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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA
DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
EFICIENCIA ENERGÉTICA DE MOTORES TRIFÁSICOS DE
MEDIA TENSIÓN TIPO JAULA DE ARDILLA
T R A B A J O
P R O F E S IO N A L
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
P
R
E
S
E
N
T
A:
DANIEL MARTINEZ VEGA
ASESOR:
ING. ÁNGEL ISAÍAS LIMA GÓMEZ
CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO 2015
AGRADECIMIENTOS
A mis padres
Gregoria Vega Torres y Rigoberto Martínez Rodríguez.
Por su infinito amor y apoyo incondicional que me han brindado desde el primer día de mi
existencia hasta el día de hoy. Sus consejos, valores, creencias y costumbres que residen y forman
parte de mí, me han permitido alcanzar uno de los objetivos más importantes de mi vida gracias.
A mis hermanos
Román, David, Marisol, Viridiana, José Roberto y Moisés.
Muestra de que aunque tomamos caminos diferentes y casi nunca llegamos a consensos, todos
nuestros problemas se diluyen cuando nuestra hermandad y cariño al estilo “Martínez” sale a
flote.
A mis sobrinos
Sofía, Braulio, Diana, Diego, Román, Fernanda y Daniel.
Que apenas están emprendiendo el camino, les deseo lo mejor y espero que disfruten su estancia
durante toda su existencia.
A mi asesor
Ing. Ángel Isaías Lima Gómez.
El más sincero agradecimiento por dedicarme tiempo y apoyo para realizar este trabajo.
A mis sinodales.
Por sus observaciones y consejos acerca de este trabajo.
A mis amigos y seres queridos.
Trinidad Vera, Miguel Mata, Braulio Cortez, Gerardo Raya, Roberto Sánchez, Alfonso Pérez, Julio
García, José Miguel Rodríguez, José Luis Guzmán, Ricardo Amaro, Gerardo Cardoso, Alan Trujano y
Luis Alberto Moedano.
Por haber estado a mi lado durante todo este tiempo y por su motivación durante una parte de mi
vida.
A mi institución.
Universidad Nacional Autónoma de México.
Por acogernos y formarnos profesionalmente a mí y a mis hermanos en tan loable institución.
EFICIENCIA ENERGÉTICA DE MOTORES TRIFÁSICOS DE MEDIA TENSIÓN TIPO JAULA DE
ARDILLA
Contenido
Introducción. ................................................................................................................................. 1
Objetivos. ...................................................................................................................................... 1
Información de la empresa WEG México, S.A. de C.V. .................................................................. 2
Actividades desempeñadas en WEG México, S.A. de C.V. ............................................................. 3
1.
Marco Teórico. ...................................................................................................................... 4
1.1
Proceso de fabricación de un motor trifásico de media tensión tipo jaula de ardilla. .... 4
1.2
Estator. .......................................................................................................................... 6
1.2.1
Bobinado. ............................................................................................................... 8
1.2.2
Accesorios del Estator. ......................................................................................... 13
1.2.2.1
Resistencias dependientes de Temperatura. ........................................................ 13
1.2.2.2
Termoelementos. ................................................................................................. 14
1.2.2.3
Termostatos o Protectores Térmicos.................................................................... 15
1.2.3
Carcasa. ................................................................................................................ 15
1.2.3.1
Caja de conexión de Fuerza. ................................................................................. 16
1.2.3.2
Caja de conexión de accesorios. ........................................................................... 17
1.2.3.3
Tapas del motor. .................................................................................................. 17
1.2.3.4
Accesorios de la Carcasa....................................................................................... 17
1.3
Rotor de barras. ........................................................................................................... 19
1.3.1
Núcleo laminado. ................................................................................................. 19
1.3.2
Flecha. .................................................................................................................. 20
1.3.3
Inserción de la flecha en el núcleo del rotor. ........................................................ 22
1.3.4
Barras de cobre. ................................................................................................... 24
1.3.5
Anillos de corto circuito. ...................................................................................... 25
1.3.6
Accesorios del rotor. ............................................................................................ 26
1.3.6.1
Ventilador interno. ............................................................................................... 26
1.3.6.2
Ventilador Externo ............................................................................................... 27
1.3.6.3
Anillo de balanceo. ............................................................................................... 28
1.4
Ensamble del motor. .................................................................................................... 29
1.4.1
Acoplamiento del estator en la carcasa................................................................ 29
2.
1.4.2
Inserción del rotor. ............................................................................................... 30
1.4.3
Colocación de tapas, balero y rodamientos. ......................................................... 31
1.4.4
Ensamble de tapas del motor. .............................................................................. 32
1.5
Marcado. ..................................................................................................................... 33
1.6
Criterios de aceptación. ............................................................................................... 34
1.6.1
Placa de datos ...................................................................................................... 35
1.6.2
Resultado de pruebas........................................................................................... 35
Metodología ........................................................................................................................ 37
2.1
Instrumentos de medición y equipo de pruebas. ......................................................... 37
2.2
Ensayo de parámetros iníciales. ................................................................................... 39
2.3
Ensayo de Equilibrio térmico. ...................................................................................... 40
2.3.1
3.
4.
Cálculo del incremento de temperatura por resistencia....................................... 42
2.4
Ensayo de funcionamiento........................................................................................... 43
2.5
Ensayo de carga mínima posible en el dinamómetro. .................................................. 44
2.6
Ensayo de operación de vacío. ..................................................................................... 45
Interpretación de datos y cálculo de eficiencia.................................................................... 47
3.1
Determinación de las pérdidas por fricción, ventilación y en el núcleo. ...................... 47
3.2
Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el estator ................................................. 48
3.3
Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el rotor..................................................... 49
3.4
Cálculo de la potencia de salida ................................................................................... 50
3.5
Cálculo de las pérdidas indeterminadas....................................................................... 50
3.6
Corrección por temperatura para las pérdidas por efecto Joule .................................. 52
3.6.1
Cálculo de pérdidas por efecto Joule en el estator corregidas por temperatura .. 52
3.6.2
Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el rotor corregidas por temperatura 52
3.7
Cálculo de la potencia de salida a 25 °C ....................................................................... 53
3.8
Cálculo de la eficiencia ................................................................................................. 54
3.9
Eficiencia en cualquier valor de carga .......................................................................... 54
Análisis y discusión .............................................................................................................. 55
4.1
Conclusiones ................................................................................................................ 55
Apéndices.................................................................................................................................... 57
Apéndice “B” NORMA NOM-016-ENER-2010 .......................................................................... 59
Apéndice “C” Análisis de regresión lineal y corrección del dinamómetro ............................... 65
Apéndice “D” Nomenclatura ................................................................................................... 67
Anexos ........................................................................................................................................ 70
Hoja de datos técnicos de un motor de media tensión ............................................................... 71
Curva de capacidad térmica en sobrecarga ................................................................................. 72
Desempeño en condiciones de carga .......................................................................................... 74
Informe de Pruebas de Rutina ..................................................................................................... 75
Bibliografía .................................................................................................................................. 76
Introducción.
Actualmente los recursos naturales son cada vez más escasos es por eso que el tema de eficiencia
de motores eléctricos es muy importante para su estudio y análisis para un mejor
aprovechamiento de estos recursos no renovables.
¿Por qué es tan importante la potencia de salida de un motor de inducción? La respuesta es muy
simple: El motor eléctrico de inducción es la forma más eficiente y barata de trasformar energía en
trabajo por esa razón este dispositivo se encuentra en cualquier campo de la vida cotidiana y suele
trabajar continuamente durante muchas horas por lo que una baja eficiencia se traduciría en
pérdidas.
Un motor de inducción se puede describir como un trasformador rotante. Su entrada es un
sistema trifásico de voltajes y corrientes. En un trasformador común la salida es potencia eléctrica
en los devanados secundarios. Los devanados secundarios de un motor de inducción están
cortocircuitados de tal forma que no existe salida eléctrica de los motores normales si no potencia
mecánica.
Existe una relación entre la potencia de entrada de un motor ya la potencia de salida de este, la
potencia eléctrica se presenta en voltajes y corrientes eléctricas trifásicas. Las primeras pérdidas
encontradas en la maquina son las perdidas en el cobre del estator. Luego alguna cantidad de
potencia se pierde por histéresis y corrientes parasitas en el estator. La potencia remanente se
trasfiere al rotor de la maquina a través del entrehierro. Después de que es trasferida algo de la
potencia es pérdida en el cobre del rotor y la restante potencia es convertida en potencia
mecánica. Por último, las perdidas por fricción, perdidas por el aire y las perdidas indeterminadas
se restan. Como resultado de todos estos acontecimientos obtenemos la potencia de salida del
motor.
Objetivos.
•
Enlazar el conocimiento adquirido en la formación universitaria con la experiencia laboral
para desarrollar un binomio que de cómo resultado el desarrollo de ciencia y tecnología
en el área de motores trifásicos eléctricos de media tensión.
•
Forjar una visión industrial integral desde la transformación de materia prima hasta los
criterios de aceptación y normas oficiales mexicanas vigentes que tiene que cumplir un
motor trifásico de media tensión.
pág. 1
Información de la empresa WEG México, S.A. de C.V.
WEG Brasil fue fundada el 16 de septiembre de 1961, en Jaguara do Soul, por Werner Ricardo
Voigt, Eggon João da Silva y Geraldo Werninghaus. Actualmente con presencia en Brasil,
Argentina, México, Portugal, Sudáfrica, India y China, cuenta con más de 22 mil colaboradores, la
compañía es referente en el mercado mundial de motores eléctricos y además actúa en los
sectores de transformadores, control y automatización de procesos industriales, entro otros.
WEG posee tres unidades fabriles en México, dos de ellas se localizan en Huehuetoca, Estado de
México: WEG México S.A. de C.V. y WEG Transformadores México. La tercera unidad Voltran S.A.,
se localiza en Tyzayuca, Hidalgo. Actualmente WEG México se encuentra bajo la dirección del Ing.
Julio Cesar Ramires.
WEG México S.A., localizada en Huehuetoca
En total, WEG México cuenta con 1220 colaboradores en todo el país, y produce motores
eléctricos de media y baja tensión, drives, equipos de control y protección. Su volumen de ventas
durante el año 2013 fue por más 102 millones de dólares.
En septiembre de 2014 anunció una inversión de 120 millones de dólares en la ciudad de Tula de
Allende en el estado de Hidalgo para la construcción de una nueva unidad industrial.
WEG México S.A. de C.V. cuenta con el plan 20/20, que proyecta para el 2020 incluir el área de
fundición para motores eléctricos en su planta y así lograr su independencia de la planta matriz
en Brasil, para mejorar su tiempo de respuesta a las necesidades del mercado nacional.
Unidades de Negocio WEG México, S.A. de C.V.
pág. 2
Actividades desempeñadas en WEG México, S.A. de C.V.
Descripción de Puesto: Auxiliar técnico II en WEG Motores.
Perfil: Ingeniero Mecánico Eléctrico, recién egresado con conocimiento en pruebas eléctricas,
motores eléctricos, normas nacionales e internacionales, interpretación de planos eléctricos y
manejo de equipo de medición de laboratorio.
Área: Motores Eléctricos de Media Tensión
Capacitación: Al ingresar en WEG México, S.A. de C.V. Recibí capacitación en las 3 principales
aéreas involucradas en el proceso de producción:
1. Departamento de Producción, área responsable de todos los procesos de fabriles de un
motor eléctrico.
2. Departamento de Ingeniería, área dedicada al desarrollo de especificaciones técnicas de
los productos fabricados.
3. Calidad, área responsable de probar y certificar los motores eléctricos.
Actividades:
•
•
•
Cotizaciones de proyectos:
El proceso comienza cuando un representante de ventas obtiene las bases de licitación
para el proyecto, a partir de la evaluación de la información, se designa el departamento
que cotizara el proyecto basado en las especificaciones técnicas del cliente.
Para la cotización teníamos como apoyo la plataforma de SAP, una vez analizando la
información de los planos mecánicos, eléctricos, insumos requeridos, proyectando los
costos que requerirían en su fabricación y el tiempo estimado de entrega, dicha
información se alimentaba en la plataforma y se generaba una cotización que se le
entregaba al cliente.
Impartir cursos de capacitación:
Con el fin de mantener a nuestros clientes y equipo de ventas actualizados en el
funcionamiento de las nuevas tecnologías creadas por WEG, nuestro departamento
imparte cursos técnicos sobre los productos.
Apoyo al área de ventas:
Para brindar una correcta atención al cliente, aunado a la atención por parte del equipo de
ventas, se proporcionaba asesoría técnica, sobre el funcionamiento, características e
instalación de nuestros motores eléctricos.
pág. 3
1. Marco Teórico.
El marco teórico presentado en este capítulo explica el concepto de motor, media tensión, el
proceso de fabricación de un motor trifásico de media tensión tipo jaula de ardilla y los criterios de
aceptación conforme a la norma NOM-016-ENER-2010.
