Requerimientos tecnológicos y normativos para la ...

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Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería

1-1-2004

Requerimientos tecnológicos y normativos para la aplicación de Requerimientos tecnológicos y normativos para la aplicación de

lo establecido por el programa Conoce para motores eléctricos de lo establecido por el programa Conoce para motores eléctricos de

fabricación comerciales fabricación comerciales

Mario Andrés Sánchez Mora Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Sánchez Mora, M. A. (2004). Requerimientos tecnológicos y normativos para la aplicación de lo establecido por el programa Conoce para motores eléctricos de fabricación comerciales. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_electrica/483

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REQUERIMIENTOS TECNOLÓGICOS Y NORMATIVOS PARA LA APLICACIÓN DE LO ESTABLECIDO POR EL PROGRAMA CONOCE PARA MOTORES ELECTRICOS DE

FABRICACIÓN COMERCIALES

MARIO ANDRES SÁNCHEZ MORA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTA D.C. 2004

REQUERIMIENTOS TECNOLÓGICOS Y NORMATIVOS PARA LA APLICACIÓN DE LO ESTABLECIDO POR EL PROGRAMA CONOCE PARA MOTORES ELECTRICOS DE

FABRICACIÓN COMERCIALES

MARIO ANDRES SÁNCHEZ MORA

Proyecto de Grado para optar por el titulo de Ingeniero Electricista

Director: Carlos Fernando Valles Franco

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

BOGOTA D.C. 2004

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Mario Andrés Sánchez Mora

Las ideas expuestas en este trabajo de

grado no compromete a La Universidad

De La Salle, ni las empresas aquí

mencionadas, solamente es total

responsabilidad del autor.




Nota de aceptación:

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Ing. Calos Fernando Valles Franco

Director del Proyecto

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Ing. Rafael Chaparro

Jurado

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Ing. Álvaro Venegas

Jurado

Bogotá D.C., 28 de septiembre de 2004




Al culminar otro proyecto más de mi vida, doy gracias principalmente a Dios por su

sabiduría, a mis padres por todo su apoyo, comprensión y esfuerzo brindado y a todas

aquellas personas que con su ayuda y apoyo permitieron que mis metas e ilusiones se

hicieran realidad. A mis profesores por ser personas incondicionales en la búsqueda del

conocimiento, a mi familia y amigos por estar cuando más los necesitaba.




AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus más sinceros agradecimientos a:

Ingeniero Carlos Fernando Valles Franco, que con su constancia, acompañada de sus

grandes conocimientos aporto las bases necesarias para el desarrollo de este proyecto.

Ingeniero Filiberto Bojacá, Gerente fabrica motores y ventiladores de SIEMENS S.A., por

la valiosa cooperación en el desarrollo del presente documento, mostrándome los equipos

utilizados para las pruebas realizadas a los motores hay fabricados.

Ingenieros y demás personas, que aportaron su punto de vista para estructurar y adecuar

de una forma óptima, el presente proyecto.




CONTENIDO

Pág. INTRODUCCIÓN

1. DEFINICIONES

1.1 Dinamómetro.

1.2 Eficiencia.

1.3 Eficiencia Mínima Asociada.

1.4 Ensayo Calorimétrico.

1.5 Ensayo con La Máquina Auxiliar Calibrada.

1.6 Ensayo de Circuito Abierto.

1.7 Ensayo de Cortocircuito Sostenido.

1.8 Ensayo de Desaceleración.

1.9 Ensayo de Factor de Potencia Cero.

1.10 Ensayo de Frenado.

1.11 Ensayo Mecánico en Oposición.

1.12 Ensayo Eléctrico en Oposición.

1.13 Ensayo en Vacío.

1.14 Equilibrio Térmico a Plena Carga.

1.15 Factor de Corrección del Dinamómetro.

1.16 Motor Abierto.

1.17 Motor Cerrado.

1.18 Motor de Inducción.

1.19 Motor de Uso General.

1.20 Motor Eléctrico.

1.21 Motor Jaula de Ardilla.

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1.22 Motor Trifásico.

1.23 Pérdidas en el Núcleo.

1.24 Pérdidas Indeterminadas.

1.25 Pérdidas por Efecto Joule.

1.26 Pérdidas por Fricción y Ventilación.

1.27 Pérdidas Totales.

1.28 Potencia de Entrada.

1.29 Potencia de Salida.

1.30 Potencia Nominal.

1.31 Rango de Eficiencia.

1.32 Régimen Continuo.

1.33 Régimen Nominal.

1.34 Resistencia entre Terminales Del Motor.

1.35 Torciometro.

2. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

3. MÉTODOS DE ENSAYO.

3.1 ENSAYO MEDIANTE LA MÁQUINA CALIBRADA.

3.2 ENSAYO DEL FACTOR DE POTENCIA CERO.

3.3 MÉTODO DE DESACELERACIÓN.

3.3.1 Generalidades.

3.3.1.1 Bases.

3.3.1.2 Método de la Cuerda.

3.3.1.3 Método de la Secante Límite.

3.3.1.4 Método de la Velocidad de Rotación Promedio.

3.3.2 Composición de los Ensayos de Desaceleración.

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3.3.2.1 Composición de los Ensayos con el Momento de Inercia Conocido.

3.3.2.2 Composición de los Ensayos con el Momento de Inercia Desconocido.

3.3.3 Procedimiento de Ensayo de Desaceleración.

3.3.3.1 Estado de la Máquina Sometida a Ensayo Durante los Ensayos de

Desaceleración.

3.3.3.2 Máquina de Ensayo Acoplada con otros Mecanismos.

3.3.3.3 Rotación de una Máquina en el Ensayo.

3.3.3.4 Procedimientos Realizados antes del Comienzo de los Ensayos.

3.3.3.5 Procedimientos durante la Desaceleración.

3.3.3.6 Programa de Ensayos de Desaceleración.

3.3.4 Toma de Mediciones.

3.3.4.1 Método de Medición.

3.3.4.2 Método Acelerométrico.

3.3.4.3 Método Tacométrico.

3.3.4.4 Método Cronográfico.

3.3.4.5 Medición de las Pérdidas en los Cojinetes.

3.4 ENSAYO ELÉCTRICO EN OPOSICIÓN.

3.5 ENSAYO CALORIMÉTRICO.

3.6 SEGREGACIÓN DE PÉRDIDAS.

3.6.1 Determinación de las Pérdidas por Fricción y Ventilación de las Pérdidas en

el Núcleo.

