EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE

MOTORES ELÉCTRICOS

Expectativa de la Evaluación de Motores

1-¿2 componentes del motor? Estator, Rotor

2-¿3 tipos de pérdidas? Eléctricas, magnéticas,

mecánicas

3-¿Qué las genera? Bobinas, hierro, fricciones

4-¿Qué entrega el motor? Potencia mecánica

5-¿Cuál es su eficiencia? Potencia mecánica de salida entre

Potencia eléctrica de entrada

Repaso de Conceptos Usados en los Motores Eléctricos

Potencia Eléctrica

(kW)

Potencia Mecánica

(kW)

POTENCIA APARENTE = S = V*A

POTENCIA ACTIVA = P = S | cos q | = Watt

FACTOR DE POTENCIA = | cos q |

POTENCIA REACTIVA = Q = V*Ar

POTENCIA ELÉCTRICA = V*A*FP*raíz(3)/1000 (kW)

POTENCIA MECANICA = 2*p*RPM*PAR/60000 (kW)

EFICIENCIA = Potencia Eléctrica (kW) / Potencia Mecánica (kW)

El tema Evaluación de los MOTORES ELECTRICOS, esque partiendo del conocimiento de los elementos quelo componen y de su comportamiento, se definan lascausas de las pérdidas en su operación, para quemediante su posible corrección, se mantengantrabajando a su máxima eficiencia.

OBJETIVO

El MOTOR convierte ENERGÍA ELÉCTRICA en

ENERGÍA MECÁNICA para realizar un trabajo.

• El 99% de las instalaciones para bombeo de agua

potable usan el Motor Eléctrico para entregar la

ENERGÍA MECÁNICA que mueve los EQUIPOS DE

BOMBEO encargados del trabajo hidráulico.

INTRODUCCION

• El Motor Eléctrico es el elemento básico en todas las

instalaciones fijas que realizaran un trabajo mecánico.

• El motor eléctrico usa energía eléctrica de corriente

alterna trifásica para convertir energía eléctrica en

mecánica de rotación.

Embobinado del estator

Embobinado del rotor

Flecha que entrega la

potencia, energía

mecánica

Entrada de potencial,

energía eléctrica

Laminado de hierro

magnético del estator

Laminado de hierro

magnético del rotor

COMPONENTES DEL MOTOR ELÉCTRICO

MOTORES

VERTICALES

MOTOR

SUMERGIBLE

SUMIDERO

MOTOR PARA BOMBA

SUMERGIBLE

MOTORES

HORIZONTALES

TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS

TORNILLO

DE

SEGURIDAD

FLECHA DE

LA BOMBA

EMBOBINADO

DEL ESTATOR

TAPA DEL

MOTOR

FLECHA DEL

MOTOR

TUERCA DE FLECHA

PARA CALIBRACION

LAMINADO DE HIERRO

MAGNETICO DEL ROTOR

Y BOBINAS EN CORTO

CIRCUITO, JAULA DE

ARDILLA

LAMINADO DE HIERRO

MAGNETICO DEL

ESTATOR

MOTOR TIPO VERTICAL ALTA EFICIENCIA

Eficiencias de motores

nuevos entre 75% y

87% según NOM-010-

ENER-2010

Gran longitud

Poco diámetro en el hierro del rotor y

en el del estator por lo cual se

requiere una gran longitud de ellos

para producir la potencia deseada

para el trabajo de la bomba.

Por esta razón tiene poca eficiencia.

MOTOR TIPO SUMERGIBLE

UNA SELECCIÓN ADECUADAPERMITE OBTENER LA MAYOREFICIENCIA EN LA OPERACIÓNDEL MOTOR

• Potencia (HP o kW)

• Número de polos

• Velocidad (rpm)

• Voltaje y frecuencia (Volt, Hz)

• Consumo de corriente

• Factor de Potencia (FP%)

• Eficiencia (h)

• Temperatura de operación (+ºC)

• Altitud (m.s.n.m.)

• Condiciones de operación

• Tipo de montaje

• Tipo de acoplamiento

Factores que influyen en la eficiencia

• La carcasa es: anclaje que resiste el par motor, soporta el eje del rotormediante rodamientos y sus aletas disipan el calor.

• El ESTATOR - consta de una carcasa, un núcleo de hierro magnético laminadoy un embobinado de alambre conductor de cobre aislado.