1.1 Proceso de fabricación de un motor trifásico de media tensión tipo jaula de ardilla.
De acuerdo a la norma Mexicana NOM-016-ENER-2010 el motor eléctrico es una maquina rotaria
para convertir energía eléctrica en mecánica, dicho en otras palabras es un dispositivo que
absorbe energía eléctrica a través de una red de alimentación y la trasforma en energía mecánica
entregándola a través de un flecha.
Para la fabricación de un motor eléctrico es muy importante conocer las características de la red
de alimentación, sin embargo actualmente no hay un patrón mundial para la elección de la tensión
de alimentación en función de la potencia del motor, pero podemos tomar en cuenta ciertos
criterios y factores como:
•
•
•
•
Suministro de energía utilizados en sistemas industriales.
Limitaciones de la red de alimentación con respecto a la corriente de arranque.
Distancia entre la fuente de tensión y la carga.
Costo de la instalación.
A continuación se muestra una gráfica que compara la tensión de alimentación de un motor
contra las potencias comerciales en la industria.
Gráfica 1. Voltajes y potencias comerciales.
La norma NMX-J-098-ANCE-2012* establece los valores de tensiones eléctricas de servicio,
nominales del sistema y nominales de utilización.
*Consultar apéndice A
pág. 4
Por el nivel de tensión eléctrica del sistema, las tensiones eléctricas normalizadas se clasifican en:
•
•
•
•
Baja tensión: desde 100 volts hasta 1,000 volts;
Media tensión: Mayor de 1,000 volts hasta 34,500 volts;
Alta tensión: Mayor de 34,500 volts hasta 230,000 volts;
Extra alta tensión: Mayor de 230,000 volts hasta 400,000 volts.
En la sección 5 apartado 5.1 de la norma NMX-J-098-ANCE-2012* indica las tensiones
normalizadas las cuales se muestran a continuación en la tabla 1
Clasificación
Tensión eléctrica nominal del sistema
(1)
V
1 fase
3 fases
3 fases
3 hilos
3 hilos
4 hilos
Baja tensión 120/240
---Media
tensión
Alta tensión
Extra alta
tensión
---480
2,400
4,160
-13,800
-23,000
-34,500
-69,000
85,000
115,000
138,000
161,000
230,000
400,000
-220 Y/127
480/277
--- (2)
---13,800 Y/ 7970
-23,000 Y/13,280
-34,500 Y/19,920
Tensión eléctrica de servicio
V
máximo
mínimo
126/252
231/133.3
504/291
504
2,520
4,368
7,245
14,490
14,490/8,336
2,4150
24,150/13,943
36,225
36,225/20,915
72,450
89,250
120,750
144,900
169,050
241,500
420,000
108/216
198/114.3
432/249.9
432
2,160
3,744
6,210
12,420
12,420/7,171
20,700
20,700/11,951
31,050
31050/17,927
62,100
76,500
103,500
124,200
144,900
207,000
360,000
Tensión
eléctrica
nominal de
utilización
V
(3)
115/230
208 Y/120
460 Y/265
460
2,300
4,000
6,600
13,200
Notas
1-En esta tabla no se utilizan las tensiones congeladas que están es uso actualmente por que su tendencia es su
desaparición.
2-el valor máximo y mínimo de la tensión eléctrica de servicio se obtiene aplicando la tolerancia de +5% y -10% al valor
nominal de la tensión eléctrica nominal del sistema
3-La tolerancia de +5% y -10% para obtener la tensión eléctrica de servicio, es recomendada, ya que permite disminuir la
diferencia entre las bandas de tensión eléctrica (por ejemplo 120V vs 127V), sin embargo prevalece la ley establecida en el
reglamento de la ley del servicio público de la energía pública.
4-Los niveles aquí establecidos y sus tolerancias solo aplican para niveles de tensión eléctrica sostenidos y no para fallas
momentáneas.
Tabla 1.Tensiones normalizadas.
*Consultar apéndice A
pág. 5
Las tensiones mostradas en la tabla 1 se aplican en todas las partes del sistema eléctrico tanto
para el suministrador como el usuario.
Todos los motores eléctricos tienen dos elementos constructivos en común, uno es la parte
estática del motor y el otro es la parte giratoria conocidas como estator y rotor respectivamente
para comprender el proceso de fabricación de un motor es necesario hacer esta división ya que su
proceso de manufactura se lleva de manera simultánea para finalmente ser ensamblados.
1.2 Estator.
El estator es la parte mecánica inmóvil de un motor eléctrico trifásico por donde un grupo de
corrientes eléctricas, todas de igual magnitud pero desfasadas 120° grados, fluyen en un devanado
trifásico (desfasados uno del otro 120° grados eléctricos) que produce un campo magnético
rotacional.
Un estator se conforma físicamente por un núcleo laminado, bobinas y carcasa. En los motores de
media tensión tipo jaula de ardilla lleva accesorios como resistencias calefactoras, resistencias
dependientes de temperatura (o RTD´S por sus siglas en ingles), capacitores y aparta-rayos.
Para comenzar la fabricación del estator necesitamos materia prima que es suministrada en rollos
de lámina de acero al silicio. (Figura 1.1)
Figura 1.1. Rollos de lámina de acero.
Con los rollos de lámina formaran el cuerpo del estator y rotor respectivamente, las laminas de
acero son troqueladas, cortadas y ranuras de acuerdo a los planos y diseños de ingeniería. (Figura
1.2 y 1.3)
Figura 1.2. Troqueladora.
Figura 1.3. Lamina cortada.
pág. 6
Al producto obtenido después del troquelado se le llama ‘’chapa’’ de donde se obtendrá la
laminación del estator y rotor. (Figura 1.4)
Figura 1.4. Chapas de acero.
Las chapas son enviadas al proceso de maquinado donde son barrenadas troqueladas y cortadas
para obtener las laminaciones terminadas que conformaran el paquete del motor. (Figura 1.5)
Figura 1.5. Maquinado de chapas.
Cuando se terminan de maquinar todas las chapas de acero son separadas en dos columnas, una
formará el paquete del estator y la otra el núcleo del rotor. (Figura 1.6 y 1.7)
Figura 1.6. Chapas de estator.
Figura 1.7. Chapas de rotor.
pág. 7
Las laminaciones que formaran el estator son enviadas al proceso de engrapado donde se
comprimen las chapas de acero con una prensa hidráulica y se fijan con una grapa industrial de
lado a lado para formar el cuerpo del paquete, la longitud del paquete depende de la potencia del
motor. (Figura 1.8)
Figura 1.8.Estator engrapado.
Una vez que las chapas de acero son engrapadas el proceso de fabricación del cuerpo del estator
está terminado para que se le inserten las bobinas.
1.2.1 Bobinado.
Para la confección del bobinado del motor se requiere solera de cobre impregnada de barniz
aislante. (Figura 1.9)
Figura 1.9. Rollos de solera de cobre.
Los conductores son cubiertos con cintas de fibra de vidrio para aumentar su aislamiento, la
maquina enrolladora se encarga de trenzar la cinta en el conductor. (Figura 1.10)
pág. 8
Figura 1.10.Encintado de los conductores de cobre
Cuando la solera de cobre se encuentra aislada con la cinta de fibra de vidrio pasan al proceso de
bobinado en donde de acuerdo al diseño de ingeniería son definidas la vueltas que llevara cada
bobina. (Figura 1.11 y 1.12)
Figura 1.11.Maquina bobinadora
Figura 1.12.Bobinas
Las bobinas enrolladlas y aisladas pasan a la maquina de prensado donde obtendrán su forma
estilo diamante. (Figura 1.13)
Figura 1.13.Bobina estilo diamante
pág. 9
Las bobinas estilo diamante son enviadas a un cuarto climatizado donde se les coloca una cinta
aislante semiconductora (negra) basada en grafito, para reducir el efecto corona entre bobinas y
posteriormente el cabezal de la bobina es envuelto con otra cinta semiconductora (gris) de
material carbeto de silicio para reducir el gradiente de potencial, cabe mencionar que el acceso al
cuarto de encintado es restringido porque la temperatura es controlada para conservar las
propiedades de las cintas. (Figura 1.14)
Figura 1.14. Encintado de bobinas.
En resumen el bobinado del motor está integrado por los elementos que se muestran a
continuación: (Figura 1.15)
A.
Conductor
B.
Aislamiento del conductor
C.
Cinta para agrupar las barras conductoras
D.
Aislante pared principal
E.
Cinta aislante final de poliéster
F.
Protección contra el efecto corona
G.
Material de refuerzo
H.
Impregnación de resina
I.
Refuerzo.
Figura 1.15. Disposición del bobinado
pág. 10
Concluido el aislamiento de las bobinas se procede con la inserción de estas en las ranuras de la
armadura del estator. (Figura 1.16)
Figura 1.16. Inserción de bobinado.
Cuando han sido introducidas todas las bobinas en las ranuras pasan al proceso de conexión del
bobinado, las conexiones son especificadas por ingeniería en los diagramas de conexión. (Figura
1.17)
Figura 1.17. Diagrama de conexión del bobinado para un motor trifásico de 2 polos.
pág. 11
Para hacer las conexiones de las bobinas se utilizada soldadura de plata, este proceso se tiene que
realizar con mucho cuidado porque se puede derretir el aislamiento del bobinado lo cual
produciría una falla en el motor. (Figura 1.18 y 1.19).
Figura 1.18.Bobinado sin conectar
Figura 1.19. Conexión del bobinado
Terminado el proceso de conexión de bobinado se comienzan a insertar los accesorios del estator.
El siguiente paso del estator es el proceso de impregnado por el sistema VPI (por sus siglas en
ingles, Vacuum Pressure Impregnation), se lleva a cabo en dos cámaras, en la cámara numero uno
se encuentra la resina con base epóxica no catalizada y en la cámara numero dos es ingresado el
estator donde se realiza un proceso de vacio mientras es vertida a presión de la cámara uno a las
dos la resina epóxica donde el estator permanece inmerso. (Figura 1.20)
Figura 1.20.Impregnado del estator
Después de una hora el estator abandona la cámara, se deja reposar a la intemperie para que
ocurra el proceso de polimerización y cura. El resultado obtenido es una impregnación sin
burbujas (vacios) y excelente rigidez dieléctrica y mecánica del paquete. El impregnado del motor
pág. 12
aumenta la tolerancia de los devanados del motor, a la fluctuación de altas temperaturas
producidas por la corriente eléctrica. (Figura 1.21)
Figura 1.21. Polimerización y curado del paquete.
Durante el reposo de curado son soldadas las terminales del motor, por donde se le inducirá el
voltaje. El estator se encuentra listo para el ensamble con la carcasa.
1.2.2 Accesorios del Estator.
Por normas de fabricación internacionales, de seguridad, así como las exigencias y especificaciones
del cliente determinan los accesorios que el estator debe de tener. Entre los más comunes se
encuentran los sensores de temperatura y protecciones térmicas.
1.2.2.1 Resistencias dependientes de Temperatura.
Conocidas como ‘’RTD’’ (Resistance Temperature Dependent) o resistencias calibradas por su
principio de operación. Son metales que tiene una razón de cambio en su resistencia intrínseca
con la fluctuación de temperatura, los materiales que aumentan su resistencia con un gradiente
de temperatura son conocidos por sus siglas en inglés como PTC (Positive Temperatura
Coefficient) como el cobre, níquel y platino que son ejemplo de este tipo de sensores. Los
materiales que se utilizan para fabricar estos sensores tienen la característica de dependencia
lineal entre el valor de la resistencia y el gradiente de la temperatura, los RTD mas comerciales son
los Pt100. (Figura 1.22)
Figura 1.22.Comportamiento lineal
temperatura.
de un RTD de platino con respecto al gradiente de
pág. 13
Los RTD´s son instalados en los devanados del estator para proteger al motor de una sobrecarga
que dañe su funcionamiento. (Figura 1.23 y Figura 1.24)
Figura 1.23. Sensor de temperatura RTD
Figura 1.24.Instalacion de los RTD en los devanados
1.2.2.2 Termoelementos.
Cuando un conductor metálico es sometido a un incremento de temperatura en sus extremos,
surge una fuerza electromotriz (f.e.m.) en una escala de mili-volts, como consecuencia de la
distribución de los electrones en el conductor.
Los termoelementos físicamente son dos hilos conductores metálicos de diferentes materiales que
se unen en sus extremos. (Figura 1.25)
Figura 1.25.Principio de funcionamiento
Los termoelementos son conocidos en la industria por termopares y son utilizados para
monitorear la temperatura. (Figura 1.26)
Figura 1.26. Aspecto físico de un termopar.
pág. 14
1.2.2.3 Termostatos o Protectores Térmicos.
Son protectores térmicos del tipo bimetálicos con contactos normalmente cerrados, en el
momento que ocurre una elevación de temperatura interrumpen la energía eléctrica abriendo sus
terminales, si la temperatura empieza a descender a un nivel optimo se restablece la alimentación.
