REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Hay muchos tipos de motores eléctricos, desde los servomotores de altas prestaciones y elevado coste, hasta los motores de las gamas más económicas, todo ello incluyendo muchos tipos de motores especiales. La selección del motor indicado para una aplicación determinada depende de muchas variables, pero a menudo un motor de inducción de CA convencional será la mejor opción. Estos motores tienen un coste relativamente bajo y son fiables, de buen rendimiento, y en general los técnicos en todos los sectores industriales los conocen bien. Los principales factores a considerar para la selección de este tipo de motor se exponen a continuación.

Alimentación eléctrica
La mayoría de las alimentaciones de red son de corriente alternativa monofásica o trifásica, siendo esta última prácticamente universal en el entorno industrial. Por tanto, en función de la alimentación disponible, se emplearán motores monofásicos o trifásicos. Los motores trifásicos tienden a ser de menor tamaño y de mayor potencia.

Es también imperativo considerar la tensión nominal del motor frente a la tensión de alimentación; para tener en cuenta las pérdidas de distribución, es frecuente que el motor tenga una tensión nominal -indicada en su placa de características- alrededor de 10% menor que la tensión de alimentación.

La alimentación de red es de corriente alterna -en lugar de corriente continua -, y su frecuencia, medida en hercios, es constante. El motor seleccionado normalmente tendrá la misma frecuencia nominal que la frecuencia de alimentación, dentro de un margen aproximado de 5%.

Cuando se produzcan amplias variaciones de tensión y/o frecuencia nominales de la alimentación, las prestaciones del motor sufrirán mermas y la vida útil de éste podrá reducirse. No obstante, debe tenerse en cuenta que los motores pueden usarse con dispositivos de accionamiento de velocidad variable, los cuales permiten regular la velocidad del motor mediante la variación de la frecuencia de la alimentación. Estos dispositivos son los llamados variadores de frecuencia.

Requisitos del sistema
El equipo accionado exigirá unas determinadas prestaciones de su motor de accionamiento, entre ellas la velocidad nominal, el par y la potencia de salida.

La velocidad nominal es función de la frecuencia de alimentación y del número de polos del motor. La velocidad aumenta con la frecuencia, pero decrece cuanto mayor es el número de polos. La velocidad teórica de un motor eléctrico se denomina velocidad de sincronismo, pero la velocidad real del motor es siempre inferior debido a diversas pérdidas eléctricas y mecánicas. Esto se denomina deslizamiento, y tiene normalmente un valor de 5-20%.

El par y la potencia determinan el tamaño del motor para cada aplicación. El par está constituido por una fuerza giratoria que actúa con un determinado radio de giro. La potencia aumenta con la velocidad, y es una medida del trabajo realizado a lo largo del tiempo.

No obstante, las características del par de un motor deben entenderse. El par de arranque es normalmente más alto que el par a plena carga; normalmente éste disminuye ligeramente a medida que el motor aumenta su velocidad, para luego aumentar de nuevo hasta un valor superior al par de arranque y seguidamente disminuir bruscamente hasta su par a plena carga, en cuyo punto el motor desarrolla su potencia nominal, expresada normalmente en kilovatios o caballos vapor. Durante la rampa de aceleración, el motor consume mucha más intensidad que su intensidad nominal, pero ésta se estabiliza a la velocidad a plena carga.

Las características del arranque del motor deben seleccionarse para cada aplicación. En la práctica se pueden extraer ventajas de estas características, por ejemplo, mediante la aplicación de un arranque suave para una banda transportadora, o un arranque rápido para un ventilador.

Clasificación de los motores
La clasificación de los motores es una cuestión compleja, pero unas cuantas reglas básicas y un poco de sentido común serán útiles. Hay dos sistemas principales de clasificación, IEC en Europa y NEMA en América, y en la industria se empleará generalmente uno de estos dos sistemas (aunque hay otros sistemas especiales de clasificación para aplicaciones marinas, aeronáuticas y de otros campos). La descripción detallada de las diferentes clasificaciones no tiene cabida en el presente artículo, pero podrá consultarse en internet o ser explicado por un buen proveedor especializado.

No obstante, los aspectos clave que se han de considerar son:

• El coeficiente de trabajo, o la sobrecarga que el motor deba soportar.
• El tipo de aislamiento, una cuestión crítica relativa a la seguridad y la vida útil.
• La temperatura; los motores se calientan durante el funcionamiento y pueden necesitar refrigeración forzada por aire o incluso por agua.
• El cerramiento; cuando un motor tenga que trabajar en un espacio reducido, puede producirse una acumulación de calor significativa.

Emisiones de carbono
Las clasificaciones del rendimiento energético llevan aplicándose a los motores eléctricos desde hace varios años, pero la legislación en esta materia es cada vez más estricta y los motores de bajo rendimiento ya no cumplen las normativas actuales.

Además, la Unión Europea acaba de introducir las normas mínimas de rendimiento energético. Con ellas no se mide el rendimiento del motor, sino el rendimiento de la totalidad del sistema de accionamiento, incluidos los elementos mecánicos del tren cinemático, el variador de velocidad y el dispositivo de arranque suave. Así pues, ya no es aceptable instalar simplemente un motor de buen rendimiento; debe certificarse toda la instalación.

Es aquí que merece indicarse que la práctica tradicional de sobredimensionar un motor eléctrico de manera que disponga de una potencia de reserva para, por ejemplo, poder soportar sobrecargas o posibles agarrotamientos, es efectivamente ilegal. En lugar de ello, debe instalarse un variador de velocidad para resolver estos problemas adecuadamente.

Elementos mecánicos
Hay también algunas cuestiones mecánicas que deben considerarse. La primera es que los rodamientos -y sus juntas de protección- del motor eléctrico deben estar indicados para las cargas de trabajo que habrán de soportar. Esto normalmente lo cubren las normas, pero merece la pena obtener el asesoramiento de un proveedor especializado cuando la aplicación sea de alguna manera inusual.

La segunda cuestión mecánica es el montaje. Los dos métodos comunes de montaje son el montaje con brida y el montaje sobre patas. En ambos casos se ha de asegurar la solidez del montaje y su capacidad de resistir años de trabajo; en el caso de montaje sobre patas, ha de comprobarse también que el eje del motor esté a la altura indicada para la conexión con el equipo accionado. Y se podrá además tener que considerar el ruido y las vibraciones, el mantenimiento y el desmontaje.

El presente artículo ha tratado sólo las cuestiones básicas de la selección e instalación de los motores eléctricos. Pero teniendo en cuenta los principios fundamentales y haciendo uso de los conocimientos técnicos de proveedores especializados, se deberá poder realizar la selección correcta del motor eléctrico.

Igualmente, merece tenerse en cuenta que el coste de compra de un motor eléctrico es probablemente alrededor del 5% del coste total de propiedad, por lo que la elección de la opción más barata no es realmente la mejor manera de ahorrar dinero.