3.6.2 Calculo de las Pérdidas por Efecto Joule.

3.6.3 Calculo de las Pérdidas por Efecto Joule en El Rotor.

3.6.4 Calculo del Factor de Corrección del Dinamómetro.

3.6.5 Calculo de la Potencia de Salida Corregida.

3.6.6 Calculo de las Pérdidas Indeterminadas.

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4. RANGOS DE EFICIENCIA Y ROTULADO

4.1 REQUISITOS

4.1.1 Determinación de la Eficiencia.

4.1.2 Clasificación de la Eficiencia de los Motores.

4.1.3 Eficiencia Mínima Asociada.

4.2 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

4.2.1 Resultados de los Ensayos.

4.2.2 Muestreo y Criterios de Aceptación.

4.3 ETIQUETADO

4.3.1 Ubicación.

4.3.2 Permanencia.

4.3.3 Información.

4.3.4 Dimensiones.

4.3.5 Color.

5. EQUIPOS DE MEDICIÓN

5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

5.1.1 Cifras Significativas.

5.1.2 Consumo del Elemento.

5.1.3 Error.

5.1.4 Errores.

5.1.5 Exactitud.

5.1.6 Instrumento.

5.1.7 Medición.

5.1.8 Precisión.

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5.1.9 Resolución.

5.1.10 Sensibilidad.

5.1.11 Tiempo.

5.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN

6. COSTO APROXIMADO DE LA INVERSIÓN

7. LABORATORIO PARA LA MEDICIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGETICA 7.1 TIPOS DE ORGANISMOS Y MODALIDADES DE ACREDITACIÓN.

7.2 REQUISITOS PARA LA ACREDITACIÓN

7.3 SOLICITUD

7.4 EVALUACION PRELIMINAR

7.5 VISITA DE AUDITORIA

7.6 DECISIÓN DE ACREDITACIÓN

8. CONCLUSIONES 9. RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

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LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Eficiencia mínima asociada.

Tabla 2. Errores de medición, como calcularlos o eliminarlos.

Tabla 3. Características de los equipos utilizados en las pruebas.

Tabla 4. Costo unitario de los equipos e instrumentos utilizados en las pruebas de

eficiencia energética para ensayos de motores.

Tabla B1. Equivalencia entre kW y hp.

Tabla B2. Unidades Usadas en el documento.

Tabla C1. Rango de eficiencia para motores abiertos de 2 polos evaluados según

la NTC 5111.


la NTC 5111.


la NTC 5111.

Tabla C4. Rango de eficiencia para motores de 2 polos cerrados evaluados según

la NTC 3477.


la NTC 5111.

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la NTC 3477.


la NTC 5111.


la NTC 3477.


la NTC 5111.

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LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Ensayo mecánico en oposición.

Figura 2. Ensayo eléctrico en oposición.

Figura 3. Método de la cuerda.

Figura 4. Método de la secante límite.

Figura 5. Dimensiones de la etiqueta.

Figura 6. Disposición e información de la etiqueta.

Figura 7. Costo equipo y adecuación por tipo de laboratorios.

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LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Protocolo de pruebas.

Anexo B. Equivalencia entre kW y hp y unidades usadas en el documento

Anexo C. Clasificación de la eficiencia de los motores.

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INTRODUCCION

En Colombia, a partir de las leyes 142 y 143 de 1.994 se empieza a discutir aspectos de

regulación de las actividades del sector eléctrico, tales como garantizar la demanda a los

consumidores, normas para autogeneradores y cogeneradores, y surge un punto

relevante que es abastecer la demanda eléctrica bajo criterios de factibilidad económica y

financiera, dentro de un marco de uso racional de energía. Es aquí donde nace

posteriormente la resolución 097-2000 de la CREG, la cual establece las pautas para el

diseño, normalización y uso eficiente de equipos y aparatos eléctricos, resolución que es

la base del Programa Colombiano de Normalización, Certificación y Etiquetado de

Equipos de Uso Final de Energía programa CONOCE, liderado por la Unidad de

Planeación Minero-Energética UPME.

El programa CONOCE, presenta una propuesta concreta para el desarrollo de las

estrategias energéticas del país en lo que a uso eficiente de la energía se refiere,

resaltando además de las metas de uso racional y eficiente de los recursos de generación

eléctrica, que la materialización de dicho proyecto ofrece una oportunidad de crecimiento

industrial, desarrollo tecnológico y crecimiento de la competitividad en los mercados de

equipos eléctricos de uso final, todo ello en beneficio de los usuarios.

Sin embargo, para la implementación y operación del programa se debe desarrollar una

infraestructura técnica y humana de laboratorios de pruebas de eficiencia energética

competente, la cual cumpla con todos los requerimientos definidos para la acreditación de

laboratorios en el marco reglamentario y técnico del Sistema Nacional de Normalización,

Certificación y Metrología. El cumplimiento de dichos requerimientos, aporta la suficiente

seguridad y confiabilidad del proceso de evaluación del desempeño energético de los

equipos de uso final de la energía.

En la actualidad, el país cuenta con una gran cantidad de laboratorios relacionados

pertenecientes a los fabricantes, empresas de energía eléctrica y universidades, los

cuales, si bien no cuentan con la infraestructura administrativa, técnica y humana



Mario Andrés Sánchez Mora 17

suficiente para la realización de pruebas de eficiencia energética, están en capacidad de

acometer su implementación, de acuerdo con las posibilidades ofrecidas por el mercado.

Las pruebas y ensayos requeridos en este programa, no se están realizando de forma

oficial aun en los laboratorios del país. La Superintendencia de Industria y Comercio no ha

adelantado aún la labor de certificación de las pruebas requeridas.