Los contactos de los termostatos también pueden ser utilizados para dar una señal al motor de
alarma, son colocados en los devanados del bobinado como protectores de sobrecorrientes.
(Figura 1.27)
Figura 1.27.Termostatos insertados entre los devanados del motor.
1.2.3 Carcasa.
La carcasa es el envolvente del motor cuya función es proteger los componentes del ambiente al
que son expuestos.
La carcasa se fabrica en tres diferentes secciones que son:
•
•
•
Caja de conexión de fuerza.
Caja de conexión accesorios.
Tapas del motor.
Todos los elementos que componen la carcasa son confeccionados de hierro fundido, estas piezas
son fabricadas en la matriz que se encuentra ubicada en Jaraguá do Sul, Brasil. (Figura 1.28)
Figura 1.28 Carcasa de hierro fundido.
pág. 15
1.2.3.1 Caja de conexión de Fuerza.
De manera estándar la caja de conexión de fuerza en los motores de media tensión solo es
suministrada con zapatas. (Figura 1.29)
Figura 1.29. Caja estándar de conexión de Fuerza.
Para proteger a los motores de sobretensiones de la red de alimentación a las cajas de conexión
de fuerza se le integran aparta-rayos. (Figura 1.30)
Figura 1.30. Caja de conexión de fuerza con Aparta-rayos.
Algunos clientes por normativas internas piden que la caja de conexiones sea suministrada con
capacitores para corregir el factor de potencia del motor. (Figura 1.31)
Figura 1.31.Caja de conexión de fuerza con capacitores.
pág. 16
1.2.3.2 Caja de conexión de accesorios.
Independiente de la caja de conexión de fuerza, la caja de conexión de accesorios alberga las
señales de los sensores de temperatura, termopares, termostatos, etc. Se localiza la mayoría de
las veces del mismo lado que la caja de conexión de fuerza. (Figura 1.32)
Figura 1.32. Caja de conexiones de accesorios.
1.2.3.3 Tapas del motor.
Las tapas sellan y enclaustran al motor, protegiendo así al rotor y el estator de un ambiente
agresivo, también tienen la función de soportar el peso del rotor a través de los rodamientos
ensamblados perfectamente en las tapas. (Figura 1.33)
Figura 1.33. Tapa trasera y delantera del motor.
1.2.3.4 Accesorios de la Carcasa.
La carcasa de los motores de media tensión es equipada con los siguientes accesorios:
•
•
Resistencias calefactoras en la carcasa
RTD´s en las Tapas de motor.
Resistencias calefactoras.
Las resistencias calefactoras son instaladas dentro de la carcasa para evitar la condensación por
humedad en el interior del motor. Solamente funcionan cuando el motor no opera. (Figura 1.34)
Figura 1.34.Resistencia calefactora en el interior de la carcasa.
pág. 17
Los valores comerciales de las resistencias calefactoras son los que se muestran en la tabla 2. Para
verificar su funcionamiento correcto tenemos que utilizar un multímetro y medir su resistencia en
Ohm (Ω) y corroborar que se encuentre en los valores comerciales.
Potencia nominal de la
resistencia (W).
90W
125W
150W
Resistencia (Ω)
tolerancia +/-10%
134 Ω
401 Ω
537 Ω
80 Ω
80 Ω
240 Ω
80 Ω
240 Ω
322 Ω
Tensión nominal
(V)
110 V
190 V
220 V
110 V
190 V
220 V
110 V
190 V
220 V
Tabla 2.Valores comerciales de las resistencias calefactoras.
Uno de los principales problemas de la humedad por condensación en el interior del motor es la
oxidación de los rodamientos, lo que deriva en problemas de perdidas por fricción, calentamiento
en los rodamientos, entre otros. (Figura 1.35 y 36)
Figura 1.35. Rodamiento.
Figura 1.36.Oxidacion por condensación de humedad.
pág. 18
RTD´s en las Tapas del Motor.
Los RTD´s son instalados en las tapas del motor para monitorear la temperatura de los cojinetes,
previniendo fallas como rotor bloqueado o daño en los rodamientos por fricción. (Figura 1.37)
Figura 1.37.Detector de temperatura para monitorear los rodamientos.
1.3 Rotor de barras.
El rotor es la parte mecánica móvil del motor eléctrico y consiste en una serie de chapas de acero
al silicio ranuradas, donde son alojadas unas barras conductoras y estas son cortocircuitadas al
extremo de las caras del rotor. Al inducir un conjunto trifásico de voltajes en el estor, un conjunto
de corrientes estatóricas producen un campo magnético que pasa sobre las barras del rotor e
induce un voltaje sobre ellas, produciendo una corriente entre las caras cortocircuitadas del rotor
dando como resultado una velocidad angular gracias a la interacción de los polos magnéticos del
estator y rotor.
La constitución del rotor de barras se puede dividir en cinco componentes que son:
•
•
•
•
•
Núcleo laminado.
Flecha.
Barras de cobre.
Anillos de corto circuito.
Accesorios del rotor.
1.3.1 Núcleo laminado.
La laminación del núcleo del estator y el núcleo rotor está formada por chapas de acero al silicio,
ambas provienen del mismo rollo de lámina, aprovechando así la mayor cantidad de material.
Las chapas son apiladas en columnas y se le inserta a una flecha falsa que dará cuerpo al núcleo
del rotor. (Figura 1.38)
Figura 1.38.Insercion de chapas en flecha falsa.
pág. 19
El rotor es engrapado por medio de una prensa hidráulica que compacta las chapas de acero para
formar un cuerpo uniforme, después se retira la flecha falsa para dejar el paquete preparado para
el ensamble. (Figura 1.39)
Figura 1.39. Núcleo de rotor engrapado.
1.3.2 Flecha.
La fabricación de la flecha comienza con barras de acero. (Figura 1.40)
Figura 1.40.Barras de acero.
Las barras de acero ingresan al proceso de centrado donde en un torno son barrenadas por los
extremos. (Figura 1.41)
Figura 1.41.Centrado de la flecha.
pág. 20
Después del centrado la flecha continua el proceso de maquinado y rectificado, ahí obtiene un
pulido acabado espejo para remover imperfecciones de la superficie. (Figura 1.42 y 1.43)
Figura 1.42. Maquinado de la Flecha.
Figura 1.43.Rectificado de la flecha para limpiar la superficie de imperfecciones.
Cuando la flecha es rectificada y cumple con las especificaciones mecánicas del diseño esta lista
para la inserción en el núcleo del rotor. (Figura 1.44)
Figura 1.44. Flecha aprobada para inserción en el núcleo del rotor.
pág. 21
1.3.3
Inserción de la flecha en el núcleo del rotor.
Para insertar la flecha se utiliza el método por dilatación, la primera fase es calentar las
laminaciones del núcleo en un horno a una temperatura de 260°C durante 3 horas. Al terminar se
retira el paquete del horno y se verifica la temperatura. (Figuras 1.45 y 1.46)
Figura 1.45.Horno industrial.
Figura 1.46.Medicion de temperatura del paquete del rotor.
La segunda fase es llevar el paquete y la flecha a la prensa hidráulica, donde ambos son rociados
con aceite para disminuir la fricción. Para insertar se utiliza una fuerza de 20Kg/cm2. (Figuras 1.47
y 1.48)
Figura 1.47.Engrasado de la flecha.
pág. 22
Figura 1.48.Insercion de la flecha en el paquete del rotor en una prensa hidráulica.
Cuando se inserta la flecha al rotor está listo para la tercera fase, donde se verifica que cumpla con
las dimensiones y especificaciones asignadas por el departamento de ingeniería. (Figura 1.49)
Figura 1.49.Mecanica del rotor.
El área de calidad certifica que la flecha cumpla todas sus especificaciones para continuar con el
proceso. (Figura 1.50)
Figura 1.50.Rotor aprobado para inserción de barras de cobre.
pág. 23
1.3.4 Barras de cobre.
Las barras de cobre son cortadas y lijadas para remover las asperezas e imperfecciones, este
procedimiento se realiza para facilitar su inserción en el rotor. (Figura 1.51)
Figura 1.51. Lijado de barras de cobre.
Después del lijado las barras son insertadas en las ranuras del rotor a presión con una pistola de
alto impacto, se deslizan en el canal del ranurado hasta alcanzar la profundidad correcta. (Figura
1.52)
Figura 1.52.Insercion de barras de cobre en el rotor.
Para verificar la correcta alineación de las barras de cobre se utiliza una escuadra en ambos lados
de las caras del rotor, se mide una por una para que todas obtengan la misma profundidad,
cuando cumplen esta condición el rotor es enviado al área de soldadura. (Figura 1.53)
Figura 1.53.Alineacion de las barras de cobre.
pág. 24
1.3.5 Anillos de corto circuito.
Los anillos de corto circuito son maquinados en el torno, cada ranura que poseen será rellenada
con pasta fundente y ensamblados a los extremos del rotor. (Figura 1.54 y 1.55)
Figura 1.54.Anillos de corto circuito.
Figura 1.55.Ensable de anillos de corto circuito.
Cuando son ensamblados los anillos de corto circuito se precalientan para que la pasta se derrita,
el rotor permanecerá una hora en el quemador donde alcanza una temperatura de 200°C. (Figura
1.56)
Figura 1.56. Precalentamiento del rotor.
Cuando se derrite la pasta (a 200°C) se apaga el quemador y se suelda uniformemente alrededor
de anillo con la estación de acetileno. (Figura 1.57)
pág. 25
Figura 1.57.Soldadura de anillos de corto circuito.
Terminada la aplicación de la soldadura, pasa al ares de ensamble se accesorios. (Figura 1.58)
Figura 1.58.Rotor de barras.
1.3.6 Accesorios del rotor.
El rotor de barras, en motores de media tensión es equipado con accesorios que le ayudan a
incrementan su eficiencia energética, los aditamentos más comunes son:
•
•
•
Ventilador interno.
Ventilador externo.
Anillo de balanceo.
1.3.6.1 Ventilador interno.
El ventilador interno cuya principal función es extraer el calor del interior del motor, es fabricado
en aluminio por su composición liviana y buena disipación de calor, se ubica en la parte no motriz
del motor. El primer paso para su instalación es medir su diámetro y el de la flecha cuya tolerancia
es hasta de un 1mm para poder ser aceptado. (Figura 1.59)
Figura 1.59.Medicion de ventilador interno y flecha del rotor.
pág. 26
Del lado no motriz del rotor, localizamos la cuña de agarre, que permite acoplar el ventilador a
través de su muesca. (Figura 1.60)
Figura 1.60.Cuña y muesca del ventilador interno.
Se alinea la muesca del ventilador interno con la cuña de la flecha y se ejerce presión hasta
obtener un acoplamiento perfecto. (Figura 1.61)
Figura 1.61.Inserción del ventilador interno en la parte no motriz del motor.
1.3.6.2 Ventilador Externo
En el extremo de la flecha del lado no motriz, se ubica el ventilador externo. Ensamblado por
medio de presión y sujetado a la flecha por un seguro omega. (Figura 1.62)
Figura 1.62. Inserción y sujeción del ventilador externo.
pág. 27
Cuando es sujetado el ventilador externo a la fecha, como último paso se enderezan con un
martillo de goma las aspas del ventilador que hayan sido dobladas por la presión ejercida. (Figura
1.63)
Figura 1.63.Ventilador externo acoplado al final de la flecha del lado no motriz del motor.
1.3.6.3 Anillo de balanceo.
Para evitar los deslizamientos axiales que pueda tener el rotor, se coloca el anillo de balanceo en
la parte motriz del rotor, que a su vez llevan pequeños contrapesos para evitar el cabeceo en la
flecha. (Figura 1.64)
Figura 1.64.Anillo de balanceo.
Colocado el anillo de balanceo está listo para el siguiente proceso que es el ensamble del motor.
(Figura 1.65)
Figura 1.65. Rotor terminado.
pág. 28
1.4 Ensamble del motor.
El ensamble del motor es una fase crítica en la fabricación, si se comete un error puede afectar
directamente el funcionamiento optimo de nuestra maquina eléctrica disminuyendo así su
eficiencia, lo que ocasionaría un re-trabajo y se traduciría en un desperdicio de recursos tanto
materiales como trabajo hora hombre.
Para el armado del motor existe una metodología que se divide en los siguientes pasos:
•
•
•
•
Acoplamiento del estator en la carcasa.
Inserción del rotor.
Colocación de tapas balero y rodamientos.
Ensamble de tapas del motor.
1.4.1 Acoplamiento del estator en la carcasa.
Para acoplar el estator en la carcasa primero se calienta la armadura en un horno industrial
provocando una dilatación y facilitando así la inserción del estator, que es introducido por medio
de presión a través de un prensa hidráulica, durante el ensamble se toma en cuenta la posición de
los cables de alimentación por que la carcasa tiene saques por donde pasan los cables. (Figura
1.66)
Figura 1.66.Acoplamiento del estator en la carcasa.
