Bill Finley
Miembro del Comité Técnico de Servicios de EASA
Siemens Industry, Inc.
La norma
IEEE 841-2021 recientemente publicada ha sido mejorada y actualizada con los últimos estándares. La norma define requisitos para los motores de inducción polifásicos de jaula de ardilla totalmente cerrados para uso en ambientes severos (Figura 1) en el rango de 0,75 kW a 370 kW (1 hp a 500 hp) hasta 4000 voltios. La norma está diseñada para aplicaciones en las cuales el rendimiento y la confiabilidad son críticas, reduce los costos de instalación y operación y elimina la necesidad de que los usuarios finales desarrollen sus propias especificaciones internas. Además de definir un producto confiable, apoya la disponibilidad rápida de estos productos en inventario.
El propósito de la norma IEEE 841-2021 es definir requisitos específicos que mejoren tanto el desempeño eléctrico como mecánico, y la confiabilidad del motor. Esto incluye sistemas de aislamiento eléctrico más robustos y una mejor protección contra la corrosión junto con requisitos de prueba eléctricos y mecánicos más específicos. Los requisitos definidos por la norma van más allá de los requisitos básicos de la Norma NEMA MG 1.
Se agregó a la norma la nueva cláusula 14, que define ahora las características principales de un motor IEEE 841 totalmente compatible que se puede clasificar como IEEE 841-2021. Desde la última revisión de la norma IEEE 841, el comité de normalización determinó que a veces puede ser necesario fabricar motores con muchas de las características IEEE 841-2021, pero no con todas o con requisitos adicionales no estandarizados. Como resultado, el comité ha incluido en la cláusula 14 las opciones o características que se pueden incorporar para que aún así el motor se pueda marcar como IEEE 841-2021. Para ello, el motor debe cumplir sin excepción todos los requisitos definidos en la norma. También ofrece opciones que se pueden agregar para conservar la clasificación, ya que el motor aún tendrá todas las características principales sin excepción. Además, define qué es un motor que cumple con la norma IEEE 841-2021. El motor con características 841- 2021 incluye opciones que pueden no cumplir con todos los requisitos básicos. Para evitar complicaciones, el fabricante debe comunicar esto al suario final. La norma también define claramente las opciones que no están permitidas al marcar un motor como IEEE 841-2021 o que cumple con las características de la IEEE 841-2021.
Una nueva adición importante a los motores IEEE 841-2021 es la capacidad de impulsar una aplicación de torque variable (VT) desde cero hasta la velocidad y potencia nominales mientras trabaja con drives de velocidad variable (ASD) con modulación por ancho de pulso (PWM). Esto ahora se requiere para todos los motores IEEE 841-2021 con voltaje nominal por debajo de 1000 voltios.
Aunque esto se pudo haber solucionado en el pasado, la IEEE 841 no lo definió. Es fundamental que añadir la operación con drives de velocidad variable (ASD) a la norma IEEE 841 no afecte la confiabilidad, la capacidad de fabricación, la seguridad o las pruebas del motor IEEE 841, que podría funcionar en una zona Clase 1 División 2. El tiempo de subida del voltaje escarpado del ASD PWM requiere un sistema de aislamiento más robusto que permita obtener una vida útil prolongada. La norma NEMA MG 1 parte 31 define la capacidad de aislamiento requerida para este motor, y este requisito ahora aplica a todos los motores IEEE 841. Este no supone un problema importante para los fabricantes, ya que normalmente lo vienen haciendo durante años en los motores IEEE 841 y de uso industrial. Las características nominales y de prueba para el motor IEEE 841 siguen clasificadas para fuente de alimentación sinusoidal. Aún se espera que el motor IEEE 841 permanezca en stock para todas las aplicaciones. Dado que el contenido armónico de un ASD calienta el motor más que una onda sinusoidal, la temperatura máxima permisible medida en un ASD se eleva a 95 °C y sabiendo que esto normalmente ocurrirá solo durante pocos momentos a la máxima velocidad, esto normalmente no debería reducir la vida útil del motor. La temperatura máxima de la superficie no debe superar los 200°C.
Hay algunos cambios críticos adicionales que vale la pena mencionar. Por un lado, los requisitos del nivel de vibración han sido simplificados para armonizar con los grados B de las normas NEMA MG 1 2021 e IEC 60034-14 2017, que se definen para motores críticos. El límite de velocidad máxima (horizontal, vertical y axial) para todos los motores de 2, 4 y 6 polos es ahora de 2,03 mm/s (0,08 pulg./s). Los límites para los motores de ocho polos no cambian y permanecen en 1,52 mm/s (0,06 pulg./s).
Dado que la vibración al doble de la frecuencia de línea se origina en la caracasa del estator y tiene un efecto mínimo en la confiabilidad, el límite aumentará a 2,54 mm/s [0,10 pulg./s] si la vibración al doble de la frecuencia de línea es dominante. La vibración al doble de la frecuencia de línea dominante ahora se define de manera más simple cuando sobrepase el 70 % del límite de 0,08 pulg./s. Esto normalmente solo ocurre en los motores de dos polos.
Como siempre, el motor se debe probar a tensión y frecuencia nominales. El montaje predeterminado para la prueba es sobre una base elástica (soportes elásticos, resortes o caucho). Ya no se acepta suspender el motor sobre resortes. Cuando se especifique, o a discreción del fabricante, el motor se probará sobre una base rígida según la norma NEMA MG 1 Parte 7.