Para llevar adelante el programa CONOCE se requiere la especificación de las pruebas y

ensayos necesarios para certificar la eficiencia energética, de acuerdo a la Norma Técnica

Colombiana NTC. Sobre esta base los laboratorios interesados deberán adecuar su

gestión para calificar la acreditación; Esto amparando el mercado y sobre todo al

consumidor final.

El ahorro de energía resulta necesario en todos los sectores consumidores, en particular

en el sector industrial y aunque en diferente escala, también es imprescindible en el sector

comercial y en cada una de las unidades del sector residencial; dada la amplia

participación de los motores eléctricos en el consumo final de eficiencia energética en

cada uno de los mencionados sectores.

El presentar un análisis para el mejoramiento de equipos para dichos sistemas, creando

las condiciones técnicas necesarias para la determinación de la eficiencia, consumo

energético y sus características de funcionamiento, constituyen una base para optimizar el

desempeño y buscar la utilización de equipos mas eficientes.

Se presenta los principios conceptuales y los componentes básicos , así como la

clasificación según diferentes parámetros de cada equipo.

Existe la alternativa de evaluar la eficiencia de los motores eléctricos de acuerdo con las

normas IEEE o normas IEC, debido al uso de ambas practicas en nuestro medio se han

elaborado las Normas Técnicas Colombianas, que establecen los métodos de ensayo

para evaluar la eficiencia de cada una de ellas.




En base a la metodología de las pruebas, determinar los equipos necesarios para cada

ensayo; haciendo énfasis en las especificaciones y recomendaciones que deben tener los

instrumentos para realizar dichos ensayos.

En el trabajo expuesto se encontrara información fundamental en cuanto a la función de

los laboratorios de medición y metrología que les permita apoyar las actividades de

medición y ensayos requeridos por el programa CONOCE, en motores de corriente

alterna, trifásicos, de inducción, de jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de

1,0 hp hasta 75,0 hp (0.746 kW - 55.95kW), abiertos y cerrados.




1. DEFINICIONES

1.1 Dinamómetro. Aparato para aplicar carga mecánica a un motor en forma continua y

controlada, y que puede incluir dispositivos para medir el par torsional y la frecuencia de

rotación desarrollados por dicho motor.

1.2 Eficiencia. La eficiencia se define como la razón entre la potencia de salida y la

potencia de entrada del motor. Se expresa en porciento y se calcula con alguna de las

siguientes relaciones:

a) [Potencia de salida / potencia de entrada] x 100.

b) [Potencia de entrada – pérdidas / potencia de entrada] x 100.

c) [Potencia de salida / potencia de salida + pérdidas] x 100.

1.3 Eficiencia Mínima Asociada. Cada eficiencia nominal tiene una eficiencia mínima

asociada especificada en la Tabla 1 (numeral 4.1.3).

1.4 Ensayo Calorimétrico. Ensayo en el cual las pérdidas en una máquina se determinan

a partir de la cantidad de calor que ésta produce. Las pérdidas se calculan a partir del

producto, de la cantidad de refrigerante y del aumento de su temperatura, así como la

cantidad de calor disipado hacia el exterior.

1.5 Ensayo con la Máquina Auxiliar Calibrada. Ensayo en el cual la potencia mecánica

adsorbida o generada por una máquina eléctrica, se calcula a partir de la potencia

eléctrica de entrada o salida de una máquina auxiliar calibrada y acoplada

mecánicamente a la máquina de ensayo.




1.6 Ensayo de Circuito Abierto. Ensayo en el cual la máquina funciona como un generador

con sus terminales en circuito abierto.

1.7 Ensayo de Cortocircuito Sostenido. Ensayo en el cual una máquina funciona como un

generador con sus terminales en cortocircuito.

1.8 Ensayo de Desaceleración. Ensayo en el cual las pérdidas de una máquina se

calculan a partir de la tasa de desaceleración de la máquina, cuando únicamente estas

pérdidas están presentes.

1.9 Ensayo de Factor de Potencia Cero. Ensayo en vacío, efectuado sobre la máquina

sincrónica sobreexcitada, que funciona con un factor de potencia cercano a cero.

1.10 Ensayo de Frenado. Ensayo en el cual la potencia mecánica de salida de una

máquina que funciona como motor, se determina a partir de la medición del torque del eje,

con un freno o dinamómetro, y la medida simultanea de la velocidad de rotación. De igual

manera, el ensayo se puede efectuar sobre una máquina que funcione como un

generador, por medio de un dinamómetro, para determinar la potencia mecánica de

entrada.

1.11 Ensayo Mecánico en Oposición. Ensayo en el cual dos máquinas idénticas son

acopladas mecánicamente y las pérdidas totales de éstas se calculan a partir de la

diferencia entre la potencia eléctrica de entrada de una máquina y la potencia eléctrica de

salida de la otra (ver figura 1).

Figura 1. Ensayo mecánico en oposición.




1.12 Ensayo Eléctrico en Oposición. Ensayo en el cual dos máquinas idénticas son

acopladas mecánicamente y conectadas eléctricamente a una misma red. Las pérdidas

totales de las dos máquinas son iguales a la potencia de entrada de esta red (ver figura

2).

Figura 2. Ensayo eléctrico en oposición.

1.13 Ensayo en Vacío. Ensayo en la cual la máquina funciona como un motor, sin

suministrar potencia mecánica útil sobre el eje principal.

1.14 Equilibrio Térmico a Plena Carga. Es el que se tiene cuando la variación de

temperatura de las diferentes partes del motor, trabajando a plena carga, no excede de un

grado Celsius en un lapso de 30 minutos.

1.15 Factor de Corrección del Dinamómetro (FCD). Es el par torsional necesario para

vencer la oposición que presenta el dinamómetro al movimiento mecánico, en su

condición de carga mínima.

1.16 Motor Abierto. Es un motor que tienen aberturas para ventilación que permite el paso

de aire exterior de enfriamiento, sobre y a través del embobinado del motor.

1.17 Motor Cerrado. Es un motor cuya armazón impide el intercambio libre de aire entre el

interior y el exterior de éste, sin llegar a ser hermético.




