Tom Bishop. P.E.
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA

¿Cuáles son las condiciones normales para las que está diseñado un motor eléctrico? Esta es una pregunta que no surge muy a menudo, excepto cuando existe un problema con la aplicación.

La norma NEMA MG1 para motores y generadores proporciona detalles sobre este tema, definiendo las condiciones de servicio normales e inusuales. La norma IEC 60034-1, “Rotating Electrical Machines, Part 1 Ratings and Performance”, trata también algunas condiciones de aplicación en la cláusula 6, aunque no en la medida que lo hace la norma MG1. Nuestro enfoque estará basado en la norma MG1, ya que proporciona más detalles que la norma IEC 60034-1.

Un primer paso para comprender lo que NEMA considera como normal es ver la cláusula 1.6 de la norma MG1, que suministra definiciones para una amplia variedad de motores y generadores. Estas incluyen motores de corriente alterna de propósito general, motores pequeños de corriente continua de propósito general, generadores de propósito general, motores medianos y generadores de corriente continua industriales.

Un motor de corriente alterna de propósito general está “diseñado en potencias normalizadas con características de operación estándar y construcción mecánica para su uso en condiciones de servicio normales sin restricciones para una aplicación particular o tipo de aplicación”.

Las definiciones para las otras cuatro categorías de motores tienen en común la siguiente descripción: Una construcción mecánica adecuada para uso general / industrial en condiciones de servicio normales.

El factor común es una construcción mecánica adecuada para su uso en condiciones de servicio normales. La construcción mecánica del motor está diseñada por el fabricante para un tipo específico de motor, como un motor de corriente alterna de propósito general. Así, las variables que podrían afectar el buen funcionamiento del motor son las condiciones de servicio normales.

Condiciones Normales

Las cláusulas 14.2 y 14.3 de la norma NEMA MG1 describen las condiciones normales e inusuales de servicio respectivamente. Las condiciones ambientales usuales (ver Figura 1) como se indican en 14.2 son:

• Exposición a una temperatura ambiente en el rango de -15° C a 40°C o cuando se utiliza refrigeración por agua, un rango de temperatura ambiente de 5°C (para evitar la congelación del agua) a 40°C, excepto para máquinas con potencias inferiores a 3/4 hp y todas las máquinas no refrigeradas por agua que tengan colector o cojinetes de deslizamiento para las cuales la temperatura ambiente mínima es 0°C
• Exposición a una altitud que no exceda los 3300 pies (1000 metros)
• Instalación en una superficie de montaje rígida
• Instalación en áreas o recintos complementarios que no interfieran seriamente con la ventilación de la máquina.

Discusión del primer punto: La placa de identificación del motor indica con frecuencia una clasificación ambiental máxima de 40°C, pero casi nunca indica su límite inferior. Advertencia: Tenga en cuenta que la clasificación ambiental en la placa de identificación se aplica a lo que a menudo denominamos “temperatura ambiente”. El aumento de temperatura, o la temperatura máxima del devanado, rara vez aparece en la placa de identificación del motor. Para obtener más detalles sobre el aumento de temperatura, consulte el artículo “Understanding Motor Temperature Rise Limits” publicado en la noviembre de 2003 en la revista Currents.

Dado que se dan los límites ambientales normales, la inferencia correcta es que normalmente no se permite el funcionamiento por debajo del mínimo o por encima del máximo. Es mejor consultar con el fabricante sobre el uso fuera del rango de temperatura ambiente normal. A bajas temperaturas, los cojinetes y la lubricación pueden ser las principales preocupaciones. A altas temperaturas, el devanado, así como los cojinetes y la lubricación, pueden ser preocupaciones primordiales.

Discusión del segundo punto: De manera similar, la operación por encima de los 3300 pies (1000 metros) normalmente no está permitida sin reducir la potencia nominal del motor. El aumento de temperatura proporciona una guía para el funcionamiento en altitudes que excedan los 3300 pies (1000 metros) sin reducir la potencia nominal del motor.

Discusión del tercer punto: dado que la mayoría de los motores están montados sobre una base rígida, esto no suele ser motivo de preocupación. Sin embargo, como ejemplo, cuando un motor se monta sobre algo como una placa base en voladizo, que depende de la tensión de la correa para soportar el motor, se debe consultar al fabricante para obtener orientación al respecto.