DISEÑO DE PARTES QUE CONTRIBUYEN A LA EFICIENCIA DEL MOTOR

Su estado físico es básico para la eficiencia de operación.

• Las pérdidas se convierten en calentamiento que se trasmite a la carcasa paraevitar que se deteriore el barniz aislante y aumente la resistencia eléctrica.

• EL ROTOR

Ranuras de rotor

geométricamente

Optimizadas.

Se compone de laminación de hierro

magnético con ranuras para inyectar el

conductor de cobre o aluminio que forma el

embobinado puesto en corto circuito en los

extremos, montado sobre una flecha, con

un ventilador en un extremo.

Cobre de Alta

Conductividad.

Reducción de

pérdidas por

ventilación

debido al

acabado liso de

los anillos de

corto circuito.

Tipo de rodamientos

(antifricción)

DISEÑO DE PARTES QUE CONTRIBUYEN A LA EFICIENCIA DEL MOTOR

Flecha

Rodamiento

Rotor jaula

de ardilla

Tapa de carcasa Ventilador

Se requiere ventilador de

gran capacidad de flujo

para disipar las pérdidas

en el motor limitando la

temperatura de trabajo

mediante el enfriamiento.

Sistema avanzado de Enfriamiento

Pérdidas en

Embobinado

disipada por

el estator

Pérdidas

mecánicas

por

ventilador

Pérdida

mecánica,

fricción en

rodamientos

Pérdida en

el rotor,

• Vista infrarroja de las Pérdidas en un Motor Eléctrico

PÉRDIDAS EN UN MOTOR ELÉCTRICO

La diferencia de potencial (V) aplicada a las bobinas del

motor, origina una corriente eléctrica (A) que genera

campos magnéticos en el hierro del estator, estos inducen

en el hierro del rotor magnetismo que produce una

corriente en su embobinado (jaula de ardilla en corto

circuito), los campos magnéticos producen fuerzas

opuestas y hacen girar el rotor con un par motor (F*d) y

una velocidad de rotación (rpm), el resultado es una

POTENCIA que hace trabajar a la bomba.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELÉCTRICO

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

En las tres fases se producen corrientes

variables debido a voltajes senoidales

que generan campos magnéticos

variables en el estator del motor.

El campo magnético cierra el circuito

magnético con el hierro del rotor

generado en la bobina en corto circuito

del rotor una corriente que genera unafuerza electromagnética.

¿QUE HACE GIRAR A UN MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE ARDILLA?

Esta fuerza variable en el rotor crea un

Par Motor debido a la existencia de undeslizamiento y lo hace girar.

• Se llama DESLIZAMIENTO (s) a la relación entre la velocidad derotación real y la sincrónica correspondiente según el número de polosdel motor como sigue:

Principio de Funcionamiento acerca del Deslizamiento

• El deslizamiento genera la fuerza electromotriz debido a la corriente

inducida en el rotor por el flujo magnético.

• La velocidad de sincronismo correspondiente se obtiene:

rpmsincro=60*f (Hz)*2/p

• En la placa de cada motor siempre se encuentra la velocidad del rotor o

sea de la flecha a plena carga y el número de polos (p), rpm de placa.

• Por consiguiente el rotor gira con una velocidad menor a la que giran los

capos magnéticos del estator (rpmsincro).

s=1-(rpmreal/rpmsincro)

La tensión e2 inducida en el rotor

debida al deslizamiento, establece una

corriente i2 que circula en el anillo en

corto circuito de la jaula de ardilla del

rotor de largo=L y diámetro=d

Esta corriente i2 en el rotor crea una

densidad de flujo magnético B a lo

largo del anillo y a su vez una fuerza F

que produce un par motor (Torque) y

por la velocidad de rotación, una

Potencia.

F=B*i2*L*constante

Principio de Funcionamiento Eléctrico en el Rotor

PAR MOTOR = F * d

Diagrama Unifilar de Funcionamiento del Motor eléctrico

Voltaje senoidal

aplicado 460 V

Resistencia del

embobinado del

estator

Corriente en la

alimentación al

motorCorriente en el rotor Inductancia

en el rotor

Resistencia de la

jaula de ardilla

Inductancia en el

hierro del estator

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ELECTRICO

Potencia= Par*2*p*rpm

B = flujo magnético - weber (Wb) - m2 · kg · s-2 · A-1 - V·s

B flujo magnético o flujo de inducción magnética–sus unidades son:

F=B*i2*L*constante

PAR MOTOR = F * d

Diagrama Vectorial de Funcionamiento del Motor eléctrico

-E1=E2

V=Voltaje de entrada

-E1=V-I1R1-I1X1

I2=-I1-In

Potencia= (i22*R2/s)-1

:

La potencia mecánica P2 entregada en la flecha de un motor, se obtiene

después de transformar energía, tratando de sufrir un mínimo de pérdidas.