1.18 Motor de Inducción. Es un motor eléctrico en el cual solamente una parte, el rotor o

el estator, se conecta a la fuente de energía y la otra trabaja por inducción

electromagnética.

1.19 Motor de Uso General. Es un motor enfriado por aire, abierto o cerrado, con flecha

horizontal, cuya construcción no tiene efecto en su aplicación y es capaz de trabajar a

régimen continuo.

1.20 Motor Eléctrico. Máquina para convertir energía eléctrica en mecánica.

1.21 Motor Jaula de Ardilla. Es un motor de inducción, en el cual los conductores del rotor

son barras colocadas en las ranuras del núcleo secundario, que se conectan en corto

circuito por medio de anillos en sus extremos semejando una jaula de ardilla.

1.22 Motor Trifásico. Es un motor que utiliza para su operación energía eléctrica de

corriente alterna trifásica.

1.23 Pérdidas en El Núcleo. Son las debidas a las alteraciones del campo magnético en el

material activo del estator y el rotor por efectos de histéresis y corrientes parásitas.

1.24 Pérdidas Indeterminadas. Son la porción de las pérdidas que no se incluyen en la

suma de las pérdidas por efecto joule en el estator y en el rotor, las pérdidas en el núcleo

y las pérdidas por fricción y ventilación.

1.25 Pérdidas por Efecto Joule. Son las debidas a la circulación de corriente eléctrica por

los conductores del estator y el rotor y se manifiestan en forma de calor.

1.26 Pérdidas por Fricción y Ventilación. Son las debidas a la oposición que presentan los

dispositivos tales como ventiladores y rodamientos al movimiento mecánico.

1.27 Pérdidas Totales. Son la diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de

salida del motor.




1.28 Potencia de Entrada. Es la potencia eléctrica que el motor toma de la línea.

1.29 Potencia de Salida. Es la potencia mecánica disponible en el eje del motor.

1.30 Potencia Nominal. Es la potencia de salida especificada en la placa de

características del motor.

1.31 Rango de Eficiencia. Para efectos de este trabajo, es el rango entre el A y el G (Ver

Anexo C), en el cual se encuentra el valor de eficiencia del motor.

1.32 Régimen Continuo. Es el régimen nominal con el cual debe cumplir un motor en

funcionamiento continuo indefinidamente.

1.33 Régimen Nominal. Es la condición de operación a la tensión y la frecuencia eléctricas

nominales en la que el motor desarrolla los parámetros indicados en su placa de

características.

1.34 Resistencia entre Terminales del Motor. Es la resistencia medida entre dos

terminales en la caja de conexiones del motor.

1.35 Torciometro. Aparato acoplado entre los ejes del motor y el dinamómetro, que

transmite y mide el par torsional. Algunos tipos, miden además la frecuencia de rotación y

permiten determinar la potencia mecánica desarrollada por el motor.




2. SÍMBOLOS, ABREVIATURAS Y UNIDADES USADAS.

Se definen los siguientes símbolos y abreviaturas:

A Pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal.

B Intersección de la recta con el eje de las ordenadas para el análisis de regresión

lineal.

C Constante de aceleración.

FCD Factor de corrección del dinamómetro, en N.m.

I Corriente en A.

I0 Promedio de las corrientes de línea con el motor operando en vacío, en A.

I1 Corriente de carga a tensión nominal en A.

I1r Corriente primaria principal a tensión reducida en A.

Icr Corriente en vacío a tensión reducida en A.

Im Promedio de las corrientes de línea para cada punto de la carga, en A.

Imin Promedio de las corriente de línea con el dinamómetro a su carga mínima en A.

I2RE0 Pérdidas por efecto joule en los devanados del estator para la operación en vacío

del motor, en kW.

I2Rm Pérdidas por efecto joule en los devanados del estator para cada punto de carga,

en kW.

I2Rmc Pérdidas por efecto joule en los devanados del estator para cada punto de carga,

referidas a una temperatura ambiente de 25 °C, en kW.

I2Rn Pérdidas por efecto joule en los devanados del estator durante la prueba con carga

mínima en el dinamómetro, en kW.

I2Rr Pérdidas por efecto joule en el devanado del rotor para cada punto de la carga, en

kW.

I2Rrc Pérdidas por efecto joule en el devanado del rotor para cada punto de carga,

referidas a una temperatura ambiente de 25 °C, en kW.

J Momento de inercia.

K Constante del material de los devanados del estator.




n Velocidad de rotación, en revoluciones por minuto (RPM).

nN Velocidad nominal.

N Número de revoluciones completas del eje.

nm Frecuencia de rotación para cada punto de carga, en min-1.

nmin Frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima, en min-1.

n0 Frecuencia de rotación en vacío, en min-1.

nS Frecuencia de rotación sincrónica, en min-1.

P Pérdidas que se pueden medir directamente.

P0 Potencia de entrada con el motor operando en vacío, en kW.

P1 Potencia adsorbida a tensión nominal.

P1r Potencia adsorbida por el devanado primario a tensión reducida.

Pd Potencia demandada al motor bajo prueba por el dinamómetro a su carga mínima,

en kW.

Pe Potencia de entrada para cada valor de carga, en kW.

PFe Pérdidas en el hierro.

Pfv Pérdidas por fricción y ventilación, en kW.

Pk Pérdidas en corto circuito que representen la pérdidas I2R bajo carga en los

devanados del inducido y las pérdidas adicionales bajo carga.

Pn Pérdidas en el núcleo, en kW.

Pind Pérdidas indeterminadas, en kW.

Pmin Potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima, en kW

Pres Potencia residual para cada punto de carga, en kW.

Ps Potencia de salida corregida para cada punto de carga, en kW.

Psc Potencia de salida corregida para cada punto de carga, referida a una temperatura

ambiente de 25 °C, en kW.

Pt Pérdidas totales durante el ensayo de desaceleración.

RE0 Resistencia del estator medida entre las terminales de referencia, a la temperatura

de la prueba de operación en vacío, en Ω.

Rf 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 Resistencia de referencia medida inicialmente con el motor en frió, en Ω.

Rm Resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados para cada

punto de carga, en Ω.




