Jim Bryan
Especialista de Soporte Técnico de EASA (retirado)
Frecuentemente escuchamos decir a nuestros miembros, que uno de sus clientes le ha informado que un motor que había sido reparado, ahora se calienta. Nosotros siempre les preguntamos ¿Qué tan caliente? y por lo general responden “Bueno, no puedo mantener mi mano sobre él”.
Vamos a pensar un minuto en esta respuesta. La mano del ser humano típico, puede soportar una temperatura entre 60-65°C (140 -150°F), dependiendo de las callosidades, el dolor que pueda tolerar, cuantas personas estén observando, etc. Recuerden este número, mientras discutimos las temperaturas típicas de funcionamiento de un motor.
La norma NEMA MG1-2009 12.43 (ver Figura 1), define el aumento de temperatura para los motores a una temperatura ambiente máxima de 40 °C.
A continuación haremos dos comentarios: 1. Aunque la norma utiliza grados Celsius, para simplificar las cosas, no convertiremos todas las temperaturas a grados Fahrenheit. (Figura 1). 2. La temperatura ambiente, generalmente abreviada en la placa de datos como “Amb” o “AMB”, se refiere a la temperatura del aire alrededor del motor.
Algunos confunden esto con el aumento de temperatura esperado en el motor, que no es lo mismo.
Nos centraremos en la clase de aislamiento F (155°C), ya que actualmente es la más utilizada. El rango máximo de aumento de temperatura admisible para cada una de las partes constructivas del motor es de 105-115 °C, dependiendo de la configuración del motor.
Casi siempre, el punto más caliente del motor se encuentra en las bobinas que están dentro de las ranuras. Si el factor de servicio del motor que habla nuestro cliente es de 1.15, el máximo aumento de temperatura será de 115 °C (ver Figura 1, punto a.2) si a esto le sumamos los 40 °C del ambiente, podemos alcanzar en el bobinado una temperatura total de 155 °C.
Construcción del motor
La superficie del motor en la que el cliente trató de mantener su mano, estará algo más fría, dependiendo de los materiales utilizados para la construcción del motor. Si comparamos la temperatura en la superficie de un gran motor de hierro fundido, TEFC (IP 54), con el punto caliente del bobinado, podemos llegar a tener una diferencia de 20-25°C, mientras que en los motores fabricados con carcasas de acero laminado, cuyas superficies están más cerca de los bobinados, la diferencia puede llegar a ser de solo 10-15°C.
La diferencia de temperatura en el área de contacto, entre una carcasa de acero laminado y otra carcasa acanalada de hierro fundido, también puede afectar la cantidad de calor transferida a la mano de nuestro cliente. La diferencia de temperatura en un motor ODP (IP 12), generalmente es más grande y puede llegar hasta los 60°C.
Lo mismo sucede en los motores protegidos contra intemperie (WPI-WPII).
Por supuesto, el diseñador del motor no utilizará todo el margen de temperatura que tiene y hará que el motor funcione bien a la máxima temperatura admisible. La Figura 2 ilustra el efecto que tiene la temperatura sobre la vida del aislamiento. Básicamente por cada 10°C de aumento en la temperatura de operación, la vida del aislamiento se reduce a la mitad. Por lo tanto, para poder conservar la operación eficiente del motor, el diseño final es una optimización de la vida del aislamiento, el funcionamiento y el coste de producción. Supongamos que nuestro diseño alcanza una elevación de temperatura de 65°C, el cual es un dato muy conservador en comparación con los diseños estándar. En un día caluroso de verano de 35°C (95°F), la temperatura del bobinado será de 65 + 35 = 100°C. Nuestro motor está construido de tal forma que su superficie se encuentra 20°C más fría que los bobinados, por tanto la superficie tendrá una temperatura de 100 – 20 = 80°C (176°F), la cual es¡ Demasiado caliente para tocarla de forma segura¡
Recuerde que hemos escogimos un diseño muy conservador y la mayoría de los motores van a estar mucho más calientes.
Como es el caso de muchas reglas aceptadas, parece que también existen contradicciones. Como se muestra en la Figura 3, la norma NEMA MG1 12.56 y la Tabla 12-8 que se encuentra unas pocas páginas más adelante de la referencia previamente citada, incluye una lista de temperaturas muy diferentes para las mismas clases de aislamiento.
Motores “Protegidos térmicamente”
Las temperaturas en la Figura 3, se refieren a motores que se encuentran “protegidos térmicamente”. Como protegidos térmicamente, se definen a aquellos motores cuyas placas de datos incluyen las palabras “protegido térmicamente”, indicando que los motores tienen instalado un protector térmico. Un protector térmico es un dispositivo integrado a la máquina, que si se encuentra correctamente calculado, protege la máquina contra sobrecalentamientos peligrosos. Por tanto, esta es la excepción de la regla: Si el motor tiene instalado este tipo de protección especial, puede soportar temperaturas más altas. Esta aplicación generalmente está reservada a los motores pequeños. De nuevo, a no ser que existan consideraciones para la aplicación que lo hagan necesario, el diseñador no utilizará todo el margen de temperatura que tiene y hará que el motor funcione bien a la máxima temperatura admisible.
Algunas veces una aplicación requiere que el motor sea instalado dentro de un cerramiento o recinto, para insonorizarlo o por alguna otra razón. En este caso se deben tener cuidados especiales para controlar la temperatura ambiente dentro del cerramiento o recinto donde el motor se encuentre instalado. Si existe ventilación auxiliar, se considera que esta es adecuada, cuando el volumen de aire de refrigeración suministrado es equivalente al producido por el ventilador del motor.
Cuando el equipo impulsado también se encuentra dentro del cerramiento o recinto, esta condición también puede influir en el aumento de temperatura del motor. Los compresores producen grandes cantidades de calor cuando comprimen los gases. Tomemos como ejemplo una gran aplicación que involucra más de 100 motores medianos (por protección del fabricante se omiten los detalles). En la aplicación existen motores que impulsan compresores, cada uno de los cuales se encuentran instalados dentro de un gran recinto. Cada compresor tiene un radiador para enfriar el gas comprimido y licuado; desafortunadamente el aire de enfriamiento fue arrastrado hasta el interior del recinto a través del radiador, por el ventilador del mismo motor que impulsa el compresor y luego fue evacuado hacia el lado opuesto. Dentro del recinto se midieron temperaturas ambiente de hasta 70°C. La temperatura no solo provocó esfuerzos térmicos en el aislamiento hasta llevarlo al límite, sino que muchos de los rodamientos fallaron al ser lubricados con grasa muy caliente.
Conclusión
Por lo general, la temperatura es el enemigo número 1 de los motores eléctricos. Para optimizar la vida útil y el buen funcionamiento de los motores, se debe tener cuidado con el diseño, la aplicación y el mantenimiento de estas máquinas.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, no se considera seguro tocar con la mano la superficie de un motor para saber si está muy caliente. En vez de esto, lo mejor es utilizar un termómetro.
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