BALANCE DE POTENCIA DE UN MOTOR

pérdidas eléctrica: pCu1estator+pCu2rotor

P2 = P1-pelec-pmag-pmec

pérdidas magnéticas: pFe1estator+pFe2rotor+pFe_entrehierro

pérdidas mecánicas: pfric+ pvent

h=(Potencia Mecánica P2/ Potencia Eléctrica P1)*100

Eficiencia típica de motores estándar de inducción tipo jaula de ardilla de 1800 RPP

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 25 50 75 100 125

Carga (%)

Efic

ien

cia

(%

)

1 HP 10 HP 100 HP

• Curvas de eficiencia de motores comunes

• Mientras más grande

sea el motor, más

plana es esta curva y

la eficiencia tenderá a

caer para un el

porcentaje de carga

mayor cuando más

chico es el tamaño delmotor

EFICIENCIA DE UN MOTOR SEGÚN FACTOR DE CARGA Y TAMAÑO

kW CP 2 Polos 4 Polos 6 Polos 8 Polos 2 Polos 4 Polos 6 Polos 8 Polos

0,746 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 2 85,5 86,5 88,5 82,5 85,5 86,5 87,5 85,5

2,238 3 86,5 89,5 89,5 84,0 85,5 89,5 88,5 86,5

3,730 5 88,5 89,5 89,5 85,5 86,5 89,5 89,5 87,5

5,595 7,5 89,5 91,7 91,0 85,5 88,5 91,0 90,2 88,5

7,460 10 90,2 91,7 91,0 88,5 89,5 91,7 91,7 89,5

11,19 15 91,0 92,4 91,7 88,5 90,2 93,0 91,7 89,5

14,92 20 91,0 93,0 91,7 89,5 91,0 93,0 92,4 90,2

18,65 25 91,7 93,6 93,0 89,5 91,7 93,6 93,0 90,2

22,38 30 91,7 93,6 93,0 91,0 91,7 94,1 93,6 91,0

29,84 40 92,4 94,1 94,1 91,0 92,4 94,1 94,1 91,0

37,30 50 93,0 94,5 94,1 91,7 93,0 94,5 94,1 91,7

44,76 60 93,6 95,0 94,5 91,7 93,6 95,0 94,5 92,4

55,95 75 93,6 95,4 94,5 93,0 93,6 95,0 94,5 93,6

74,60 100 94,1 95,4 95,0 93,0 93,6 95,4 95,0 93,6

93,25 125 95,0 95,4 95,0 93,6 94,1 95,4 95,0 93,6

111,9 150 95,0 95,8 95,8 93,6 94,1 95,8 95,4 93,6

149,2 200 95,4 96,2 95,8 94,1 95,0 95,8 95,4 93,6

186,5 250 95,8 96,2 95,8 94,5 95,0 95,8 95,4 94,5

223,8 300 95,8 96,2 95,8 --- 95,4 95,8 95,4 ---

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 --- ---

335,7 450 95,8 96,2 --- --- 95,8 96,2 --- ---

373 500 95,8 96,2 --- --- 95,8 96,2 --- ---

MOTORES ABIERTOS MOTORES CERRADOSPotencia NominalTabla 2.- Valores de

eficiencia nominal a

plena carga para

motores verticales y

horizontales, en por

ciento

Eficiencia energética

de motores de

corriente alterna,

trifásicos, de

inducción, tipo jaula

de ardilla, en

potencia nominal de

0,746 a 373 kW

EFICIENCIA MINIMA-NORMA Oficial Mexicana NOM-016-ENER-2010

MEJORA DE LAS EFICIENCIAS MINIMAS EN MOTORES

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

100.0

1 1,5 2 3 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500

NEMA -E 86.5 87.5 87.5 89.5 90.2 91.0 91.7 92.4 93.0 93.6 94.1 94.5 95.4 95.4 95.4 95.4 95.4 95.8 95.8 96.2 96.2 96.5 96.5 96.8 96.8