Rmc Resistencia del estator corregida a la temperatura de los devanados para cada

punto de carga, referida a una temperatura ambiente de 25 °C, en Ω.

Rmin Resistencia de referencia corregida a la temperatura de los devanados durante la

prueba con carga mínima en el dinamómetro, en Ω.

S Desplazamiento angular del eje de la máquina.

s Deslizamiento.

sm Deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación sincrónica, para cada

punto de carga medido, referido a una temperatura ambiente de 25°C.

smin Deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación sincrónica, con el

dinamómetro a su carga mínima.

Tc Par torsional del motor corregido para cada punto de carga, en N.m

Tm Par torsional del motor para cada punto de carga, en N.m.

Tmin Par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima, en N.m.

t0 Promedio de las temperaturas de los devanados del estator para cada uno de los

valores de tensión con el motor operando en vacío, en °C.

taf Temperatura ambiente durante la prueba de estabilidad térmica a plena carga, en

°C.

taf Temperatura ambiente durante la medición de los valores iniciales de resistencia y

temperatura de los bobinados, en °C.

tam Temperatura ambiente durante las pruebas a diferentes cargas, en °C.

tc Temperatura tf referida a una temperatura ambiente de 25 °C, en °C.

tf Promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator después

de la estabilización térmica a la cual se midió la resistencia Rf en las terminales de

referencia, en °C.

ti Promedio de las temperaturas de los devanados del estator con el motor en frío,

en °C.

tm Promedio de las temperaturas de los devanados del estator para cada punto de

carga, en °C.

tmin Promedio de las temperaturas de los devanados del estator con el dinamómetro a

su carga mínima, en °C.

U Tensión de excitación en las terminales del reóstato principal.

Ue Tensión total de excitación.

Un Tensión nominal.




Ur Tensión reducida para ensayo bajo carga.

δ Desviación relativa de la velocidad con respecto a la velocidad nominal en valores

por unidad.

Υ Factor de correlación para el análisis de regresión lineal.

φ Ángulo de fase bajo carga a tensión nominal.

φr Ángulo de fase bajo carga a tensión reducida.

φ0 Ángulo de fase en vacío a tensión nominal.

φ0r Ángulo de fase en vacío a tensión reducida.

η Eficiencia nominal, en porciento.

ηm Eficiencia calculada a la potencia nominal del motor, en porciento.




3. MÉTODOS DE ENSAYO.

Los ensayos se pueden clasificar en una de las tres siguientes categorías:

a) Determinación de la potencia de entrada y de salida en una sola máquina. Esto

implica, generalmente, determinar la potencia mecánica de entrada o de salida de

una máquina.

b) Determinación de la potencia de entrada y de salida en dos máquinas conectadas

en oposición, por ejemplo dos máquinas idénticas o una máquina para ensayar

acoplada a una máquina calibrada. Esto tiene por objeto eliminar la determinación

de la potencia mecánica de entrada o de salida de la máquina.

c) Determinación de las pérdidas reales en una máquina en condiciones establecida.

Generalmente esta no son las pérdidas totales, pero comprenden ciertas pérdidas

particulares. No obstante, el método se puede aplicar para calcular las totales o las

particulares.

La elección del ensayo que se va a realizar depende tanto de la información y la precisión

requeridas, como del tipo y tamaño de la máquina en cuestión. Se debe indicar el método

preferido para la realización del ensayo, cuando se dispone de varios métodos para un

determinado tipo de máquina.

Se distingue entre las mediciones directas e indirectas de la eficiencia.

La medida directa de la eficiencia se realiza midiendo directamente la potencia

suministrada por la máquina y la absorbida por la misma.

La medida indirecta de la eficiencia se realiza midiendo las pérdidas de la máquina. Al

agregar estas pérdidas a la potencia suministrada por la máquina, se obtiene la potencia

que ésta absorbe.




La medida indirecta de la eficiencia se puede efectuar por medio de los siguientes

métodos:

a) Determinación de las pérdidas separadas para su totalización.

b) Determinación de las pérdidas totales.

Nota. Los métodos de determinación de la eficiencia de las máquinas reposan sobre un

cierto numero de hipótesis; por lo tanto, no es posible establecer una comparación entre

las pérdidas obtenidas mediante la medición directa y las obtenidas por medición de las

pérdidas separadas.

A menos que se especifique lo contrario, la eficiencia garantizada de una máquina es la

que se basa en la determinación de las pérdidas separadas, pero cuando puede elegir el

método, la evaluación de la eficiencia debe basarse en la precisión que ofrece el método,

la eficiencia y el tipo de máquina considerada.

Cuando la eficiencia o las pérdidas totales se calculan a partir de la potencia de entrada y

de salida, toda inexactitud en estas medidas se traduce directamente en un error en la

eficiencia (por ejemplo, con una precisión de la medida de la potencia no mejor que 1%, el

error sobre la eficiencia puede se de 2% o el error sobre las pérdidas totales puede se de

2% de la potencia total absorbida). Sobre las máquinas pequeñas o máquinas con

eficiencias relativamente bajas (por ejemplo inferiores a 90%) este método podría ser

bastante aceptable y representar un método de ensayo cómodo para estas máquinas.

Sobre éstas y otras máquinas, la eficiencia se puede obtener con una alta precisión

mediante el calculo de pérdidas a partir de medidas directas.

3.1 ENSAYO MEDIANTE LA MÁQUINA CALIBRADA.

La máquina cuyas pérdidas se deben medir, se separa de la red desacoplándola del

motor de impulsión, si es necesario y se impulsa a su velocidad nominal, mediante un

motor calibrado, es decir por medio de un motor eléctrico cuyas pérdidas han sido

previamente determinadas con gran precisión, de manera que sea posible determinar la

potencia mecánica que éste suministra en su eje, conociendo la potencia eléctrica que




ésta absorbe lo mismo que su velocidad de rotación. La potencia mecánica transmitida

por el motor calibrado al eje de la máquina que está siendo ensayada, mide las pérdidas

de esta última para las condiciones de funcionamiento bajo las cuales se ha hecho el

ensayo. En el método, la máquina ensayada puede estar en vacío, excitada o no, con o

sin escobillas, o en cortocircuito, lo cual permite separar ciertas categorías de pérdidas.

