√3

400V

IN→

IN/√3 IN/√3


Esquema de conexión

El esquema de conexión se encuentra en la tapa de la caja de bornes

RESISTENCIA DE

CALDEO

TERMISTOR PTC-AVISO TERMISTOR

PTC- DESCONEXION

PT-100 RODAMIENTOS


Placas de características

T i p o d e p r o t e c c i ó n + es p a c i o p a r a p o n e r t i p o d e f r e n oT em p e r a t u r a a m b i e n t e s i e s d i f e r e n t e d e- 2 0 < T < 4 0 º C

A l t i t u d s i e s > 1 0 0 0 m

D a t o s a d i -c i o n a l e s , p . e j . d a t o s d e r een -g r a s e

O p c i o n a l : n ú m e r o d e c l i e n t e , n ú m e r o d e p ed i d o d e l c l i e n t e


Placas de características


Velocidades de motores asíncronos

Donde:

nsinc = velocidad del motorfe =frecuencia de la red.P = nº de polos

Relación de velocidades síncronas según pares de polos P

P 50 Hz 60 Hz

2 3000 3600

4 1500 1800

6 1000 1200

8 750 900

10 600 720

12 500 600

La velocidad nominal del motor asíncrono será la nominalsegún indicado antes menos el deslizamiento.

120 esync

fn rpmP

=


La medida de la velocidad

Si tomamos la velocidad real del motor tendremos una medida bastante aproximada de la carga real del motor

2940

2950

2960

2970

2980

2990

3000

3010

0 5 10 15 20


Curva de par velocidad

0 S

Par a plena carga

0 SVelocidad

Bomba

Par

Motor


Curva de par velocidad

Bomba

Par

MotorPar a rotor bloqueado

Par máximo

Par a plena carga

S’

El par de aceleración a cualquier velocidad S’ es

(T2 - T1)

0 SVelocidad

T2

T1


Formas de arranque

ARRANQUE DIRECTOM

Marranque

Mminimo

MMotor

Macelerador.

Mbomba

Mnom

MBomba

nnom nSyn n

Mmaximo

MMotor

I

nnsyn

IArranque

7 x Inom

~ ~

Inominal

nnom

Características• Alto par de arranque.

• Alta intensidad de arranque.

• Tiempo de arranque breve.


Formas de arranque

M

Mfinal

n

MMotor at ∆

MMotor at

nSynnratedn

MA∆

MA

=1/3MA∆

nSynnratedn

I

n

IA∆

IA=1/3IA∆

Intens idad ∆

Intensidad en / ∆ -Start

ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO Características

• El par de arranque se reduce a 1/3.• La intensidad de arranque se reduce a 1/3.

• Hay que calcular el tiempo a conexión ∆.

PAR


Formas de arranque

M

Mbomba

n

MMotor con DOL

nSyn nSynnRated

n

I

n

MA∆

IA∆

Corriente arranque en DOL

Intensidad de arranque por autotrafo

Par motor por

autotransformador

ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR Características• El par de arranque se reduce y acelera.

• La intensidad disminuye y crece.


Formas de arranque

M

Mbomba

n

MMotor con DOL

nSyn nSynnRated

I

n

MA∆

IA∆


Intensidad de arranque por SOFSTART

Par motor por sofstart

ARRANQUE POR SOFTSTAR Características• El par de arranque se acelera.• La intensidad aumenta hasta nominal, es ajustable. La parada es suave


Formas de arranque

nSynnRated

I

n

IA∆


Intensidad de arranque por variador

ARRANQUE POR VARIADOR Características• El par de arranque varía con velocidad.• La intensidad aumenta hasta In, es ajustable. Arranque y parada son suaves

rpm

M

Par nominal desde velocidad cero


Potencia necesaria para la bomba

Ejemplo según ISO 9905, 5199 y 9908 (Clase I, II y III).


Potencia necesaria para la bomba


Máximo número de arranques


MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS

Son motores especialmente adaptados a la bomba que arrastran.

Básicamente veremos dos tipos:

Características comunes:

Alta protección IP-67 mínimo

Controlan la potencia de la bomba en toda la curva.

Son el elemento más débil del conjunto bomba-motor.

Soportan todas las solicitaciones que las bombas les imponen

El usuario poco puede hacer por ellos, sólo vigilar las protecciones

Motores sumergidos para aguas profundas

Motores sumergidos para aguas residuales


Product and design features 8- and 10-inch motor UMA 200B/250B

Cierrre mecánico en SiC/SiC

Cable aprobado para uso en agua potable

Todos los cojinetes lubricados por el liquido de llenado del motor

El espacio interior del motor está completamente lleno con una mezcla de agua y anticongelantefilled with water/antifreeze mixture.

Cojinete de empuje diseñado para máxima carga

Membrana dimensionada para un óptimo equilibrado de presión

PT100 en devanados.

Two material variants.

Motors 100 % tested.

