La ingeniería de detalle de los
motores puede proporcionarnos importantes oportunidades de eficiencia
energética. Uno de los aspectos a abordar en el análisis de los motores es la
operación bajo condiciones de servicio inusuales, que puede resultar en
pérdidas de eficiencia y consumo de energía adicional. Tanto los motores
estándar como los eficientes energéticamente pueden tener su eficiencia y vida
útil reducidas por un sistema eléctrico pobremente mantenido. La supervisión de
voltaje es importante para mantener operación de alta eficiencia y corregir
problemas potenciales antes de que ocurra algún fallo.
Los motores deben ser
apropiadamente seleccionados de acuerdo con las condiciones de servicio
conocidas. Por ejemplo, en NEMA Standards Publication MG1-1987, Motors and
Generators las condiciones de servicio usuales incluyen:
- Exposición a temperatura ambiente entre 0 ºC y 40 ºC.
- Instalación en áreas o envolventes que no interfieran seriamente con la ventilación de la máquina.
- Operación con una tolerancia de +/- 10 % del voltaje nominal.
- Operación con una fuente de voltaje de onda sinusoidal (no excederá un factor de desviación del 10 %).
- Operación dentro de una tolerancia de +/-10 % de voltaje nominal.
- Operación de una fuente de voltaje de onda sinusoidal (no excederá un factor de desviación del 10 %).
- Operación con una tolerancia de +/- 5 % respecto a la frecuencia nominal.
- Operación desde una fuente de voltaje de onda sinusoidal (no excederá un factor de desviación del 10 %).
- Operación con desequilibrio de voltaje de un 1 % o menos.
Sobrevoltaje
Cuando el voltaje se incrementa,
la corriente magnetizante se incrementa por una función exponencial. En ese
punto, dependiendo del diseño del motor, la saturación del hierro del núcleo se
incrementará y ocurrirá un sobrecalentamiento. A alrededor del 10 – 15 % de
sobrevoltaje eficiencia y factor de potencia decrecerán significativamente
mientras que decrece el deslizamiento a plena carga. La corriente de arranque,
par de arranque y par máximo se incrementan significativamente con condiciones de
sobrevoltaje. Un voltaje que está en los límites superiores de tolerancia frecuentemente
indica que una toma del transformador se ha movido en la dirección equivocada.
Un relé de sobrecarga no reconocerá esta situación de sobrevoltaje y, si el
voltaje es más de un 10 % superior, el motor puede sobrecalentarse. La
operación en sobrevoltaje con corrientes VAR por encima de los límites
aceptables durante periodos de tiempo extendidos pueden acelerar el deterioro
del aislamiento del motor.
Sub voltaje
Si el motor opera a velocidad
reducida, incluso dentro de los límites permitidos del 10 %, el motor extraerá
una corriente incrementada para producir los requerimientos de par impuestos
por la carga. Esto causa un incremento tanto en las pérdidas I2R del
estator y del rotor. Los voltajes bajos pueden también prevenir que el motor
desarrolle un par de arranque. Los efectos en la eficiencia del motor, factor
de potencia, RPM, y corriente de operación fuera del voltaje de diseño nominal se indican
en el diagrama con el que abrimos este artículo.
La eficiencia de operación
reducida debido a voltajes bajos en los terminales del motor es generalmente
debida a unas caídas excesivas en el sistema de alimentación. Si el motor está
al extremo de una alimentación de gran longitud, puede ser necesaria la reconfiguración.
El voltaje del sistema puede también ser modificado por:
- Ajustando las configuraciones de la toma del transformador.
- Instalando un equipo de cambio de toma automático si las cargas del sistema varían considerable en el curso del día.
Ya que la eficiencia y la vida
útil se degradan por variaciones de voltaje, sólo los motores con capacidad de
voltaje compatible deben ser especificados para un sistema.
Desequilibrio de voltaje de fase
El desequilibrio de voltaje
ocurre cuando hay voltajes desiguales en las líneas a un motor de inducción.
Este desequilibrio en los voltajes ocurre cuando hay voltajes desiguales en las
líneas a un motor de inducción polifásico. Este desequilibrio en los voltajes
de fase también causan que las corrientes de línea están fuera de equilibrio.
Las corrientes de desequilibrio causan pulsación del par, vibraciones, tensión
mecánica incrementada en el motor, y sobrecalentamiento de uno y posiblemente
dos devanados de fase. Esto resulta en un incremento dramático en las pérdidas
del motor y generación de calor, y ambos hacen disminuir la eficiencia del
motor y acortan su vida. El desequilibrio de voltaje es definido por NEMA como
100 veces la desviación máxima del voltaje de línea desde el voltaje promedio
en un sistema trifásico dividido por el voltaje promedio. Por ejemplo, si los
voltajes de línea medidos son 462, 463 y 455 voltios, el promedio es 460
voltios. El desequilibrio de voltaje es:
Un desequilibrio de voltaje de sólo
un 3,5 % puede incrementar las pérdidas del motor en aproximadamente un 20 %.
Desequilibrios de aproximadamente el 20 %. Desequilibrios de alrededor del 5 %
indican un serio problema. Desequilibrios por encima de un 1 % requieren
reducción de potencia del motor, y anularán la garantía del fabricante. Por NEMA
MG1-14.35, un desequilibrio de voltaje del 2,5 % requerirá reducir la potencia
por un factor de 0,925 aplicado a la potencia del motor. En el siguiente
diagrama se dan los factores para reducción de potencia debidos a
desequilibrios de voltaje.
Causas comunes del desequilibrio
de voltaje son:
- Operación defectuosa de equipos de conexión de de factor de potencia automático.
- Suministro de la distribuidora inestable o desequilibrado.
- Suministro con banco de transformador desequilibrado a carga trifásica que es demasiado grande para el banco.
- Cargas monofásicas desigualmente distribuidas en el mismo sistema de potencia.
- Fallos a tierra de fases individuales no identificadas.
- Un circuito abierto en el primario del sistema de distribución.
Los siguientes pasos asegurarán
un equilibrio del sistema más apropiado:
- Controlar el diagrama unifilar del sistema eléctrico para verificar que las cargas monofásicas están uniformemente distribuidas.
- Regularmente supervisar voltajes en todas las fases para verificar que existe una mínima variación.
- Instalar indicadores de fallo de tierra requeridos.
- Realizar inspecciones termográficas anuales.
Bibliografía
·
Motor
Operation Efficiency Under Abnormal Conditions. CSANYIGROUP
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