Una alternativa es que, el motor calibrado se puede reemplazar por un motor

dinamométrico, o por cualquier motor que impulse la máquina en ensayo con un

torcómetro apropiado que permita conocer el par transmitido a la máquina ensayada y por

consiguiente, la potencia mecánica absorbida por esta última.

Cuando nos valemos de esta variante, la velocidad de rotación que interviene

directamente en el calculo de la potencia se debe medir con extremo cuidado.

3.2 ENSAYO DEL FACTOR DE POTENCIA CERO.

La máquina funciona como un motor en vacío, a la velocidad nominal en vacío, con un

factor de potencia cercano a cero, mientras que la corriente de excitación se gradúa de

manera que la máquina tome su corriente primaria nominal.

La tensión de alimentación es tal, que las pérdidas magnéticas tienen el mismo valor que

en el funcionamiento en vacío a la tensión nominal. La tensión de alimentación

generalmente es igual a la tensión nominal a menos que esto no genere pérdidas en el

hierro más elevadas que a plena carga. En principio, la potencia reactiva debe ser

positiva, es decir, que la máquina es sobreexcitada, pero cuando no es posible porque la

tensión de la excitatriz es insuficiente, el ensayo se puede efectuar con absorción de la

potencia reactiva (es decir con la máquina subexcitada)

Nota. La precisión de este método depende de la precisión de los vatímetros utilizados, a

un factor de potencia bajo.




3.3 MÉTODO DE DESACELERACIÓN.

Para determinar las pérdidas separadas de las máquinas eléctricas rotatorias se puede

utilizar un método de desaceleración.

Los métodos de determinación de las pérdidas objeto de este numeral se destinan

especialmente a las grandes máquinas sincrónicas, pero los principios utilizados se

pueden aplicar igualmente a otras máquinas (máquinas sincrónicas de corriente alterna y

máquinas de corriente continuas que dispongan principalmente de una inercia de rotación

apreciable), teniendo en cuenta las pérdidas apropiadas para esas máquinas.

3.3.1 Generalidades.

El método de desaceleración se utiliza para determinar:

a) La suma de las pérdidas debidas a la fricción y las pérdidas totales por ventilación

(“pérdidas mecánicas”) en las máquinas de todo tipo.

b) La suma de las pérdidas en el hierro y las pérdidas adicionales en vacío en las

máquinas de corriente continua y las máquinas sincrónicas.

c) La suma de las pérdidas en carga I2R en los devanados y las pérdidas adicionales

en carga (“pérdidas en cortocircuito”) en las máquinas sincrónicas.

3.3.1.1 Bases.

Las pérdidas totales Pt que desaceleran la máquina son proporcionales al producto de la

velocidad a la cual corresponden estas pérdidas y la desaceleración a esta velocidad:

dtdnCP nt −=

Fuente. NTC 3477.




Cuando n ésta dado en R.P.M. y Pt en kW, C es la constante de desaceleración:

Jxx

JC 632

21097.10

10604 −==π

Fuente. NTC 3477.

Donde :

J está dado en kg/m2.

La desaceleración dn/dt se puede obtener bien sea directamente utilizando un

acelerómetro, o directamente por uno de los métodos indicados en los numerales 3.3.1.2,

3.3.1.3 y 2.3.1.4.

3.3.1.2 Método de la Cuerda.

Este método requiere la medida del intervalo de tiempo t2-t1 durante el cual la velocidad de

la máquina sometida a ensayo cambia desde nN(1+d), véase la figura 3. la relación entre

el intervalo de velocidad y el intervalo de tiempo t2-t1 da aproximadamente la derivada de

la velocidad respecto al tiempo 2dnN a la velocidad nominal:

N

N

nndtdn

ttn

=

−≈− 12

2δ

Fuente. NTC 3477.

El valor de las desviación δ no debe ser mayor de 0,1 según las condiciones de ensayo y

puede ser menor que esto dependiendo de las características de la máquina.




Figura 3. Método de la cuerda.

Fuente. NTC 3477.

3.3.1.3 Método de la Secante Límite.

Este método es una variante del método de ensayo de la cuerda y se destina a los casos

donde la velocidad no se puede aumentar por encima del valor nominal. El instante de

tiempo en que la velocidad de rotación es del valor nominal nN se marco como t1, y los

instantes de tiempo en que la velocidad de rotación asume los valores de (1-d)nN se

marcan con t2. la desviación δ asume valores sucesivos decrecientes y la derivada de la

velocidad de rotación respecto al tiempo es el límite de la tangente del ángulo formado por

la línea que une los correspondientes a los instantes t1 y t2 con el eje del tiempo cuando δ

tiende hacia cero, véase la Figura 4.

N

N

nndtdn

ttn

=

−=−→ 120

lim δδ

Fuente. NTC 3477.




Figura 4. Método de la secante límite.

Fuente. NTC 3477.

3.3.1.4 Método de la Velocidad de Rotación Promedio.

Si t1, t2 y t3 son los instantes registrados en forma sucesiva y N las revoluciones completas

del eje entre dos lecturas sucesivas, los valores promedio de la velocidad durante los

intervalos de tiempo serán:

2323

1212

60

60

ttNn

ytt

Nn

−

−=

Fuente. NTC 3477.




Y la relación del eje en un instante intermedio t2 es:

( )13

12232ttnn

dtdn

−−

≈

Fuente. NTC 3477.

Los valores calculados de desaceleración se representan en función de los valores

promedio de la velocidad de rotación. El valor de desaceleración de la velocidad nominal

se determina a partir de la curva.

3.3.2 Composición de los Ensayos de Desaceleración.

3.3.2.1 Composición de los Ensayos con el Momento de Inercia Conocido.

Cuando se conoce por medición o por calculo el momento de inercia de una parte

rotatoria de la máquina, entonces para una máquina de corriente continua son suficientes

dos ensayos básicos de desaceleración: máquina no excitada y máquina en vacío

excitada para obtener la tensión nominal a la velocidad nominal. Para una máquina

sincrónica se agrega un tercer ensayo de desaceleración con el devanado de armadura

en cortocircuito y estando ajustada la excitación para obtener la corriente de armadura

nominal.