Discusión del cuarto punto: Esto indica que la condición normal de un motor es cuando el sistema de ventilación no está comprometido. Un ejemplo de una condición que está fuera de esta regla sería un motor de un compresor de aire dentro de un recinto, como un gabinete/armario, con el motor, los controles y el compresor dentro. 

Condiciones inusuales

La cláusula 14.3 en MG1 establece que se debe consultar al fabricante si existe alguna condición de servicio inusual que pueda afectar la construcción o el funcionamiento del motor. Estas condiciones inusuales (Figura 2) incluyen la exposición a:

• Polvos combustibles, explosivos, abrasivos o conductores
• Condiciones de funcionamiento muy sucias donde la acumulación de suciedad puede interferir con la ventilación normal
• Humos químicos, gases inflamables o explosivos
• Vapor, aire cargado de sal o vapor de aceite
• Lugares húmedos, calor radiante, infestación de bichos o atmósferas propicias para el crecimiento de hongos
• Golpes, vibraciones o cargas mecánicas anormales de fuentes externas.

Lo anterior no es la lista completa de la cláusula 14.3, ni la cláusula 14.3 pretende ser una lista exhaustiva o completa. Sería demasiado voluminosa para ser de utilidad práctica. Para apreciar mejor lo que es una condición de exposición inusual, podemos considerar el enfoque opuesto. Desde esa perspectiva, la exposición debe ser al aire limpio y seco (pero no demasiado seco) y no perturbada por otros factores mecánicos o físicos, como las condiciones que se esperan cuando el nuevo motor se prueba en las instalaciones del fabricante.

Las condiciones inusuales también incluyen el funcionamiento donde la máquina está sujeta a:

• Desviación excesiva del voltaje o frecuencia nominal, o ambos
• Un voltaje de suministro de corriente alterna que está desequilibrado en más del uno por ciento
• Funcionamiento a velocidades superiores a la nominal (ver Tabla 1)
• Funcionamiento en una habitación mal ventilada, en un foso o en una posición inclinada
• Cargas de impacto torsional
• Sobrecargas anormales repetitivas
• Frenado por inversión de giro o frenado eléctrico
• Arranques frecuentes 

Al igual que con las condiciones de exposición, la lista de condiciones de funcionamiento inusuales tampoco es toda la lista de la cláusula 14.3 y, por lo tanto, no pretende ser una lista exhaustiva o completa. Los dos primeras puntos de esta categoría abarcan el suministro eléctrico, que debe tener voltajes que dentro del +/- 10 por ciento del voltaje nominal del motor, y una frecuencia dentro del +/- 5 por ciento (+ 3 / -5 por ciento según IEC 60034-1, cláusula 7.3) de la nominal. El funcionamiento por encima de la velocidad nominal podría ser un problema si el motor funciona con un variador de frecuencia (VFD). La Tabla 1 proporciona los límites de sobre velocidad para motores de inducción.

l problema de la ventilación en el cuarto punto es muy similar a los problemas de exposición ya mencionados. Así mismo, la operación en un pozo sugiere posibles problemas de humedad o de inmersión. Aunque los motores pequeños y medianos normalmente son capaces de funcionar en una posición inclinada, incluso vertical, esa orientación es clasificada como una condición inusual. Los problemas potenciales incluyen trayectorias de lubricante de grasa que pueden no llegar a los cojinetes cuando se cambia la orientación del eje y fugas de lubricante de motores lubricados con aceite.

Las fuerzas mecánicas excesivas, como la sobrecarga y el impacto de torsional, pueden provocar un fallo prematura del eje, lo que hace evidente que se trata de condiciones inusuales. El arranque o la inversión de giro frecuentes también pueden provocar un exceso de carga mecánica. Esto también puede dar como resultado el sobrecalentamiento del estator y del rotor debido a la alta relación entre la corriente de carga y la de arranque (típicamente entre 5: 1 y 8: 1). De manera similar, el frenado eléctrico puede generar una corriente superior a la nominal durante el frenado y un calentamiento rápido si la potencia de frenado aún se aplica después de que el motor está en reposo.

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: Technical topics, AC motors, Design/theory/application, Standards

Tags: Motor design

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