Tanto los cables de alimentación como los cables de los accesorios del motor son sacados por sus
ranuras correspondientes para ser conectados a clemas (accesorios del motor) y zapatas (cables
de alimentación). (Figura 1.67 y 1.68)
Figura 1.67.Cables de accesorios del estator y carcasa.
pág. 29
Figura 1.68.Conexion de cables de accesorios y cables de alimentación.
1.4.2 Inserción del rotor.
Para insertar el rotor en el estator se utiliza un dispositivo especial para cargar el rotor de la parte
no motriz y se eleva el rotor con ayuda de una grúa viajera. (Figura 1.69)
Figura 1.69.Elevacion del rotor.
Manipulando cuidadosamente la grúa viajera se inserta lentamente el rotor a la armadura del
estator evitando cualquier choque que pueda dañar ambas piezas. (Figura 1.70)
Figura 1.70. Inserción del rotor al estator.
pág. 30
Como se aprecia en la figura 1.70 el lado de la parte motriz esta libre para realizar el ensamble,
pero el procedimiento que se describe a continuación aplica en ambas partes (motriz y no motriz).
1.4.3 Colocación de tapas, balero y rodamientos.
Las tapas balero son confeccionadas de acero colado, su función es enclaustrar y dar soporte al
rodamiento delantero y trasero del motor. (Figura 1.71)
Figura 1.71. Tapas balero trasera y delantera del motor.
Las tapas son colocadas ejerciendo presión en ambos lados del rotor, llegando hasta el límite
marcado por la flecha. (Figura 1.72)
Figura 1.72. Ensamble de las tapas balero.
Después se calientan los rodamientos hasta alcanzar una temperatura de 100°C y por medio de
inducción se dilatan para una adecuada inserción. (Figura 1.73)
Figura 1.73. Inducción de calor en los rodamientos.
pág. 31
El montaje de los rodamientos se hace de forma manual en la flecha presionando hasta eliminar el
espacio entre el rodamiento y la tapa balero, una vez que se ha montado el rodamiento se
engrasa. (Figura 1.74)
Figura 1.74. Montaje y engrasamiento del rodamiento.
1.4.4 Ensamble de tapas del motor.
Las tapas del motor tienen un barreno que es utilizado para maniobrar por medio de un grúa
viajera, con la cual sobreponemos las tapas en la armadura del motor. (Figura 1.75)
Figura 1.75. Pre- ensamble de la tapas.
Por medio de tornillos las tapas son sujetadas a la carcasa del motor, creando un sello hermético.
(Figura 1.76)
Figura 1.76. Atornillado de tapas del motor.
pág. 32
Terminado el ensamble de las tapas el motor está listo para realizarle pruebas en el laboratorio
eléctrico. (Figura 1.77)
Figura 1.77. Traslado del motor al laboratorio de media tensión.
1.5 Marcado.
Todos los motores eléctricos cuentan con al menos una placa de datos, esta debe ser permanente
e indeleble y contener la información prevista por la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010.
Esta placa de datos debe estar adherida o sujeta mecánicamente a la carcasa o envolvente del
motor en un lugar visible.
Debe de ser de un material que garantice la legibilidad de la información con el tiempo bajo
condiciones ambientales normales. El fabricante o importador debe garantizar que el material,
estilo, tipografía y distribución del contenido de la placa cumpla con las características de la
norma, permitiendo que el producto sea comercializado en nuestro país.
La norma NOM-016-ENER-2010* en su inciso 10.2 expone la información mínima que debe
contener la placa de datos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Toda la información contenida en la placa de datos debe estar en el idioma español.
Nombre del fabricante o distribuidor, logotipo o marca registrada.
Tipo de enclaustramiento.
País de origen de fabricación.
Eficiencia nominal en porciento, precedida del símbolo (dos dígitos enteros y un decimal)
Potencia nominal en KW.
Tensión eléctrica en V.
Frecuencia eléctrica.
Frecuencia de rotación en min-1 o rpm/min.
Sin embargo, para el usuario que adquiere el motor, dicha información es incompleta y de poco
interés para la utilización del equipo. La norma no exhorta al fabricante a incluir en su placa
información valiosa como: los tipos de conexión permisibles, los accesorios incluidos en el motor
pág. 33
*Consultar apéndice B
eléctrico, diagramas de conexión, tipo de lubricación de los rodamientos, sentido de giro del
motor, etc.
En México un motor puede ser comercializado sin la información completa, este tipo de omisiones
propicia confusiones entre los consumidores finales.
A continuación, se muestra un ejemplo de una placa de datos que supera fácilmente los
parámetros de la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010, pero esta placa continua por
debajo de las necesidades de los consumidores para que este motor pueda operar sin
contratiempos en un proceso de producción industrial. (Figura 1.78)
Figura 1.78. Placa de datos de un motor tipo jaula de ardilla de media tensión.
Después de un análisis sobre necesidades del usuario final, se
complementarían la información de la placa de datos:
•
•
enlistan puntos clave que
Diagrama de conexiones del motor eléctrico y accesorios del motor en caso de que aplique
(RTD, termopares, resistencias calefactoras, etc.)
Sentido de giro del motor.
1.6 Criterios de aceptación.
Los criterios de aceptación para un motor eléctrico tipo jaula de ardilla son proporcionados por la
norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010* en su inciso número 8 y son los siguientes:
•
•
Placa de datos.
Resultado de pruebas.
*Consultar apéndice B
pág. 34
1.6.1 Placa de datos
La eficiencia marcada por el fabricante en la placa de datos del motor, debe ser igual o mayor que
la eficiencia de la tabla 2 de la norma NOM-016-ENER-2010* de acuerdo con su potencia nominal
en KW, numero de polos y tipo de enclaustramiento.
1.6.2 Resultado de pruebas.
La eficiencia determinada con el método de prueba del capítulo 9 de la norma NOM-016-ENER2010 para cada motor probado debe ser igual o mayor que la eficiencia mínima asociada a la
eficiencia nominal marcada en placa de datos por el fabricante.
Es necesario hacer énfasis en este capítulo, por que marca un patrón para rechazar un equipo o
aceptarlo y al mismo tiempo sirve para analizar y reflexionar sobre el sistema de normalización
mexicano en específico la norma oficial NOM-016-ENER-2010.
El primer punto analizar es el objetivo de la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010 que en
su inciso numero 1 dice:
Objetivo:
El presente proyecto de la norma oficial mexicana establece los valores de eficiencia nominal y
mínima asociada, el método de prueba para su evaluación, los criterios de aceptación y las
especificaciones de información mínima a marcar en la placa de datos de los motores de corriente
alterna, trifásicos, de inducción, jaula de ardilla, en potencia nominal de 0.746KW hasta 373KW,
abiertos y cerrados; que se comercializan en los Estados unidos Mexicanos. Esto ha sido como
resultado de los avances tecnológicos y las condiciones del mercado nacional e internacional.
Este proyecto de la norma oficial mexicana permitirá, además de responder necesidades de
promover el ahorro de energía, contribuir a la preservación de los recursos naturales no
renovables de la nación.
En otras palabras el objetivo de la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010 es legislar la
eficiencia, los métodos de prueba y los criterios de aceptación de un motor de corriente alterna,
trifásico, de inducción, jaula de ardilla en las potencias nominales de 0.746KW hasta 373KW, para
que puedan ser comercializados en México.
La norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010 delimita el campo en las potencias nominales de
0.746KW hasta 373KW como resultado de los avances tecnológicos y las condiciones del mercado
nacional e internacional, sin embargo en México se están fabricando motores con potencias
superiores a las especificadas en esta norma, que en baja tensión llegan a 559.5 KW y en media
tensión llegan a una potencia de 932.5KW y son consumidos principalmente por el sector
petrolero y minero.
*Consultar apéndice B
pág. 35
El campo de aplicación para motores eléctricos tipo jaula de ardilla viene expresado en el inciso
número 2 de la norma y dice lo siguiente:
Campo de aplicación:
Este proyecto de la norma oficial mexicana aplica a motores eléctricos de corriente alterna,
trifásicos, de inducción, jaula de ardilla en potencia nominal de 0.746KW hasta 373KW con tensión
hasta 600V abiertos o cerrados, de una sola frecuencia de rotación, de posición de montaje
horizontal o vertical y régimen continuo.
El campo de aplicación contempla como máxima tensión 600V, Esta tensión es insuficiente porque
no engloba los motores en media tensión que son fabricados en México y sus tensiones
nominales son superiores por que oscilan entre los 2300V y 4160V.
En sus 2 primeros puntos de legislación de la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010
muestran inconsistencias con la realidad ante la demanda tecnológica que existe en México. Esta
norma es el patrón con la que se audita a las empresas productoras de motores eléctricos
instaladas en nuestro país.
pág. 36
2. Metodología
Todos los motores fabricados en México se prueban por el método de segregación de perdidas,
este método a partir de mediciones y cálculos se determinan las perdidas por efecto de joule en
los devanados del estator y del rotor, las pérdidas del núcleo y las perdidas por fricción y
ventilación; al final, las perdidas indeterminadas se obtiene por diferencia.
La metodología presenta en este trabajo las divide para su estudio en seis pasos:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Instrumentos de medición y equipo de pruebas.
Ensayo de parámetros iníciales.
Ensayo de equilibrio térmico.
Ensayo de funcionamiento.
Ensayo de carga mínima posible en el dinamómetro.
Ensayo de operación en vacio.
Para realizar estos ensayos es necesario consultar la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010
en su inciso 9.1* donde describe las condiciones generales de prueba, las más significativas son:
•
•
•
Todos los motores se deben de probar de manera horizontal.
La frecuencia eléctrica de alimentación para todas la pruebas debe de ser de 60Hz con
una variación de +/- 3%.
La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para la prueba, debe ser la
tensión eléctrica nominal indicada en la placa de datos del motor, medida en sus
terminales, sin exceder la variación de +/- 5%.
2.1 Instrumentos de medición y equipo de pruebas.
Conforme a la norma oficial mexicana NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.2* los instrumentos de
medición, equipos y aparatos para aplicar el método de pérdidas segregadas son los siguientes:
a) Aparato para medir la temperatura detectada por termopares o detectores de resistencia
por temperatura (RTD´S).
El laboratorio cuenta con termómetros marca Fluke con los cuales es posible medir la
temperatura por medio de termopares. (Figura 2.1)
Figura 2.1 Termómetros Fluke por medio de termopares.
*Consultar apéndice B
pág. 37
En motores eléctricos de media tensión se mide la temperatura a través de los RTD´S
integrados en el motor y estos son registrados por una PC. (Figura 2.2)
Figura 2.2.Monitoreo de temperatura a través de los RTD´s integrados en los motores de
media tensión.
b) Ohmetro a cuatro terminales, para medir resistencia bajas.(Figura 2.3)
Figura 2.3.Megger detector de resistencias bajas.
c) Equipo para controlar tensión de alimentación.
El laboratorio está equipado con un tablero de control por el cual podemos regular la
tensión de alimentación y la frecuencia de entrada. (Figura 2.3)
Figura 2.3.Tablero de control del laboratorio de media tensión.
pág. 38
d) Frecuencímetro, Vólmetro, Amperímetro, Wáttmetro, torsiómetro y tacómetro.
Todos los instrumentos mencionados anterior mente son englobados en un solo aparato
que proporciona todos los parámetros necesarios para realizar los ensayos de laboratorio.
Este equipo es un analizador de potencia Fluke Norma 4000. (Figura 2.4)
Figura 2.4.Analizador de potencia.
e) Cronometro (Figura 2.5)
Figura 2.5.Cronometro.
La norma NOM-016-ENER-2010 exige que todos los instrumentos analógicos y digitales deben
estar calibrados con una incertidumbre máxima de +/- 0.2% de plena escala.
2.2 Ensayo de parámetros iníciales.
Esta prueba consiste en medir las resistencias entre las terminales del motor antes de energizarlo
y su temperatura correspondiente. (Figura 2.6)
Figura 2.6.Ensayo de parámetros iníciales.
pág. 39
Instrumentos de medición y equipos de prueba.
Para realizar el ensayo de parámetros iníciales necesitamos los siguientes instrumentos:
•
•
Óhmetro.
Termómetro.
La metodología a seguir es la siguiente:
•
•
•
Colocar el medidor de resistencia entre las terminales del motor 1-2, 1-3, 2-3 y registrar
su valor en Ω.
Registrar la temperatura detectada en el devanado del motor, en caso de que se tenga
más de un detector de temperatura hacer un promedio y registrar el valor ti en °C.
Registrar la temperatura ambiente
en °C.
La norma NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.3.1* especifica que se designara como resistencia de
referencia
, a aquella con el valor más cercano al promedio de la tres registradas.