Motores rebobinables

Protección anticongelante hasta -15°C.

All rotating components are dynamically balanced.

Connection in accordance with NEMA standard.


Optimum pressure balancing:Motor pressure = outside pressure

Outside pressure pushes

membrane upwards.

The water fill heats up and expands, pushing the membrane downwards. (Excess water escapes through valve at the top end of the

motor.)

The water fill cools down, reducing its volume.

Complete pressure balancing during all installation conditions

Unfilled motor Motor is filled with water Motor is submerged in well

Motor is switched on Motor is switched off

Membrane in unloaded condition. Membrane is subjected to internal pressure.


1 El material óptimo para cualquier aplicación

2 Eje de acero fino anticorrosivo 1.4021 o de acero al carbono C 45N revestido con manguito protector del eje de acero fino

3 Dos cierres mecánicos independientes del sen-tido de giro en formación de tándem (SiC / SiC)

4 La gran variedad de los rodetes (F, E, D, K, S)facilita seleccionar la opción hidráulica óptima para el caso concreto de aplicación

5 Anillo rozante - JL 1040 / VG 434 Anillo de desgaste (opcional) VG 434

1

2

3

4

5

Amarex KRT


7 Rodamientos lubricados de por vida hasta 60 kWno requieren ningún mantenimiento; más de 60 kW con dispositivo para engrase complementario

8 Entrada de cable longitudinal absolutamente estanca al agua (patente de KSB-Patent)

9 Control automático de la temperatura de la bobina del motor mediante PTC / bimetal conprotección contra rearranques imprevistos para el modelo protegido contra la explosión

10 Control automático de humedad y fugas en el compartimiento del motor

11 Motor del rotor en cortocircuito seco y hermé-ticamente cerrado a prueba de agua, con pro-tección contra la explosión según normas inter-nacionales (PTB y FM)

12 Centrajes obturados con juntas tóricas de NBR o Viton

4

7

8 9

10

11

12

Amarex KRT


Gastos de ciclo de vida reducidos por intervalos Gastos de ciclo de vida reducidos por intervalos de mantenimientode mantenimiento mayoresmayores

Rodamientos lubricados con grasa• Rodamientos lubricados con grasa de por vida hasta 60 kW

⇒ no requieren ningún mantenimiento• Más de 60 kW, rodamientos dotados con dispositivo de

engrase complementario• Vida de los rodamientos calculado > 100 000 h óptimo

Cámara de aceite cerrada para el engrase del cierre mecánico• Mejor protección contra la marcha en seco del cierre mecánico• Refrigeración del cierre mecánico• Resultados máximos en el tratamiento de lodos y de

medios con contenido de gas• Cambio de aceite cada 4.000 hrs. de servicio ó 1 vez al año


Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor ⇒ Montaje y desmontaje fácil y rápido

Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica

Protegido contra la explosión (homologación PTB)

Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kW (excepto Tefzel)

Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua



Seguridad múltiple gracias a:

➀ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción➁ Cubierta del cable y ....➂ Conductores adicionalmente fundidos en resina ➃ Cordones fundidos en bloque estañados

➀

➁➂

➃



➀ Prensaestopas de goma largo➁ Cubierta del cable y ...➂ Conductores aislados adicionalmente

fundidos en resina➃ Conductores aislados pelados,

estañadosy empotrados en resina de moldeo

⇒ Seguridad de funcionamiento máximoincluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del Conductor



Control del motorControl del motor

con PTC con bimetal


CCierres mecánicosierres mecánicos en formación de tándem en formación de tándem con con recipiente de aceiterecipiente de aceite

Baño de aceite

Medio de bombeado

Fuelle elastomérico


CCierres mecánicos - ierres mecánicos - esesttáándarndar

Tipo MG1 de Burgmann

Tipo HJ de Burgmann


Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor ⇒ Montaje y desmontaje fácil y rápido

Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica

Protegido contra la explosión (homologación PTB)

Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kW (excepto Tefzel)





➀ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción➁ Cubierta del cable y ....➂ Conductores adicionalmente fundidos en resina ➃ Cordones fundidos en bloque estañados

➀

➁➂

➃



➀ Prensaestopas de goma largo➁ Cubierta del cable y ...➂ Conductores aislados adicionalmente

fundidos en resina➃ Conductores aislados pelados, estañados

y empotrados en resina de moldeo

⇒ Seguridad de funcionamiento máximoincluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del conductor



Control del motorControl del motor

con PTC con bimetal


CCierres mecánicosierres mecánicos en formación de tándem en formación de tándem con con recipiente de aceiterecipiente de aceite

Baño de aceite

Medio de bombeado

Fuelle elastomérico


CCierres mecánicos - ierres mecánicos - esesttáándarndar

Tipo MG1 de Burgmann

Tipo HJ de Burgmann

modulo 9. motores electricos sumergidos · 2020. 7. 31. · centro de formación im-02 nivel 2 5 /...

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