NOM-2010 85.5 86.5 86.5 89.5 89.5 91.7 91.7 92.4 93.0 93.6 93.6 94.1 94.5 95.0 95.4 95.4 95.4 95.8 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2 96.2

Alta eficiencia 82.5 84.0 84.0 87.5 87.5 89.5 89.5 91.0 90.9 92.6 92.6 93.5 93.4 93.9 94.4 94.7 93.5 94.6 94.9 95.0 95.6

NOM-1978 75.0 79.0 81.0 81.0 84.0 85.0 86.5 87.0 87.0 89.2 90.0 90.0 91.0 91.5 91.5 92.0 92.0 92.5 93.2

NOM-1997 75.3 80.0 81.0 81.0 84.0 86.5 86.5 87.5 87.5 89.5 90.2 90.2 91.0 91.7 91.7 92.5 92.5 92.5 93.2

NOM-2002 82.5 84.0 84.0 87.5 87.5 89.5 89.5 91.0 91.0 92.5 92.5 93.0 93.0 93.8 94.2 94.5 94.5 95.0 95.0

PREMIUM 85.5 86.5 86.5 89.5 89.5 91.8 91.8 92.5 93.0 93.6 93.6 94.3 94.5 95.0 95.4 95.4 95.4 95.8 96.0

EF

ICIE

NC

IA

NORMAS DE EFICIENCIA DE MOTORES POR CP

El rotor arranca con deslizamiento del 100%, el

par de inicio vale aproximadamente 150% del

par a plena carga y la corriente de 500 %.

COMPORTAMIENTO EN EL ARRANQUE

El deslizamiento continua descendiendo hasta

el deslizamiento a plena carga, el par motor

desciende a su valor de plena carga y la

corriente demandada por el estator desciende

al valor de corriente de plena carga.

El par se va incrementando con la aceleración

del motor, llega a un máximo, llamado par de

retiro, sobre el 350% del par a plena carga para

un deslizamiento de 30%, la corriente en el

estator ha disminuido a un 350%.

Curvas características (un motor 15 CP) el

valor de eficiencia se mantiene en 85%

por un rango de 35% a 125% de la carga,

el factor de potencia en 87% del 50% al

110% de la carga.

COMPORTAMIENTO CARACTERISTICO EN OPERACION

Se observa en la curva una velocidad de

1740 rpm a plena carga del motor, esto es

un deslizamiento a plena carga de 3.3%

La eficiencia del motor en esta curva

empieza a descender prácticamente a 1/3

de la potencia de salida.

Con menor carga del 50% el factor de

potencia tiende a disminuir rápidamente.

EFICIENCIA DE MOTORES ELÉCTRICOS

Pérdidas de la eficiencia nominal por los siguientes

factores:

Antigüedad

Rebobinados

Desbalance de voltaje de alimentación

Voltaje de alimentación diferente al nominal

La eficiencia nominal de un motor eléctrico ya afectada por el Factor de carga de

acuerdo a sus curvas características también son afectadas por factores internos

de uso y mantenimiento y factores externos por la calidad de la energía.

Otros Factores - Metodología de Evaluación

• La vida útil de un motor implica que los arranques y pequeños periodos desobre carga, eleven las temperaturas de los aislamientos de losconductores y de la laminación de hierro.

EFICIENCIA SEGÚN SU ANTIGÜEDAD

• Con su antigüedad se va afectando la eficiencia del motor.

EFICIENCIA SEGÚN SU ANTIGÜEDAD

Eficiencia de Motores Eléctricos

Corregir la eficiencia nominal por los siguiente

factores:

Antigüedad

Si el motor tiene más de 5 años: FAan = 0.01

Si el motor tiene más de 10 años: FAan = 0.02

Según su antigüedad

Metodología de Evaluación

Durante el proceso de reparación

de rebobinado de un motor

eléctrico dañado, su eficiencia se

deprecia según el cuidado que se

tenga al retirar las bobinas dañadas

no debiendo maltratar el laminado

de hierro magnético por el uso de

alta temperatura para quemar el

barniz y poderlo retirar, pudiendo

llegar el factor de pérdida hasta un

2.5% aproximadamente.