Toda la información recolectada en esta prueba es vaciada al formato WMX004-RCLAB-05,
debemos enfatizar que los datos más importantes de esta prueba son la resistencia de línea
temperatura del cobre
y la temperatura ambiente
,
. (Figura 2.7)
Figura 2.7.Formato WMX004-RCLAB-05.
2.3 Ensayo de Equilibrio térmico.
El objetivo de esta prueba es determinar la resistencia y temperatura de los devanados del motor
operando a plena carga cuando este alcanza su equilibrio térmico.
*Consultar apéndice B
pág. 40
Conforme a la norma NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.3.2* dice que un motor alcanza su
equilibrio térmico cuando el incremento de temperatura en sus devanados, operando a plena
carga, no varía en más de 1°C en un lapso de 30minutos. (Figura 2.8)
Figura 2.8.Monitoreo de los devanados del motor.
Instrumentos de medición y equipos de prueba.
Los instrumentos de medición y equipos de prueba para realizar el ensayo de equilibrio térmico
son:
•
•
•
•
•
•
Óhmetro.
Termómetro.
Software para monitorear los RTD´s.
Dinamómetro.
Analizador de potencia.
Equipo para controlar tensión de alimentación.
Metodología del ensayo de equilibrio térmico.
Los pasos para realizar esta prueba son:
•
•
•
Acoplar el motor al dinamómetro y conectar los RTD´s al equipo para monitorear la
temperatura.
Energizar el motor a su régimen nominal en tensión, corriente y potencia, dejarlo en
funcionamiento hasta que alcance su equilibrio térmico.
Cuando se alcanza la condición del ensayo se desenergiza el motor y desconectan sus
terminales de alimentación, en un tiempo no mayor a 30 segundos se toma la
temperatura entre las terminales de referencia
•
•
.
En caso de exceder el tiempo de 30 segundos se tomaran por lo menos 10 valores de la
resistencia en la terminal Rf cada 30 segundos y se trazara una curva de enfriamiento para
obtener la resistencia en el tiempo cero, esto se realiza a través de una regresión lineal.
Registrar la temperatura del ambiente al inicio de la prueba y cuando el motor alcanza su
equilibrio térmico.
*Consultar apéndice B
pág. 41
Medir y se registrar los datos en el formato WMX004-RCLAB-05 en la parte nombrada estabilidad
térmica. (Figura 2.9)
Figura 2.9.Formato WMX004-RCLAB-05 recolección de datos de equilibrio térmico.
La norma NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.3.2* nos pide recabar los siguientes datos para el
ensayo de equilibrio térmico:
en Ω.
•
Resistencia entre terminales de referencia
•
El promedio de la temperaturas detectadas en los devanados el estator
Temperatura ambiente,
•
•
en °C.
en °C.
El tiempo al que se midió o determino la resistencia
en segundos.
Como se observa en la figura 2.9 el formato recopila los datos requeridos por la norma oficial
mexicana incluso exige el tiempo de estabilización térmica. Experimentalmente se ha comprobado
que un motor tarda en alcanzar su equilibrio térmico en un intervalo de tres a cuatro horas.
2.3.1 Cálculo del incremento de temperatura por resistencia.
Se determina el incremento de temperatura (∆t) después de que el motor ha alcanzado el
equilibrio térmico mediante la siguiente ecuación:
∆
°
Donde:
°
Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico.
Valor de la resistencia final cuando el motor alcanza el equilibrio térmico.
Valor de la resistencia inicial medida en los parámetros iníciales.
Temperatura ambiente al inicio de la prueba.
*Consultar apéndice B
pág. 42
K
Es la constante del material para el caso del cobre puro es igual 234.5.
2.4 Ensayo de funcionamiento.
La finalidad del ensayo de funcionamiento es calcular las pérdidas por efecto de joule en el rotor y
estator del motor la norma NOM-016-ENER-2010 en el inciso 9.3.3* nos da dos condiciones para
poder realizar esta prueba.
1. Realizar la prueba de funcionamiento enseguida del ensayo de equilibrio térmico.
2. El ensayo de funcionamiento se puede realizar cuando la temperatura en los devanados
del estator estén como máximo 10°C debajo de la temperatura registrada en la prueba de
equilibrio térmico.
Instrumentos de medición y equipo de prueba.
Los instrumentos de medición utilizados para realizar esta prueba son:
•
•
•
Dinamómetro.
Analizador de potencia.
Equipo para controlar tensión de alimentación.
Metodología del ensayo de funcionamiento.
El procedimiento a seguir es el siguiente:
•
•
•
Se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica nominal medida en sus terminales, a
60Hz y potencia nominal.
Por medio del dinamómetro aplicar carga al motor en forma descendente dos valores
arriba de la carga de la potencia nominal, 130% y 115% así como cuatro valores de carga al
100%, 75%, 50% y 25% de la potencia nominal.
Registrar los datos en el formato WMX004-RCLAB-05. (Figura 2.10)
Figura 2.10.Formato WMX004-RCLAB-05 ensayo de funcionamiento.
La norma NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.3.3* pide recolectar los siguientes datos para cada
uno de los valores de carga:
*Consultar apéndice B
pág. 43
•
•
El promedio de las tensiones eléctricas entre las terminales, en V.
Frecuencia eléctrica de alimentación, en HZ.
•
El promedio de las corrientes eléctricas de línea,
•
La potencia de entrada,
•
El par torsional del motor,
•
•
La frecuencia de rotación,
en KW.
en
.
en
.
El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, para cada valor
de carga,
•
en A.
en °C.
La temperatura ambiente para cada valor de carga,
en °C.
2.5 Ensayo de carga mínima posible en el dinamómetro.
El objetivo del ensayo de carga mínima es dimensionar el dinamómetro para realizar pruebas a un
motor eléctrico, la norma NOM-016-ENER-2010 en su inciso 9.3.4* determinada que para poder
seleccionar un dinamómetro la potencia de salida del motor a la carga mínima tiene que ser
menor al 15% de su potencia nominal. (Figura 2.11)
Figura 2.11.Ensayo de carga mínima posible en el dinamómetro.
Instrumentos de medición y equipo de prueba.
Para elaborar este ensayo se necesita el siguiente equipo de prueba:
•
•
•
Dinamómetro.
Analizador de potencia.
Equipo para controlar tensión de alimentación.
Metodología del ensayo de carga mínima posible en el dinamómetro.
•
•
•
Se opera el motor a su tensión eléctrica nominal, medida entre sus terminales a 60Hz.
Ajustar el dinamómetro a su carga mínima.
Dejar en funcionamiento el motor por 30minutos y revisar que su potencia no varié más
del 3% en ese lapso de tiempo.
*Consultar apéndice B
pág. 44
Cuando el motor se ha estabilizado en su potencia de salida después de media hora de
funcionamiento se miden y registran los siguientes datos:
1. El promedio de las tensiones eléctricas entre las terminales, en V.
2. Frecuencia eléctrica de alimentación, en HZ.
3. El promedio de las corrientes eléctricas de línea,
4. La potencia de entrada,
5. El par torsional del motor,
! en KW.
! en
! en A.
.
6. La frecuencia de rotación,
.
! en
7. El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, para cada valor
de carga,
! en °C.
8. Se verifica que la potencia de salida " demandada sea menor al 15% de su potencia
nominal con la siguiente fórmula:
#
∗
9549
!
!
2.6 Ensayo de operación de vacío.
El ensayo de operación en vacio permite calcular las perdidas por fricción y ventilación del motor
eléctrico en estudio, la prueba debe ser llevada a cabo lo más rápidamente posible y las
mediciones deben de tomarse en forma descendente respecto a la tensión máxima aplicada.
(Figura 2.12)
Figura 2.12.Ensayo de operación en vacio.
Instrumentos de medición y equipo de prueba.
El equipo necesario para realizar el ensayo es:
•
•
Analizador de potencia.
Equipo para controlar tensión de alimentación.
pág. 45
Metodología del ensayo de operación en vacío.
El procedimiento a seguir es el siguiente:
•
•
•
Se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica nominal medida en sus terminales y 60Hz
Hasta que su potencia nominal no varié más del 3% en un lapso de 30min.
Se aplica en forma descendente tres o más valores de tensión eléctrica entre el 125% y el
60% de la tensión eléctrica nominal espaciados en forma regular; dentro de estos valores
debe incluirse la tensión nominal al 100%.
De la misma manera se aplican tres valores de tensión eléctrica entre el 50% y el 20% de la
capacidad nominal del motor.
Por cada valor de tensión eléctrica, se miden y registran:
1. El promedio de las tensiones eléctricas entre las terminales, en V.
2. Frecuencia eléctrica de alimentación, en HZ.
3. El promedio de las corrientes eléctricas de línea, () en A.
4. La potencia de entrada en vacío ) , en KW.
.
5. La frecuencia de rotación, ) en
6. El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, para cada valor
de tensión, ) en °C.
Todos los valores se registran en el formato WMX004-RCLAB-05. (Figura 2.13)
Figura 2.13.Formato WMX004-RCLAB-05 ensayo operación en vacío.
Cuando el motor ha pasado todas las pruebas del laboratorio se enviado al área de pintura y
finalmente es empacado para ser entregado al usuario final. (Figura 2.14)
Figura 2.14 Motor terminado
pág. 46
3. Interpretación de datos y cálculo de eficiencia
3.1 Determinación de las pérdidas por fricción, ventilación y en el núcleo.
Los cálculos utilizados para separar el origen de las pérdidas en vacío son:
a) Restar de la potencia de entrada medida en el inciso 2.5 en vacío, P0, las pérdidas de los
devanados del estator ( * +) para cada valor de tensión eléctrica del inciso 2.5, calculadas con la
siguiente ecuación:
(*
+)
0.0015 ∙ ()* ∙
+)0123
Donde:
()
Es el promedio de las corrientes eléctricas de línea en vacío del inciso 2.5, en A, y
+) Es la resistencia entre las terminales de referencia, en ohm, del inciso 2.1, corregida al
promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator para cada valor de tensión
eléctrica, de acuerdo con la siguiente ecuación:
+)
∙ )
45
0Ω3
Donde:
es la resistencia de referencia del inciso 2.1, en Ω;
) es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura
en el núcleo del estator, o en el cuerpo para cada valor de tensión del inciso 2.5, en °C;
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura
en el núcleo del estator o en el cuerpo en frío del inciso 2.1, en °C, y
K
es la constante del material y es igual a 234.5 para el cobre puro. Para otros materiales en los
devanados, debe usarse el valor especificado por el fabricante del material.
b) Se traza una curva con la potencia de entrada con el motor operando en vacío ) menos las
pérdidas en los devanados del estator ( * +) contra la tensión eléctrica en vacío, para cada valor
de tensión eléctrica entre el 125% y el 60% del valor nominal.
pág. 47
c) Se traza una curva con los valores de potencia de entrada en vacío ) menos las pérdidas en los
devanados del estator ( * +) , contra el cuadrado de la tensión eléctrica, para cada valor de
tensión eléctrica entre el 50% y el 20% del valor nominal o hasta el valor correspondiente a la
corriente eléctrica de línea mínima o inestable. Se extrapola la curva a la tensión eléctrica en vacío
igual a cero. El valor de la potencia de entrada en este punto corresponde a las pérdidas por
fricción y ventilación
7
d) De la curva obtenida en el inciso (b), se calculan las pérdidas del núcleo, 8 a la tensión
eléctrica nominal, restando de la potencia de entrada en vacío, ) las pérdidas en los devanados
del estator ( *
+)
según el inciso (a), y las pérdidas de fricción y ventilación
(c).
7 según el inciso
3.2 Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el estator
para cada uno de los
Se calculan las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator (*
seis valores de carga aplicados según el inciso 2.3, utilizando la siguiente ecuación:
(*
0.0015 ∙ (* ∙
0123
Donde:
(
Es el promedio de las corrientes de línea del inciso 2.3, en A;
Es la resistencia entre las terminales de referencia del estator, del inciso 2.1, corregida a la
temperatura de los devanados para cada valor de carga mediante la siguiente ecuación:
∙
9
0Ω3
Donde:
Es la resistencia de referencia del inciso 2.1, en ohm;
Es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura
en el núcleo del estator o en el cuerpo, en frío, del inciso 2.1, en °C, y
K
Es la constante del material y es igual a 234.5 para el cobre puro. Para otros materiales en los
devanados, debe usarse el valor especificado por el fabricante.
pág. 48
9 Es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, para cada valor de carga del inciso 2.3, en °C,
corregida mediante la siguiente ecuación;
9
∙
0° 3
Donde:
Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico, calculada por resistencia
en el inciso 2.2.1, en °C;
Es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura
en el núcleo del estator o en el cuerpo, del inciso 2.2, en °C;
Es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura
en el núcleo del estator o en el cuerpo, para cada valor de carga del inciso 2.3., en °C
3.3 Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el rotor
Se calculan las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor I2Rr, en cada uno de los seis
valores de carga aplicados según el inciso 2.3 utilizando la siguiente ecuación:
(*
− (*
=
−
8
∙ : 0;< 3
Donde:
Es la potencia de entrada para cada valor de carga medida en el inciso 2.3
8 Son las pérdidas del núcleo calculadas en el inciso 3.1
:
Es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona = para cada valor
de carga, de acuerdo con la siguiente ecuación:
: =
=
−
=
0>. ?. 3
Donde:
Es la frecuencia de rotación para cada valor de carga medida en el inciso 2.3 en
,y
= Es la frecuencia de rotación síncrona, calculado mediante la siguiente ecuación:
=
=
120 ∙ A
0
>
3
pág. 49
Donde:
f
Es la frecuencia eléctrica de 60 Hz de la alimentación, y
p
Es el número de polos del motor.