El primer ensayo de las pérdidas mecánicas de la máquina, a partir de la fórmula:

1dtdnCnP Nf −=

Fuente. NTC 3477.

El segundo ensayo de las pérdidas mecánicas en el hierro, a partir de la fórmula:

2dtdnCnPP NFef −=+

Fuente. NTC 3477.




El tercer ensayo de las pérdidas mecánica y las pérdidas en cortocircuito a partir de la

fórmula:

3dtdnCnPP Nkf −=+

Fuente. NTC 3477.

En las fórmulas anteriores

3,2,1dtdn

dtdn

dtdn

son los valores de la derivada de la velocidad respecto al tiempo respectivamente en los

ensayos primero, segundo y tercero.

Las pérdidas en el hierro se define como la diferencia de las pérdidas medidas en los

ensayos segundo y primero.

La suma de las pérdidas I2R y de las pérdidas adicionales en el circuito de armadura se

determina como la diferencia de las pérdidas medidas en los ensayos tercero y primero.

La separación de esta suma en componentes, si se requiere, se puede hacer restando de

ella las pérdidas I2R en el circuito de armadura calculada por la resistencia del circuito de

armadura correspondiente a la temperatura de ensayo. Para este propósito la temperatura

del devanado se debe determinar por un método apropiado inmediatamente después de

cada ensayo de desaceleración con el circuito de armadura en cortocircuito.

3.3.2.2 Composición de los Ensayos con el Momento de Inercia Desconocido.

Si el momento de inercia de la parte rotatoria de una máquina es desconocido, o si esta

máquina está acoplada mecánicamente a otras partes rotatorias, por ejemplo una turbina,

cuya inercia es desconocida, se deben efectuar ensayos adicionales para determinar la

constante de desaceleración C.

Si es posible hacer funcionar las máquina sometida a ensayo como motor en vacío

alimentado por una fuente de tensión, de numero de fases y de frecuencia convenientes

(en el caso de una máquina de corriente alterna), y medir la potencia aplicada (igual a la

suma de las pérdidas mecánicas y de las pérdidas en el hierro, dado el hecho de que las




pérdidas I2R en el circuito de armadura generalmente se desconocen), entonces la

constante de desaceleración C se determina a partir de la fórmula:

2dtdnn

PPC

N

Fef +=

Fuente. NTC 3477.

Si por causa de las oscilaciones de frecuencia de una fuente de alimentación es difícil

medir la potencia, esa pedida se puede reemplazar por la medida de la energía aportada

a la máquina sometida a ensayo, con la ayuda de un medidor integrador. Para este

propósito es necesario hacer funcionar la máquina como motor durante algún tiempo en

condiciones de alimentación constante.

Si es imposible hacer funcionar la máquina sometida a ensayo como un motor en vacío,

es necesario agregar a los tres ensayos de desaceleración considerados en el numeral

anterior, un cuarto ensayo de desaceleración. En este caso, la máquina sometida a

ensayo es desacelerada por pérdidas P que se pueden medir y que sean del mismo orden

de las pérdidas esperadas PFe y Pk. Para este propósito, se pueden utilizar las pérdidas en

vacío o en cortocircuito de un transformador conectado (que se miden por separado), o la

carga de una excitatriz o de un generador auxiliar montada sobre el eje de la máquina

ensayada y que se descargue sobre una resistencia compensadora.

Si la máquina ensayada es desacelerada por las pérdidas en vacío del transformador y no

se tienen en cuenta las pérdidas en cortocircuito de la máquina sometida a ensayo que

corresponden a la corriente en vacío del transformador, entonces:

4dtdnCnPPP NFef −=++

Fuente. NTC 3477.

Donde:

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫−

=24

dtdn

dtdnn

PC

N

Fuente. NTC 3477.




Cuando la máquina sometida a ensayo es desacelerada por las pérdidas en cortocircuito

del transformador, generalmente no se tienen en cuenta las pérdidas en el hierro de la

máquina sometida a ensayo que corresponden al flujo magnético del transformador en

cortocircuito. Por consiguiente,

5dtdnCnPPP Nkf −=++

Fuente. NTC 3477.

Donde:

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫−

=35

dtdn

dtdnn

PC

N

Fuente. NTC 3477.

Cuando la máquina sometida a ensayo es desacelerada por la carga de una excitatriz o

de un generador auxiliar sobre la resistencia compensadora, las pérdidas que causan la

desaceleración sólo implican las pérdidas por fricción Pf de la máquina sometida a ensayo

y de la carga medida P (teniendo en cuenta la eficiencia de la máquina de carga que se

puede deducir mediante calculo). Por consiguiente:

6dtdnCnPP Nf −=+

Fuente. NTC 3477.

Donde:

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫−

=16

dtdn

dtdnn

PC

N

Fuente. NTC 3477.




3.3.3 Procedimiento de Ensayo de Desaceleración.

3.3.3.1 Estado de la Máquina Sometida a Ensayo Durante los Ensayos de

Desaceleración.

Una máquina sometida debe estar completamente ensamblada como para el

funcionamiento normal. Los cojinetes se deben hacer funcionar entes del ensayo. La

temperatura del fluido de enfriamiento se debe ajustar hasta donde sea posible a la

temperatura normal a la cual es necesario medir las pérdidas por ventilación, mediante el

ajuste del caudal del fluido de enfriamiento. Las temperaturas en los cojinetes se deben

ajustar a la temperatura normal a la cual funcionan dichos cojinetes con la carga nominal,

mediante el ajuste del caudal del flujo de enfriamiento.