Rebobinado del motor

PERDIDA DE EFICIENCIA POR REPARACIONES

METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE PERDIDAS

Corregir la eficiencia nominal por los siguiente factores:

Rebobinados

Temperatura (°C) Restar

<335 0.0053

360 0.0117

>390 (soplete) 0.0250

Química 0.0040

La corrección si el motor ha sido rebobinado, es depreciar la eficiencia en

función a la temperatura a la que se expuso el motor durante el proceso de

rebobinado para extraer el embobinado dañado

PERDIDA DE EFICIENCIA POR REPARACIONES

Cambios de las características de los motores por variaciones de su voltaje

nominal y variaciones de la frecuencia de operación (causas externas)

EFECTO DE LAS VARIACIONES DE LOS VALORES NOMINALES

-12.00%

-10.00%

-8.00%

-6.00%

-4.00%

-2.00%

0.00%

-25

.00

%-2

4.0

0%

-23

.00

%-2

2.0

0%

-21

.00

%-2

0.0

0%

-19

.00

%-1

8.0

0%

-17

.00

%-1

6.0

0%

-15

.00

%-1

4.0

0%

-13

.00

%-1

2.0

0%

-11

.00

%-1

0.0

0%

-9.0

0%

-8.0

0%

-7.0

0%

-6.0

0%

-5.0

0%

-4.0

0%

-3.0

0%

-2.0

0%

-1.0

0%

0.0

0%

1.0

0%

2.0

0%

3.0

0%

4.0

0%

5.0

0%

6.0

0%

7.0

0%

8.0

0%

9.0

0%

10

.00

%1

1.0

0%

12

.00

%1

3.0

0%

14

.00

%1

5.0

0%

16

.00

%1

7.0

0%

18

.00

%1

9.0

0%

20

.00

%2

1.0

0%

22

.00

%2

3.0

0%

24

.00

%2

5.0

0%

26

.00

%2

7.0

0%

28

.00

%2

9.0

0%

30

.00

%

Dis

min

uci

ón

de

la e

fici

enci

a en

%

DISMINUCIÓN EN LA EFICIENCIA DESVIACIÓN CONTRA V NOMINAL

DISMINUCION DE LA EFICIENCIA=((V/Vnominal)-1)*(0.07-1.334*(V/Vnominal)-1)-0.0009

EFECTO DE LAS VARIACIONES DE LOS VALORES NOMINALES DE VOLTAJE

Evaluación de la pérdida de eficiencia por la

operación de un motor con Voltaje diferente del

nominal

Disminuir la eficiencia nominal por el siguiente factor:

Voltaje de alimentación diferente al nominal

VV = ( Vreal – Vplaca) / Vplaca

FAvv = VV*(0.07-1.334*VV)-0.0009

PERDIDAS POR DIFERENCIA DE VOLTAJE CON EL NOMINAL

Los embobinados del estator en conexión delta o estrella, carecen de neutro a

tierra, por lo que un desbalanceo provoca corrientes de secuencia negativa.

EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES

Los análisis de laboratorio indican que hasta un 2% de desbalance, los motores

no se ven muy afectados. Por encima del 2%, la eficiencia se verá reducida,

requiriéndose una reducción dela potencia de la máquina.

El flujo magnético con sentido rotacional inverso provoca:

• Calentamiento adicional en el embobinado del estator.

• Pérdidas adicionales de potencia activa.

• Par adicional en dirección opuesta.

• Vibraciones mecánicas.

El par motor total transmitido queda compuesto por un positivo (directo) más

uno de menor intensidad en sentido contrario equivalente a un freno eléctrico.

En general, los efectos se resumen en la aparición de componentesde corriente de secuencia inversa y homopolar que dan comoresultado:

EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES Y SUS CONSECUENCIAS

• Calentamiento adicional

de máquinas, limitándose

la capacidad de carga

nominal.

• Pérdidas adicionales de

potencia y energía.

La principal causa son las cargas monofásicas del sistema trifásico, debido

a una distribución de consumidores de baja tensión de índole monofásicos.

CAUSAS DEL DESBALANCE DE FASES

El efecto de un banco trifásico de capacitores con una fase fuera de servicio

presentará un desbalance de corriente reactiva capacitiva que desbalancea

el voltaje.

La carencia de un correcto sistema de puesta a tierra para poner a tierra el

neutro de la estrella del transformador permite desbalances en la tensión.

La configuración de red radial, mostrará niveles mayores que una red

mallada.

Se ve una terna desbalanceada con tensión de neutro (respecto de tierra), sus componentes son:

DESCOMPOSICIÓN EN COMPONENTES SIMÉTRICAS DEL DESBALANCE

Representación

gráfica

La suma vectorial de cada fase, es igual a la tensión de fase presente en la carga.