3.4 Cálculo de la potencia de salida
a) Se calculan los valores de par torsional corregido 9 , sumando el factor de corrección del
dinamómetro FCD, en cada uno de los valores de par medidos
. En la práctica el FCD es
compensado por la calibración del dinamómetro, por lo que cuando la medición del par se hace
entre el motor a prueba y el dinamómetro, este valor no afecta la medición y puede ser
despreciado considerando FCD = 0 para este paso del cálculo. Cuando es necesario el cálculo del
FCD, debe realizarse de acuerdo con los apéndices*.
9
3
B C0
b) Se calcula la potencia de salida de acuerdo con la siguiente ecuación:
=
∙
0;< 3
9549
9
Dónde:
D Es el par torsional corregido del motor para cada valor de carga, en N·m, y
Es la frecuencia de rotación para cada valor de carga, medida en el inciso 2.3, en
.
3.5 Cálculo de las pérdidas indeterminadas
Para calcular las pérdidas indeterminadas en cada uno de los seis valores de carga medidos en el
inciso 2.3. Se calcula la potencia residual
=
=
(*
= como sigue:
8
7
(*
0;<3
Dónde:
Es la potencia eléctrica de entrada para cada valor de carga, medida en el inciso 2.3
= Es la potencia mecánica de salida corregida para cada valor de carga calculada en el inciso 3.4,
en kW
( * Son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator para cada valor de carga
calculadas en el inciso 3.2, en kW
8 Son las pérdidas en el núcleo calculadas en el inciso 3.1 (d), en kW
*Consultar apéndice C
pág. 50
7 Son las pérdidas por fricción y ventilación calculadas en el inciso 3.1(c), en kW
(*
Son las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor para cada valor de carga,
calculada en el inciso 3.3, en kW
*
Para suavizar la curva de potencia residual,
= , contra el cuadrado del par torsional, 9 , para
cada valor de carga, se usa el análisis de regresión lineal de los apéndices*.
=
E
F0;< 3
*
D
Dónde:
9 Es el par torsional corregido del motor para cada valor de carga, calculado en el inciso 3.4 (a),
en
∙
;
A
Es la pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal, y
B
Es la intersección de la recta con el eje de las ordenadas
Cuando el coeficiente de correlación G es menor que 0.9, se elimina el peor punto y se calculan
nuevamente A y B. Cuando el valor de G se incrementa hasta hacerlo mayor que 0.9, se usa el
segundo cálculo. En caso contrario, la prueba no fue satisfactoria, indicando errores en la
instrumentación, de lectura o ambos. Se debe investigar la fuente de estos errores y corregirse,
para posteriormente repetir las pruebas.
Cuando el valor de A se establece conforme al párrafo anterior, se pueden calcular las pérdidas
indeterminadas para cada uno de los valores de carga del inciso 2.3 de la siguiente forma:
!"
E
*
9 0;< 3
Dónde:
9
Es el par torsional corregido del motor para cada valor de carga, calculado en el inciso 3.4(a),
en
∙
A
Es la pendiente de la recta
,y
*Consultar apéndice C
pág. 51
3.6 Corrección por temperatura para las pérdidas por efecto Joule
3.6.1
Cálculo de pérdidas por efecto Joule en el estator corregidas por
temperatura
Se calculan las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator corregidas de la
temperatura ambiente
, medida en el inciso 2.2, a la temperatura ambiente de 25°C, para cada
uno de los seis valores de carga medidos en el inciso 2.3, usando la siguiente ecuación:
(*
9
9 0;< 3
0.0015 ∙ ( * ∙ Dónde:
(
Es el promedio de las corrientes de línea para cada valor de carga del inciso 2.3, en A;
9 Es la resistencia de referencia Rf del inciso 2.2, corregida a una temperatura ambiente de
25°C de acuerdo a la siguiente ecuación:
9
∙
9
0Ω3
Dónde:
9
Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por
resistencia,
25° −
del inciso 2.2.1, corregida a una temperatura ambiente de 25°C H
9
I, en °C;
Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por
resistencia, del inciso 2.2.1, en °C, y
K
Es la constante del material y es igual a 234,5 para el cobre puro. Para otros materiales en
los devanados, debe usarse el valor especificado por el fabricante del material.
3.6.2
Cálculo de las pérdidas por efecto Joule en el rotor corregidas por
temperatura
Se calculan las pérdidas por efecto Joule en los devanados del rotor, corregidas de la temperatura
ambiente
, medida en el inciso 2.2, a la temperatura ambiente de 25°C, para cada uno de los
seis valores de carga medidos en el inciso 2.3, usando la siguiente ecuación:
(*
9
=
− (*
9
−
8
∙:
9 0;< 3
pág. 52
Dónde:
:
: ∙
9
9
9
Dónde:
:
9
Es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona, referido a una
temperatura ambiente de 25°C;
:
Es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona medida en el inciso
2.3 y calculado en el inciso 3.3;
9
Es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, en el núcleo
del estator o en el cuerpo, para cada valor de carga, del inciso 2.3, en °C, corregidas mediante la
siguiente ecuación
9
/
9
∗
Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por
, del inciso 2.2.1, corregida a una temperatura ambiente de 25°C H
resistencia,
25° −
I, en °C;
9
Es la temperatura ambiente durante la prueba de equilibrio térmico a plena carga del inciso
2.2, en °C;
K es la constante del material y es igual a 234,5 para el cobre puro. Para otros materiales en los
devanados, debe usarse el valor especificado por el fabricante del material.
3.7 Cálculo de la potencia de salida a 25 °C
Se calcula la potencia de salida corregida a la temperatura ambiente de 25 °C, para cada uno de los
seis valores de carga del inciso 2.3 usando la siguiente ecuación:
=9
=
−
8
−
7
−
K
− (*
9
− (*
9 0;< 3
Dónde:
=9 Es la potencia de salida corregida para cada valor de carga, referido a una temperatura
ambiente de 25 °C, en kW;
Es la potencia de entrada para cada valor de carga, medida en el inciso 2.3;
8
7
Son las pérdidas en el núcleo, calculadas en el inciso 3.1 (d), en kW;
Son las pérdidas por fricción y ventilación, calculadas en el inciso 3.1(c), en kW;
pág. 53
!"
Son las pérdidas indeterminadas, calculadas en el inciso 3.5, en kW;
(*
9 Son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator para cada valor de carga,
(*
9 Son las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor para cada valor de carga,
referidas a una temperatura ambiente de 25°C, calculadas en el inciso 3.6.1, en kW;
referidas a una temperatura ambiente de 25°C, calculadas en el inciso 3.6.2, en kW.
3.8 Cálculo de la eficiencia
Se calcula la eficiencia L para cada uno de los seis valores de carga del inciso 2.3 usando la
siguiente ecuación:
L
=9
∙ 1000%3
Dónde:
=9 Es la potencia mecánica de salida corregida para cada valor de carga, referida a una
temperatura ambiente de 25 °C, calculada en el inciso 3.7, en kW;
Es la potencia eléctrica de entrada para cada valor de carga, medida en el inciso 2.3, en kW.
3.9 Eficiencia en cualquier valor de carga
Para determinar la eficiencia en algún valor preciso de carga, se traza una curva con la eficiencia
calculada según el inciso 3.8 contra la potencia de salida corregida calculada en el inciso 3.7.
(Figura 3.1)
Figura 3.1 Gráfico de eficiencia en cualquier valor de carga
pág. 54
4. Análisis y discusión
4.1 Conclusiones
Al día de hoy, no se ha desarrollado una manera tan eficiente de transformar energía eléctrica en
energía mecánica, como lo hacen los motores de inducción tipo jaula de ardilla; por lo cual
continúa siendo uno de los inventos más importantes de la humanidad.
La investigación realizada dentro del campo de los motores eléctricos ha llevado a desarrollar
normas para el diseño y eficiencia de los mismos. De este campo de investigaciones se impulso el
desarrollo de la calidad de los aceros, las técnicas de fundición, los materiales de los aislamientos y
otros elementos utilizados en las maquinas eléctricas de inducción, que buscaban una reducción
en el costo de producción.
En la actualidad las empresas líderes del mercado están produciendo nuevas líneas de motores de
inducción de alta eficiencia, logrando un posicionamiento favorable gracias a sus características
técnicas. Para fabricar motores de alta eficiencia se utilizaron las siguientes técnicas:
•
•
•
•
•
•
Agregar más conductores en los devanados del estator, para reducir las pérdidas en el
cobre.
Incremento en las longitudes de los núcleos del rotor y el estator para reducir la densidad
del flujo magnético en el entrehierro de la maquina. Reduciendo la saturación magnética y
disminuyendo las pérdidas en el núcleo.
Reducción de las pérdidas por rozamiento con el aire con el diseño del ventilador del
rotor.
Uso de acero especial de alto grado eléctrico, que se caracteriza por bajas pérdidas por
histéresis.
Laminación del acero en calibres especialmente delgados para evitar pérdidas por
calentamiento debido al efecto de Joule.
Reducción de pérdidas por dispersión del motor, a través de una metódica manufactura
del rotor, consiguiendo un entrehierro uniforme.
Además de estas técnicas, se han propuesto normas estándar y procedimientos para probar
motores. Cada país ha desarrollado normas congruentes con el desarrollo tecnológico que
sustenta, dicho en otras palabras las especificaciones técnicas que vienen descritas en las normas
demuestran la investigación realizada en el campo de aplicación de esta.
Como se ha mencionado a lo largo de este trabajo la norma que se ha desarrollado para calcular la
eficiencia de los motores de corriente alterna, trifásicos, de inducción tipo jaula de ardilla en los
Estados Unidos Mexicanos es la NOM-016-ENER-2010 de la cual destacaremos los siguientes
puntos:
•
Campo de aplicación: Motores eléctricos de corriente alterna, trifásicos, de inducción,
jaula de ardilla, en potencia nominal de 0.746 kW hasta 373 kW, con tensión eléctrica
pág. 55
nominal de hasta 600V, abierta o cerrada, de una sola frecuencia de rotación, de posición
de montaje horizontal o vertical y régimen continuo.
Sin embargo, el mercado Mexicano es un gran consumidor de motores trifásicos
eléctricos en media tensión y a potencias superiores de 373 kW, esto se debe a que la
industria se basa en la explotación de recursos naturales como son la minería, la
extracción de petróleo, materiales para construcción, ingenios azucareros, entre otros.
Estos motores de inducción en media tensión están fuera del campo de aplicación, por lo
que se resalta la necesidad de complementar la norma.
•
Los organismos, instituciones y empresas que colaboraron para la realización de la norma
oficial Mexicana, se enlistan a continuación: Asesoría y Pruebas a Equipo Eléctrico y
Electrónico, S.A de C.V., Asociación de Normalización y Certificación, A.C, Cámara
Nacional de Manufacturas Eléctricas, Comisión Federal de Electricidad, Fideicomiso para
el Ahorro de Energía Eléctrica, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Motores US de
México, S.A. de C.V., Siemens, S.A. de C.V. y WEG México, S.A de C.V.
La norma oficial Mexicana cuenta con la colaboración de empresas líderes privadas en la
fabricación de motores eléctricos, esta participación de fabricantes tiene como principal
objetivo homologar su marca con los requerimientos técnicos obligatorios para la
comercialización de estos productos y así poner candados para evitar el ingreso de la
competencia de nuevos fabricantes, cerrando el mercado inclusive para los fabricantes
nacionales.
La norma oficial mexicana, en la cual sustente el presente trabajo, muestra los lineamientos de
fabricación de los motores de media tensión; así como las pruebas requeridas para medir su
eficiencia en México. Sin embargo es claro que la NOM-016-ENER-2010 no se encuentra a la
vanguardia tecnológica, dejando insatisfechas las necesidades de la industria en nuestro país. Es
indispensable que el desarrollo tecnológico realizado dentro de las universidades se lleve a la
aplicación y reglamentación de las normas mexicanas, cuyo enfoque vaya más allá de los costos,
proveyendo a la industria de una plataforma uniforme que así mismo favorezca el desarrollo de la
industria mexicana.
pág. 56
Apéndices
pág. 57
Apéndice “A” NORMA NMX-J-098-ANCE-2012
4
CLASIFICACIÓN
Por nivel de tensión eléctrica del sistema, las tensiones eléctricas normalizadas se clasifican en:
− Baja tensión, desde 100 volts hasta 1,000 volts;
− Media tensión, Mayor de 1,000 volts hasta 34,500 volts;
− Alta tensión, Mayor de 34,500 volts hasta 230,000 volts;
− Extra alta tensión, Mayor de 230,000 volts hasta 400,000 volts.