También han cambiado los requisitos del nivel de ruido y, según lo solicitado por la industria, ahora se establecen como límites de presión sonora. Este cambio fue realizado ya que así es como se toman las medidas y la mayor parte de la industria se siente más cómoda con este tipo de límite. Los límites de presión de sonido para motores con carcasas hasta la 445 son 85 dBA a tres pies (1 metro) de distancia. Para motores con carcasas por arriba de la 445T, el nuevo límite de presión sonora es de 92 dBA a tres pies. Se han eliminado todos los límites de potencia acústica. No ha habido cambios en ninguno de los requisitos de prueba.
Las normas IEEE 841 y NEMA siempre han definido la condición de servicio habitual que daría como resultado un servicio confiable o cuál sería una condición de servicio inusual que podría afectar negativamente el rendimiento del motor. Esta comprensión es crítica y puede que no sea obvia para nadie, excepto para los expertos más informados. Por lo tanto, es importante que proporcione ejemplos al usuario final. No es posible enumerar todas las condiciones de servicio; por lo tanto, solo es seguro asumir que si la condición de servicio no se menciona específicamente como de costumbre, debe considerarse como una condición de servicio inusual y el usuario final deberá trabajar con el fabricante para comprender cualquier efecto adverso en el rendimiento. A las condiciones de servicio habituales en la IEEE 841 2021 se agrega la capacidad de impulsar una carga de torque variable (VT) en una aplicación que funciona con ASD PWM para todos los motores de hasta 1000 voltios. Se eliminan de las condiciones de servicio inusuales velocidades diferentes a la nominal o la exposición a gases inflamables o explosivos, ya que esto es probable en una Zona de División 2. Pero aún se requieren algunos límites en la aplicación ASD; por lo tanto, a las condiciones de servicio inusuales se suma la operación a velocidades superiores a la velocidad síncrona, la aplicación a torque constante o la operación a potencia constante, ya que podrían aumentar las tensiones mecánicas y el calentamiento, dañando así el estator, el rotor o los rodamientos.
La operación con un ASD a voltajes por arriba de 1000 voltios todavía se considera una condición de servicio inusual, ya que estas se diseñan normalmente a medida para aplicaciones específicas. Con estos cambios, la inercia de carga o los límites de las condiciones de arranque ahora solo aplican para arranques directos.
En la última revisión de la norma IEEE 841, muchas de las características mecánicas también han cambiado. Por ejemplo, para carcasas superiores a la 449, las tapas, las cubiertas de los ventiladores y las cajas de terminales pueden ser de hierro fundido o acero, pero no de aluminio, y resistentes a la corrosión. Es lógico que una serie de carcasas tenga una construcción similar, y ahora la tiene. Anteriormente, se podía fabricar una carcasa por arriba de la 445 a partir de una placa de acero.
Ahora, las carcasas superiores a la 449T se fabricarán de hierro fundido, acero fundido o con una placa de acero. El espesor mínimo de 2,8 mm (0,11 pulgadas) para la placa de acero permanece sin cambios.
Los requisitos para el volumen de la caja de terminales también han cambiado. Ahora, los motores con carcasas superiores a la 445T y hasta la 449T, con tensiones hasta 1000 voltios deben tener: Volúmenes mínimos como se define en la Tabla 1 de la norma 841, estar divididas en diagonal, tener una entrada para ducto con rosca NPT y poder girar en incrementos de 90 grados. Ya no se requieren drenajes. Para motores con carcasas superiores a la 449T pero con voltajes por debajo de 1000 voltios, el volumen mínimo requerido ahora es de 19664 cm3 (1200 pulg3). Para motores por arriba de las carcasas 449 pero con voltajes superiores a 1000 voltios, las dimensiones de la caja de terminales permanecen sin cambios y aún se requieren drenajes.
La norma ya no incluirá tablas de eficiencia, solo señalará los estándares publicados en las normas NEMA MG1 o IEC 60034-30-1 donde están definidas. Las pruebas de
eficiencia ahora se pueden hacer con cualquiera de las tres pruebas comúnmente utilizadas que se sabe brindan resultados similares. Estas incluyen: IEEE 112 Método B, Asociación Canadiense de Normas (CSA) C390-10 o IEC 60034-2-1-1B. Las pérdidas para los rodamientos de empuje todavía están excluidas, pero los métodos de exclusión ahora incluyen probar con:
- Rodamientos estándar de la serie 6000.
- Rodamientos de empuje instalados pero las pérdidas adicionales determinadas y eliminadas por cálculo o por experiencia de pruebas anteriores.
- Si se desea, se puede probar con los rodamientos de empuje instalados sin ajustes.
Resumiendo, la norma se actualizó con los estándares locales y globales, utilizados actualmente a nivel mundial. Pero al mismo tiempo, era fundamental que los motores siguieran siendo intercambiables con los motores existentes. Ahora aclara qué se permite clasificar un motor como IEEE 841-2021 y qué no permite clasificarlo como IEEE 841. Además, agregó la definición de un motor con características IEEE 841 2021. La norma añadió las aplicación más común que opera con ASD para ser considerada como una condición de servicio habitual, lo que hace que estos motores estén fácilmente disponibles. En este artículo se destacan muchos de los cambios principales en la norma, pero hay otros que también pueden ser críticos para su aplicación. Es importante que revise la norma IEEE 841-2021 para cambios adicionales que pueden no haber sido discutidos aquí.
DISPONIBLE EN INGLÉS
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