Una tensión homopolar.

Una secuencia negativa tiene el sentido invertido A-C-B.

Una secuencia positiva el mismo orden de giro secuencia A-B-C.

La medición de desbalance expresa la relación entre la tensión de secuencia negativa respecto de la

positiva. Esta relación puede encontrarse expresada de varios modos. En general se utilizan las tensiones

de línea, a modo de eliminar la componente homopolar, ya que influiría en la medición del factor de

desbalance.

• IEC 61000-4-30 – IEEE P1159.1, Desbalance de Secuencia NegativaEl cociente de la componente de tensión de secuencia negativa con la secuencia positiva.

• IEC 61000-2-1 – IEC 61000-4-27 – NEMA - ANSI C84.1El cociente entre la máxima diferencia entre las tensiones de fase y la tensión promedio, con la tensión

promedio

• IEC 61000-2-12Se representa mediante la siguiente expresión

MEDICIÓN DE DESBALANCE DE TENSIÓN

2

0.00%

50.00%

100.00%

150.00%

200.00%

250.00%

300.00%

350.00%

Series1

%Perdida de total=)((V-Vp)/Vp)*100*(0.0113+(0.0073*(V-Vp/Vp)*100))

Por el desbalance

en el VOLTAJE de

alimentación, existe

una disminución de

la eficiencia que se

calcula como un

porcentaje de

incremento en las

pérdidas totales.

Por ejemplo para desbalance de 7.5% el incremento de las pérdidas totales es de 50%

EVALUACION DE LA PERDIDA POR EFECTO DEL DESBALANCE DE FASES

Disminuir la eficiencia nominal por el siguiente

factor:

Desbalance de voltaje de alimentación

DV = (máx(Vmáx-Vprom) , (Vprom-Vmin)) /

Vprom

FAdv = 1-DV*(0.0113 + 0.0073*DV)

Nota: el valor DV es directamente el %

Pérdida de eficiencia por desbalance del Voltaje

EFECTOS DEL DESBALANCE DE FASES

EFECTO DEL DESBALANCE DE VOLTAJE

TRANSFORMADOR:

Tipo: Pedestal

Capacidad: 300 kVA

Rel. de transf.:

34500/460

-257 V.

Tipo Conexión Baja (Delta (D) Estrella (Y)) Y

Numero de equipos que alimenta: 1

Temperatura MAX en termometro: 65ºC

INTERRUPTOR GENERAL

Marca: SIEMENS

Capacidad: 350 A

Ajuste: 350 A

INTERRUPTOR INDIVIDUAL DEL EQUIPO

Marca: SIEMENS

Capacidad: 300 A

Ajuste: 300 A

CONDUCTORES

PRINCIPAL

CONDUCTORES A

MOTOR

Transformador - Int.

Gen

Arrancador - Motor Tramo

1

Calibre: 3/0

Awg/

kcm Calibre: 300

Awg/k

cm

Longitud: 40.00 m. Longitud:50.00m.

Hilos x

Fase: 2

Hilos por

Fase: 1

Int. General - Int.

Secundario

Arrancador - Motor

Tramo 2

Calibre: 350.0

Awg/

kcm Calibre:

Awg/k

cm

Longitud: 10.0 m. Longitud: m.

Hilos x

Fase: 1

Hilos por

Fase:

DATOS

EJEMPLO DE CALCULO DE PERDIDAS ADICIONALES

2.2 MEDICIONES ELÉCTRICAS

TENSIÓN

"Y" Fase a

Neutro Va-n: 260.0 Vb-n: 247.0 Vc-n: 255.0

"∆" Fase a Fase Vp: 440 Va-b: 450.0 Vb-c: 428.0 Vc-a: 442.0

CORRIENTE POR

FASE: Ip: 254.6 Ia: 253.0 Ib: 258.7 Ic: 252.2

POTENCIA ACTIVA: Pt: 167.5 Pa: 56.6 Pb: 54.3 Pc: 56.6

FACTOR DE

POTENCIA FPp: 86.3 Fpa: 0.86 FPb: 0.85 FPc: 0.88

DISTORSIÓN ARMÓNICA: THD-V 1.10 THD-I 1.30

DATOS Y MEDICIONES

1.2 MOTOR ELÉCTRICO

DATOS DE PLACA o NOMINALES:

Marca: SIEMENS Tensión: 460 V Tipo: HORIZONTAL

Capacidad: 250 HP Corriente: 300.0 A Frame: CERRADO

Velocidad: 1800 RPM Eficiencia: 96.2% F.S. 1.15

HISTORIAL:

Antigüedad: 17 años Operación: 5000 hrs/año # de rebobinados: 2

OBSERVACIONES:

3.1 EVALUACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO

PÉRDIDAS EN TRANSFORMADOR, SOLO CUANDO MEDICIÓN ES ANTES DE TRANSFORMADOR

Capacidad Nominal

KVAkVA medidos Fact. Carga TR

Pérdidas

En Hierro (kW) En Cobre (kW)

Totales

(kW)

Anual

kWh/año

300 112.02 0.373 0.910 2.734 3.644 18,220

PERDIDAS EN CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Tramo CalibreLong.

(m)Hilos/f

ase

Resistencia Corr.

(A)

Oper.

h/año

Pérdidas

Ω/km Ω kW kWh/año

Condición

Actual

Transf-Interruptor

General3/0 40.0 2

0.252 0.010

127.

3 5000 0.98 4,902

Interrup. Gen -

Secundario350 10.0 1

0.120 0.001

254.

6 5000 0.23 1,167

Arrancador-Motor

Tramo 1300 50.0 1

0.141 0.007

254.

6 5000 1.37 6,857

Arrancador-Motor

Tramo 20.0 0

0.000 0.000 0.0 0 0.00 0

PERDIDAS TOTALES EN SISTEMA ELÉCTRICO 6.23 31,145

EVALUACIONES

3.2 EVALUACIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO

Promedio Desbalance Calificativo V/Vn

EVALUACIÓN DE LA

EFICIENCIA

TENSIÓN (V) 438.13 2.77% Alto -4.8% F. Carga 74.21%

CORRIENTE (A) 254.63 1.60% Bajo η nominal 95.99%

POTENCIA (kW) 166.13 2.75% Bajo Depreciación 12.68%

FACT. POT. 86.0% 1.94% Bajo η real 83.31%

EVALUACION DEL MOTOR ELECTRICO

POTENCIA MANOMÉTRICA

(Pw)

Real de acuerdo a

Mediciones: 100.75 kW Pw con datos de diseño:N/D

kW

EFICIENCIA:

Eficiencia electromecánica: 60.64% Eficiencia de la bomba: 72.79%

EVALUACION EFICIENCIAS DE MOTOR Y BOMBA

EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DEL MOTOR

HP Efic' FCEfic.

Nom

Efic.

(A)%Efic. (B)% FA ant FA reb FA reb FA dv

250

83.31%

0.7421 95.99% 96.0% 96.2% 2.00% 2.00%

-

0.00724 91.28%

Pérdida en Sist. Electrico3.7%

Pérdida en el motor16.5%

Pérdida en la bomba21.7%

Pérdida en la succ. y desc.0.0%

Pérdida de carga en conducción

5.7%

Pérdida en fugas de agua5.2%

Energía de Trabajo Útil47.2%

BALANCE DE ENERGÍA

3.5. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL EQUIPO EVALUADO

Vol. Bombeado

(m3/año)

Energía Consumida

(kWh/año)

Carga de

Bombeo (m) Índice Energ. (kWh/m3) 0.468

1,800,000 842,402 102.70 IE Estand. (kWh/m3x100m) 0.4557

Cap. Motor 250 HP

Rango

eval. D

Calificación de Desempeño

Eficiencia.Insuficiente

EVALUACION FINAL

• Se observa en el ejemplo propuesto la influencia de los factoresexternos en la eficiencia final del motor, como son la antigüedadcon una pérdida adicional de 2%, las dos reparaciones en 2%, eluso del motor en ves de 460 V a 440 V influye en 0.724% y eldesbalance de las fases de 2.77% que afecta al total de pérdidascompletando una depreciación de 12.68%.

COMENTARIOS

• Finalmente la Calificación del Desempeño de la Eficiencia tiene

un resultado INSUFICIENTE debido a la baja eficiencia en el

moto eléctrico.

Mantenimiento Deficiente - Acciones para Mejorar el Mantenimiento

• Revisar periódicamente las conexiones del motor, junto con las

de su arrancador.

• Mantener en óptimas condiciones los sistemas de enfriamiento y

ventilación de los motores

• Efectuar rutinariamente la limpieza del motor, con el propósito de

eliminar la suciedad, polvo y objetos extraños, que impidan su

óptimo funcionamiento.