Clasificación
Baja tensión
Media
tensión
Alta tensión
Tabla 1.Tensiones normalizadas
Tensión eléctrica nominal del sistema (1)
Tensión eléctrica de servicio
V
V
1 fase
3 fases
3 fases
máximo
Mínimo
3 hilos
3 hilos
4 hilos
120/240
----
---480
2,400
4,160
-13,800
-23,000
-34,500
-69,000
85,000
115,000
138,000
161,000
230,000
400,000
-220 Y/127
480/277
--- (2)
---13,800 Y/ 7970
-23,000 Y/13,280
-34,500 Y/19,920
126/252
231/133.3
504/291
504
2,520
4,368
7,245
14,490
14,490/8,336
2,4150
24,150/13,943
36,225
36,225/20,915
72,450
89,250
120,750
144,900
169,050
241,500
420,000
108/216
198/114.3
432/249.9
432
2,160
3,744
6,210
12,420
12,420/7,171
20,700
20,700/11,951
31,050
31050/17,927
62,100
76,500
103,500
124,200
144,900
207,000
360,000
Tensión
eléctrica
nominal de
utilización
V
(3)
115/230
208 Y/120
460 Y/265
460
2,300
4,000
6,600
13,200
Extra alta
tensión
Notas
1-En esta tabla no se utilizan las tensiones congeladas que están es uso actualmente por que su tendencia es
su desaparición.
2-el valor máximo y mínimo de la tensión eléctrica de servicio se obtiene aplicando la tolerancia de +5% y -10%
al valor nominal de la tensión eléctrica nominal del sistema
3-La tolerancia de +5% y -10% para obtener la tensión eléctrica de servicio, es recomendada, ya que permite
disminuir la diferencia entre las bandas de tensión eléctrica (por ejemplo 120V vs 127V), sin embargo prevalece
la ley establecida en el reglamento de la ley del servicio público de la energía pública.
4-Los niveles aquí establecidos y sus tolerancias solo aplican para niveles de tensión eléctrica sostenidos y no
para fallas momentáneas.
pág. 58
Apéndice “B” NORMA NOM-016-ENER-2010
8.1 Placa de datos
La eficiencia nominal marcada por el fabricante en la placa de datos del motor, debe ser igual o mayor que
la eficiencia de la Tabla 2 de esta norma oficial mexicana, de acuerdo con su potencia nominal en kW,
número de polos y tipo de enclaustramiento.
Tabla 2.- Valores de eficiencia nominal a plena carga para motores verticales y horizontales, en por
ciento
Potencia
Potencia
MOTORES CERRADOS
MOTORES ABIERTOS
KW
HP
2 Polos
4 Polos
6 Polos
8 Polos
2 Polos
4 Polos
6 Polos
8 Polos
Nominal,
0,746
Nominal
1
77,0
85,5
82,5
74,0
77,0
85,5
82,5
74,0
1,119
1,5
84,0
86,5
87,5
77,0
84,0
86,5
86,5
75,5
1,492
5,595
2
7,5
85,5
89,5
86,5
91,7
88,5
91,0
82,5
85,5
85,5
88,5
86,5
91,0
87,5
90,2
85,5
88,5
7,460
10
90,2
91,7
91,0
88,5
89,5
91,7
91,7
89,5
11,19
22,38
15
30
91,0
91,7
92,4
93,6
91,7
93,0
88,5
91,0
90,2
91,7
93,0
94,1
91,7
93,6
89,5
91,0
29,84
40
92,4
94,1
94,1
91,0
92,4
94,1
94,1
91,0
37,30
74,60
50
100
93,0
94,1
94,5
95,4
94,1
95,0
91,7
93,0
93,0
93,6
94,5
95,4
94,1
95,0
91,7
93,6
93,25
125
95,0
95,4
95,0
93,6
94,1
95,4
95,0
93,6
111,9
223,8
150
300
95,0
95,8
95,8
96,2
95,8
95,8
93,6
---
94,1
95,4
95,8
95,8
95,4
95,4
93,6
---
261,1
350
95,8
96,2
95,8
---
95,4
95,8
95,4
---
298,4
400
95,8
96,2
---
---
95,8
95,8
---
---
pág. 59
9. Método de prueba
Todos los motores se prueban por el método de las pérdidas segregadas, en este método, a partir de
mediciones y cálculos, se determinan las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator y del rotor,
las pérdidas del núcleo y las pérdidas por fricción y ventilación; al final, las pérdidas indeterminadas se
obtienen por diferencia.
9.1 Condiciones de la prueba
Todos los motores se deben de probar en posición horizontal.
La frecuencia eléctrica de alimentación para todas las pruebas debe ser de 60 Hz con una variación de ± 0,3
%.
La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para la prueba, debe ser la tensión eléctrica nominal
indicada en la placa de datos del motor, medida en sus terminales, sin exceder una variación de ± 0,5 %, con
un desbalance máximo permitido de ± 0,5 %. El por ciento de desbalance es igual a 100 veces la desviación
máxima de la tensión eléctrica de cada fase con respecto a la tensión eléctrica promedio, dividida entre la
tensión eléctrica promedio.
La Distorsión Armónica Total (DAT) de la onda de tensión eléctrica no debe ser mayor al 5 %.
La Distorsión Armónica Total (DAT) es un indicador del contenido de armónicas en una onda de tensión
eléctrica. Se expresa como un porcentaje de la fundamental y se define como:
Donde:
Vi es la amplitud de cada armónica
V1 es la amplitud de la fundamental
Las magnitudes eléctricas que varíen senoidalmente, deben expresarse en valores eficaces, a menos que se
especifique otra cosa.
9.2 Instrumentos de medición y equipo de prueba
Los instrumentos de medición deben seleccionarse para que el valor leído esté dentro del intervalo de la
escala recomendado por el fabricante del instrumento, o en su defecto en el tercio superior de la escala del
mismo.
Los instrumentos analógicos o digitales deben estar calibrados con una incertidumbre máxima de ± 0,2 % de
plena escala.
Cuando se utilicen transformadores de corriente y de potencial, se deben realizar las correcciones necesarias
para considerar los errores de relación y fase en las lecturas de tensión, corriente y potencia eléctricas. Los
errores de los transformadores de corriente y potencial no deben ser mayores de 0,3 %.
El dinamómetro debe seleccionarse de forma que a su carga mínima, la potencia de salida demandada al
motor no sea mayor del 15 % de la potencia nominal del mismo. La instrumentación para medir el par torsional
debe tener una incertidumbre máxima de ± 0,2 % de plena escala.
La instrumentación para medir la frecuencia eléctrica de alimentación debe tener una incertidumbre máxima
de ± 0,1 % de plena escala.
La instrumentación para medir la frecuencia de rotación debe tener una incertidumbre máxima de ± 1 min-1 de
la lectura.
La instrumentación para medir la temperatura debe tener una incertidumbre máxima de ± 1 °C. Para evitar la
influencia por el acoplamiento y desacoplamiento del motor con el dinamómetro durante el desarrollo de las
pruebas de equilibrio térmico, funcionamiento, y carga mínima posible en el dinamómetro, éstas deben
realizarse sin desacoplar el motor entre ellas.
Los instrumentos de medición, equipos y aparatos para aplicar este método de prueba son los siguientes:
a) aparato para medir la temperatura detectada por los detectores de temperatura por resistencia o
termopares;
b) óhmetro a cuatro terminales, para medir resistencias bajas;
pág. 60
c) equipo para controlar la tensión de alimentación;
d) frecuencímetro;
e) vóltmetros;
f) ampérmetros;
g) wáttmetro trifásico;
h) dinamómetro;
i) torsiómetro o aparato para medir par torsional;
j) tacómetro, y
k) cronómetro.
9.3 Procedimiento de prueba
Las pruebas que conforman este método deben ser desarrolladas en la secuencia indicada. No es necesario
que cada paso sea llevado a cabo inmediatamente después del otro, sin embargo, cuando cada paso se
ejecuta en forma individual e independiente, entonces las condiciones térmicas especificadas para el mismo
deben ser reestablecidas previamente a la ejecución de la prueba.
Antes de comenzar las pruebas se debe instalar un termopar en el motor. Cuando se utilice más de un
termopar, la temperatura para los cálculos debe ser el valor promedio.
Cuando todos los termopares se localicen en los cabezales del devanado o cuando la temperatura del
termopar más caliente sea localizado en el núcleo del estator o en el cuerpo del motor, se debe aplicar el
siguiente criterio, de preferencia en el siguiente orden que se establece:
a) Entre o sobre los cabezales del devanado, procurando que queden fuera de las trayectorias del aire de
enfriamiento del motor.
En los casos en que es inaceptable abrir el motor o no es posible la colocación de termopares en los
cabezales del devanado, los termopares pueden ser instalados en:
b) el núcleo del estator (ejemplo; a través de la caja de conexiones del motor); o
c) en el cuerpo del motor.
Nota: Cuando se utilizan termopares externos ya sea en el núcleo del estator o en el cuerpo del motor, debe
asegurarse que los termopares estén posicionados tan cerca como sea posible al estator devanado, con un
buen contacto térmico. Cuidado especial debe tomarse para que el termopar quede aislado y sellado del
medio ambiente de enfriamiento.
9.3.1 Parámetros iniciales
Se miden las resistencias entre terminales de los devanados del estator y la temperatura correspondiente. Se
registran los siguientes parámetros:
1) Las resistencias entre terminales de los devanados del estator, en Ω;
2) La temperatura o el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, en el núcleo
del estator o en el cuerpo ti, en °C, y
3) La temperatura ambiente tai, en °C.
Se designa como resistencia de referencia Ri, a aquélla con el valor más cercano al promedio de las tres
registradas. Por ejemplo, cuando:
R1-2 = 4,8 Ω R1-3 = 5,0 Ω R2-3 = 5,2 Ω
El valor de la resistencia de referencia es Ri = 5.0 Ω
9.3.2 Prueba para alcanzar el equilibrio térmico
Mediante esta prueba se determinan la resistencia y temperatura de los devanados del motor operando a
carga plena.
Se hace funcionar el motor a su régimen nominal hasta alcanzar el equilibrio térmico definido en el inciso 4.5
en todos los detectores de temperatura. Se desenergiza y se desconectan las terminales de línea del motor,
se mide y registra la resistencia entre las terminales de la resistencia de referencia determinada en el inciso
9.3.1 en el tiempo especificado en la Tabla 3.
pág. 61
Tabla 3.- Tiempo al cual se debe realizar la medición de la resistencia de referencia de los devanados
del estator
Potencia Nominal, en kW
Tiempo [s]
37,5 o menor Mayor
30
de 37,5 a 150 mayor
120
de 150
Cuando se excede el tiempo establecido en la Tabla 3, se traza una curva de enfriamiento basada en la
resistencia entre el par de terminales de referencia, utilizando por lo menos 10 valores espaciados a intervalos
de 30 s, para determinar la resistencia al tiempo de retardo especificado en la Tabla 3.
Cuando los tiempos especificados en la tabla 3 se exceden en más del doble para el registro de la primera
lectura, se anula y se repite la prueba.
Se miden y registran:
1) La resistencia entre las terminales de referencia, Rf, en Ω;
2) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, en el núcleo del estator o en el
cuerpo, tf, en °C;
3) La temperatura ambiente, taf, en °C, y
4) El tiempo al que se midió o determinó la resistencia Rf, en s.
9.3.2.1 Cálculo del incremento de temperatura por resistencia
Se determina el incremento de temperatura (∆t) después de que el motor ha alcanzado el equilibrio térmico
mediante la siguiente ecuación:
Donde:
tfr Es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico (calculado por resistencia)
K es la constante del material y es igual a 234,5 para el cobre puro. Para otros materiales en los devanados,
debe usarse el valor especificado por el fabricante del material.
9.3.3 Prueba de funcionamiento
Al término de la prueba anterior, se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica nominal medida en sus
terminales, a 60 Hz y potencia nominal. Se aplican en forma descendente dos valores de carga arriba de la
potencia nominal, 130 % y 115 %; así como cuatro valores de carga al 100 %, 75 %, 50 % y 25 % de la
potencia nominal, con una tolerancia de ± 2 %.
La temperatura en los devanados del estator, en el núcleo del estator o en el cuerpo del motor, debe estar
como máximo 10 °C abajo de la temperatura registrada en la prueba para alcanzar el equilibrio térmico, antes
de dar inicio a la prueba de funcionamiento.