• Evitar que el núcleo del motor sea sometido a altas temperaturas

o vibraciones

• Implantar un programa de mantenimiento preventivo y predictivo.

Afectación por la calidad de la energía en la Eficiencia de los Motores

Desbalance de Tensión y/o

Corriente debida a fenómenos

Armónicos que generalmente

AFECTAN DIRECTAMENTE LA

EFICIENCIA DEL MOTOR,

incrementando las pérdidas de

energía.

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Corr

ient

e (I

)

Fase "a" (A) Fase "b" (A) Fase "c" (A)

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

a

c b

b1 c1

a1

Armónicos de Corriente

CALIDAD DE LA ENERGÍA

Efecto en la eficiencia del motor debido al Factor de Armónicas en el Voltaje

La eficiencia del motor de inducción cuando

opera alimentado con armónicos de voltaje se

reduce debido al incremento de las pérdidas

causadas por los armónicos de corriente

presentes en el embobinado del motor.

FACTOR DE ARMÓNICAS EN EL VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN

Donde:h es la eficiencia del motor alimentado con tensión sinusoidal.

hc es la eficiencia del motor cuando el voltaje aplicado tiene armónicos.

hc=DF^2 /((1/h)+DF^2-1)

Para estimar la eficiencia puede usarse lasiguiente ecuación, que esta en función del DF

Definición del Factor de Armónicas

Es la raíz cuadrada de

las sumas de los

cuadrados de los

valores de las

armónicas nones, no

incluyendo aquellas

que son divisibles entre

3, dividido entre el

número de armónica

correspondiente.

CALIDAD DE LA ENERGIA CONTRA LA EFICIENCIA DEL MOTOR

OTROS METODOS PRACTICOS DE ANALISIS DE EFICIENCIA

El conocimiento de la eficiencia actual con la que se encuentra trabajando un

motor es fundamental.

La placa informa la eficiencia con la cual fue vendido el motor (h), su

velocidad de rotación (rpmp) para una Potencia de plena carga (kW).

Mediante la medición de los parámetros eléctricos se obtiene la Potencia de

entrada actual Pe en (kWe) y se mide con un tacómetro la velocidad de

rotación (rpms).

La Potencia de salida es:

Ps en (kWs) = (rpm)-(rpms)/(rpm)-(rpmp))*P

Donde rpms es la de sincronismo obtenida por el número de polos

La eficiencia actual (h) = Ps / Pe

EJEMPLO

El motor tiene los

siguientes datos de placa

Un motor reparado por falla en los devanados o por antigüedad, puede llegar a

disminuir su eficiencia debido al aumento de las pérdidas del orden de 2% al

5%. Para cuantificarlas se recomienda realizar mediciones.

Volt = 440

HP = 400

Fases = 3

Hert = 60

Amper = 442

Eficiencia 96.5%

RPM = 1777

Factor de servicio = 1

Diseño E

Clase A

Temperatura 40ºC

Msnm 2280

Después de la reparación trabajando con carga, se

obtienen las siguientes mediciones: V=465, A =365,

RPM=1770, FP=84%

HP=((1800-1777)/(1800-1770))*400=307

kW salida=307*0.746=229

kW entrada=(465*365*.84)*raíz(3)/1000=247

Eficiencia=229/247=0.9275

EFICIENCIA = 92.75 %

Después de la reparación la eficiencia del motor ha

disminuido en 0.965-0.9275=0.0375

AUMENTO DE PERDIDAS EN EL MOTOR 3.75%

ESTIMACIÓN COSTO BENEFICIO

En la evaluación del motor eléctrico anterior, el motor trabaja 7000 horas durante

el año.

La pérdida de eficiencia por reparación y antigüedad del 3.75% por hora que son

18 kW, representan 126,000 kWh por año de pérdida adicional, si el costo

promedio es de $1.00 por kWh, la pérdida anual es de $126,000.

La opción es desechar el motor y adquirir uno nuevo cuyo costo es de $270,000

El análisis de costo beneficio indica una recuperación de la inversión de:

RI=270000/126000= 2.14 Años, lo cual indica recuperación entre corto y

mediano plazo.

El análisis debe tomar en cuenta que la vida útil del motor es de 20 años,

considerando su depreciación contable.

Debe pensarse en que el ahorro de energía seria por los 20 años de vida

útil.