Se miden y registran los siguientes parámetros para cada uno de los valores de carga:
1) El promedio de las tensiones eléctricas entre terminales, en V;
2) Frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz;
3) El promedio de las corrientes eléctricas de línea, Im, en A;
4) La potencia de entrada, Pe, en kW
5) El par torsional del motor, Tm, en N·m;
6) La frecuencia de rotación, nm, en min-1;
7) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, en el núcleo del estator o en el
cuerpo, para cada valor de carga, tm, en °C, y
8) La temperatura ambiente para cada valor de carga, tam, en °C.
9.3.4 Prueba de carga mínima posible en el dinamómetro
Se ajusta el dinamómetro a su carga mínima y se opera el motor a su tensión eléctrica nominal, medida en
sus terminales y 60 Hz, hasta que la potencia de entrada no varíe más del 3 % en un lapso de 30 min.
pág. 62
Con la potencia de entrada estabilizada a la carga mínima del dinamómetro, se miden y registran:
1) El promedio de las tensiones eléctricas entre terminales, en V;
2) La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz;
3) El promedio de las corrientes eléctricas de línea, Imín, en A;
4) La potencia de entrada, Pmín, en kW;
5) El par torsional del motor, Tmín, en N·m;
6) La frecuencia de rotación, nmín, en min-1;
7) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura en el núcleo del
estator o en el cuerpo tmín, en °C, y
8) Se verifica que la potencia de salida Pd demandada al motor bajo prueba, sea menor al 15 % de su
potencia nominal. Donde Pd en kW, se calcula de la siguiente forma:
9.3.5 Prueba de operación en vacío
Se desacopla el motor del dinamómetro y se opera en vacío a su tensión eléctrica nominal, medida en las
terminales del motor y 60 Hz, hasta que la potencia de entrada varíe no más del 3 % en un lapso de 30 min.
Se aplican en forma descendente tres o más valores de tensión eléctrica entre el 125 % y el 60 % de la
tensión eléctrica nominal, espaciados en forma regular; dentro de estos tres valores debe incluirse la medición
al 100% de la tensión eléctrica nominal, de la misma manera, tres o más valores entre el 50 % y el 20 % de la
tensión eléctrica nominal o hasta donde la corriente eléctrica de línea llegue a un mínimo o se haga inestable.
La prueba debe ser llevada a cabo lo más rápidamente posible y las mediciones deben tomarse en forma
descendente respecto a la tensión máxima aplicada.
Para cada valor de tensión eléctrica, se miden y registran:
1) El promedio de las tensiones eléctricas entre terminales, en V;
2) La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz;
3) El promedio de las corrientes eléctricas de línea, I0, en A;
4) La potencia de entrada en vacío P0, en kW;
5) La frecuencia de rotación, n0, en min-1, y
6) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura en el núcleo del
estator o en el cuerpo, para cada valor de tensión, t0, en °C.
10.2 Información
Toda la información contenida en la placa de datos debe estar en idioma español y la
mínima que se debe marcar en la placa de datos del motor es:
información
•
Nombre del fabricante o del distribuidor, o logotipo o marca registrada;
•
Modelo designado por el fabricante o distribuidor utilizado para identificación comercial;
•
Tipo de enclaustramiento (abierto o cerrado, de acuerdo con el Apéndice informativo D);
•
País de origen de fabricación;
•
La eficiencia nominal, en por ciento, precedida del símbolo "ᶯ" (2 dígitos enteros y 1 decimal);
•
La potencia nominal en kW;
•
La tensión eléctrica en V;
•
La frecuencia eléctrica en Hz, y
•
-1
La frecuencia de rotación en min o r/min.
Además de la información
sean aplicables.
especificada
por otras normas oficiales mexicanas vigentes que
pág. 63
Los motores certificados en el cumplimiento de la presente norma oficial mexicana, una vez
publicado como norma oficial mexicana definitiva, podrán ostentar la contraseña del organismo
certificador dentro o fuera de la placa de datos.
pág. 64
Apéndice “C” Análisis de regresión lineal y corrección del dinamómetro
Análisis de Regresión Lineal
(Normativo)
El propósito del análisis de regresión lineal es el encontrar una relación matemática entre dos conjuntos de
variables, tal que los valores de una variable puedan ser usados para predecir la otra. La regresión lineal
asume que los dos conjuntos de variables están relacionados linealmente; esto es, que cuando los valores de
dos variables (xi, yi) son graficados, los puntos casi se ajustarán a una línea recta. El coeficiente de
correlación (ϒ), indica qué tan bien se ajustan estos pares de valores a una línea recta.
La relación de una línea recta se expresa de la siguiente forma:
Y = AX + B
Donde:
Y es la variable dependiente;
X es la variable independiente;
A es la pendiente de la recta, y
B es la intersección de la recta con el eje de las ordenadas.
La pendiente de la recta (A) y la intersección con el eje de las ordenadas se calculan usando las siguientes
dos fórmulas de regresión lineal:
Donde:
N es el número de parejas (xi, yi), el coeficiente de correlación (ϒ) se calcula usando la siguiente fórmula:
Los valores del coeficiente de correlación van desde -1 a +1. Un valor negativo indica una relación negativa
(es decir, cuando X aumenta, Y disminuye o viceversa), y un valor positivo indica una relación positiva (es
decir, cuando X aumenta, Y aumenta). Entre más cercano es el valor a -1 o +1 es mejor la relación. Un
coeficiente de correlación cercano a cero indica una inexistencia de relación.
Cálculo del factor de corrección del dinamómetro (FCD)
(Normativo)
Con las mediciones realizadas en los incisos 9.3.4 y 9.3.5 al 100 % de la tensión eléctrica nominal, se calcula:
a) El deslizamiento por unidad de la frecuencia de rotación con respecto a la frecuencia de rotación síncrona,
con el dinamómetro a su carga mínima, de acuerdo con la siguiente ecuación (Smín):
Dónde:
nmín es la frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima medida en el inciso 9.3.4, en min-1,
y ns es la frecuencia de rotación síncrona, calculada como en el inciso 9.4.3, en min-1.
b) Las pérdidas por efecto Joule en el estator con el dinamómetro a su carga mínima:
Dónde:
Imín es el promedio de las corrientes de línea durante la prueba con carga mínima en el dinamómetro del
inciso 9.3.4, en A, y Rmín es la resistencia de referencia corregida a la temperatura de los devanados del
estator durante la prueba con carga mínima en el dinamómetro, calculada mediante la siguiente ecuación:
Dónde:
Ri es la resistencia de referencia, del inciso 9.3.1, en ohm;
tmín es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura en el
núcleo del estator o en el cuerpo, con el dinamómetro a su mínima carga, del inciso 9.3.4, en °C;
ti es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la temperatura en el núcleo
del estator o en el cuerpo, del inciso 9.3.1, en °C, y
K es la constante del material y es igual a 234,5 para el cobre puro. Para otros materiales en los devanados,
debe usarse el valor especificado por el fabricante del material.
pág. 65
c) El factor de corrección del dinamómetro:
Dónde:
Pmín es la potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima, medida en el inciso 9.3.4, en kW
Pn son las pérdidas en el núcleo calculadas en el inciso 9.4.1 en kW
Po-I2REo es calculado en el inciso 9.4.1 a), en kW
Tmín es el par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima, medida en el inciso 9.3.4 en N.m
no es la frecuencia de rotación en vacío, en min-1.
pág. 66
Apéndice “D” Nomenclatura
FCD
es el Factor de Corrección del Dinamómetro, en N·m
I0
es el promedio de las corrientes de línea con el motor operando en vacío, en A
Im
es el promedio de las corrientes de línea para cada valor de carga, en A
Imín
es el promedio de las corrientes de línea con el dinamómetro a su carga mínima, en A
2
I RE0
son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator para la operación en
vacío del motor, en kW
2
I Rm
son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator para cada valor de carga, en
2
kW I Rmc
son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator para cada valor de carga,
referidas a una temperatura ambiente de 25°C, en kW
2
I Rmín
2
I Rr
son las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator durante la prueba con carga
mínima en el dinamómetro, en kW
son las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor para cada valor de carga, en kW
I2Rrc
son las pérdidas por efecto Joule en el devanado del rotor para cada valor de carga,
referidas a una temperatura ambiente de 25°C en kW
K
es la constante del material de los devanados del estator
-1
nm
es la frecuencia de rotación para cada valor de carga, en min
nmín
es la frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima, en min
n0
es la frecuencia de rotación en vacío, en min
ns
-1
es la frecuencia de rotación síncrona, en min
P0
es la potencia de entrada con el motor operando en vacío, en kW
Pd
es la potencia demandada al motor bajo prueba por el dinamómetro a su carga mínima,
-1
-1
en kW
Pe
es la potencia de entrada para cada valor de carga, en kW
Pfv
son las pérdidas por fricción y ventilación, en kW
Ph
son las pérdidas en el núcleo, en kW
Pind
son las pérdidas indeterminadas, en kW
Pmín
es la potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima,
en kW
pág. 67
Pres
es la potencia residual para cada valor de carga, en kW
Ps
es la potencia de salida corregida para cada valor de carga, en kW
Psc
es la potencia de salida corregida para cada valor de carga, referida a una temperatura
ambiente de 25°C, en kW
RE0
es la resistencia del estator medida entre las terminales de referencia, a la temperatura
de la prueba de operación en vacío, en Ω
Rf
es la resistencia del estator medida entre las terminales de referencia después de la
estabilización térmica del motor al 100% de su carga nominal, en Ω
Ri
es la resistencia de referencia medida inicialmente con el motor en frío, en Ω
Rm
es la resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados para cada valor de
carga, en Ω
Rmc
es la resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados para cada valor de
carga, referida a una temperatura ambiente de 25°C, en Ω
Rmín
es la resistencia de referencia corregida a la temperatura de los devanados durante la prueba
con carga mínima en el dinamómetro, en Ω
Sm
es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona, para cada valor de
carga medido
Smc
es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona, para cada valor de
carga medido, referido a una temperatura ambiente de 25°C
Smín
es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación síncrona, con el
dinamómetro a su carga mínima
Tc
es el par torsional del motor corregido para cada valor de carga, en N·m
Tm
es el par torsional del motor para cada valor de carga, en N·m
Tmín
es el par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima, en N·m
t0
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo de estator o en cuerpo, para cada uno de los valores de tensión con
el motor operando en vacío, en °C
taf
es la temperatura ambiente durante la prueba de estabilidad térmica a carga plena, en °C
tai
tam
es la temperatura ambiente
resistencia y temperatura, en °C
durante la medición de los valores iniciales de
es la temperatura ambiente durante las pruebas a diferentes cargas, en °C
tc
es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por
resistencia
tfr
referida a una temperatura ambiente de 25°C, en °C
pág. 68
tf
tfr
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, después de la estabilización térmica a la
cual se midió la resistencia Rf , en las terminales de referencia, en °C
es la temperatura de los devanados del estator en equilibrio térmico calculada por resistencia
ti
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, con el motor, en frío, en °C
tm
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, para cada valor de carga, en °C
tmc
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, para cada valor de carga, en °C,
corregidas mediante la siguiente ecuación: tmc = tfr / tf * tm
tmín
es el promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator, o la
temperatura en el núcleo del estator o en el cuerpo, con el dinamómetro a su carga mínima, en
°C
γ
es el factor de correlación para el análisis de regresión lineal
η
es la eficiencia nominal, en por ciento
ηm
DAT
es la eficiencia calculada a la potencia nominal del motor, en por ciento
es la distorsión armónica total, en por ciento
pág. 69
Anexos
pág. 70
Hoja de datos técnicos de un motor de media tensión
pág. 71
Curva de capacidad térmica en sobrecarga
pág. 72
Curvas características en función de la rotación
pág. 73
Desempeño en condiciones de carga
pág. 74
Informe de Pruebas de Rutina
pág. 75
Bibliografía
NMX-J-075/1-ANCE
Aparatos Eléctricos-Máquinas Rotatorias Parte 1: Motores de Inducción de
Corriente Alterna del Tipo de Rotor en Cortocircuito, en Potencias Desde 0,062 a
373 kW-Especificaciones.
NMX-J-075/2-ANCE
Aparatos Eléctricos-Máquinas Rotatorias Parte 2: Motores de Inducción de
Corriente Alterna del Tipo de Rotor en Cortocircuito, en Potencias GrandesEspecificaciones.
NMX-J-075/3-ANCE
Aparatos Eléctricos-Máquinas Rotatorias Parte 3: Métodos de Prueba para
Motores de Inducción de Corriente Alterna del Tipo de Rotor en Cortocircuito, en
Potencias desde 0,062 kW-Métodos de Prueba.
NEMA MG 1
Motors and Generators.
pág. 76