3.3.3.2 Máquina de Ensayo Acoplada con Otros Mecanismos.

Cuando sea posible, la máquina sometida a ensayo se debe desacoplar de otras partes

rotativas conectadas mecánicamente, por ejemplo de una turbina en el caso de un

generador hidráulico. Si no es posible desacoplar la máquina, es necesario tomar las

medidas para reducir las pérdidas mecánicas en ese mecanismo, por ejemplo, mediante

el desensamble parcial. En el caso de un generador hidráulico, el agua se debe evacuar

de la cámara de la turbina. Así mismo, es necesario tomar medidas para eliminar la

posibilidad de derrame de agua desde el lado de agua arriba y de su aspiración por el

rodete de la turbina del lado de aguas abajo. La rotación del rodete de la turbina en el aire

produce pérdidas por ventilación que se pueden apreciar mediante experimentación o

mediante cálculos, por acuerdo entre el fabricante y el comprador.

3.3.3.3 Rotación de una Máquina en el Ensayo.

En ciertos casos, la máquina sometida a ensayo puede ser accionada por una turbina, por

ejemplo en el caso de una turbina Pelton, en donde el suministro de agua hacia la rueda

puede ser interrumpida instantáneamente. Sin embargo, la máquina sometida a ensayo

funciona en general como un motor en vacío alimentado por una fuente separada con una

velocidad variable en grandes proporciones. En todos los casos la máquina sometida a




ensayo debe ser excitada por una fuente independiente con un control de tensión rápido y

preciso. En principio, no es recomendable la excitación por la excitatriz acoplada

mecánicamente pero se puede admitir en el caso en donde la desviación δ de la velocidad

es relativamente pequeña, por ejemplo, si ella no es mayor de 0,05. en todos los casos,

es necesario tener en cuenta las pérdidas en las excitaciones acopladas al eje de la

máquina sometida a ensayo.

3.3.3.4 Procedimientos Realizados antes del Comienzo de los Ensayos.

Cada ensayo comienza aumentando rápidamente la velocidad de la máquina cometida a

ensayo hasta un valor mayor del limite (1+δ)nN de una magnitud tal que la desaceleración

hasta esta velocidad la máquina pueda ser colocada en las condiciones exigidas a saber:

a) Que la máquina esté desconectada de una fuente de alimentación.

b) Que en caso de desaceleración por las pérdidas mecánicas únicamente, el campo

de la máquina sometida a ensayo se suprima.

c) Que en caso de desaceleración por la suma de las pérdidas mecánicas y de las

pérdidas en cortocircuito, el campo se suprima, las terminales de la armadura

queden en cortocircuito y la máquina sea excitada a la corriente de cortocircuito

preseleccionada.

d) Que en caso de desaceleración por las pérdidas de un transformador, la máquina

sometida a ensayo se conecte al transformador previamente situado en cierto

estado (en vacío o en cortocircuito) después de la supresión del campo y excitado

a los valores preseleccionados de corriente o de tensión en vacío.

e) Que en caso de desaceleración por las pérdidas en carga de la excitatriz o de un

generador auxiliar montado sobre el eje de la máquina, el campo de la máquina

sometida a ensayo se suprima y simultáneamente se establezca la carga

especificada.

En todos los casos indicados antes, la desconexión de la fuente de alimentación y el

comienzo de las mediciones deben estar separados por un plazo suficiente, para que los

regímenes transitorios electromagnéticos se estabilicen.




En caso de desaceleración por la suma de pérdidas mecánicas, pérdidas en el hierro o

por pérdidas en vacío de un transformador, no se requiere procedimiento después de que

la máquina sometida a ensayo es desconectada de la fuente, si la excitación de la

máquina sometida a ensayo corresponde a la tensión en vacío preseleccionada, y en el

caso de una máquina sincrónica, a la velocidad nominal y al factor de potencia unitario.

3.3.3.5 Procedimientos Durante la Desaceleración.

Las lecturas de los instrumentos de medida utilizados para cada ensayo (amperímetro de

corriente de excitación, voltímetro de la tensión en vacío, amperímetro de la corriente de

cortocircuito) así como las lecturas de todos los instrumentos requeridos para medir la

potencia en ensayos adicionales de desaceleración cuando el momento de inercia J es

desconocido, deben ser tomadas en el momento del paso de la máquina sometida a

ensayo a la velocidad nominal; en caso de desaceleración de una máquina no excitada no

se requiere de ninguna lectura en ese instante.

Los valores medidos de la tensión en vacío de la corriente de cortocircuito no deben diferir

de los valores preseleccionados en ± 2%. El valor final calculado de la derivada de la

velocidad respecto al tiempo para cada uno de los ensayos debe ser ajustado a los

valores preseleccionados en forma proporcional a la relación entre el cuadrado del valor

preseleccionado y el valor medido.

3.3.3.6 Programa de Ensayos de Desaceleración.

Los ensayos de desaceleración se deben efectúa en serie sin interrupción, siempre que

sea posible. Se recomienda comenzar y terminar cada serie mediante ensayos de

desaceleración con la máquina no excitada. Si por cualquier razón no es posible la

ejecución continua de los ensayos, se recomienda entonces comenzar y terminar cada

serie subsecuente de ensayos mediante ensayos de desaceleración en una máquina no

excitada.

Es posible, o bien repetir los ensayos varias veces con los mismos valores

preseleccionados de tensión en vacío o de corriente de cortocircuito, por ejemplo los




valores nominales, o de realizar los ensayos con valores variantes en limites estrechos,

por ejemplo de 95% a 105% de los valores nominales. En el primer caso, se supone que

los valores promedio aritméticos obtenidas a partir de todas las mediciones son los

valores reales medidos de cada tipo de pérdidas. En el segundo caso, los valores se

representan en una curva en función de la tensión o de la corriente. Se supone que los

valores reales medidos son aquellos que se presentan en el punto de intersección entre la

curva trazada y el calor de corriente o de tensión preseleccionado.

Los ensayos adicionales de desaceleración cuando el momento de inercia de la máquina

sometida a ensayo no se conoce, se deben efectuar a los mismos valores de tensión o de

corriente que los obtenidos en vacío o en cortocircuito. Si esto no es posible, lo valores

respectivos se deben determinar a partir de las curvas como se indico antes.

3.3.4 Toma de Mediciones.

3.3.4.1 Método de Medición.

El propósito de las medidas efectuadas en el curso de los ensayo de desaceleración es

obtener el valor buscado de la derivada de la velocidad respecto al tiempo; dicho valor se

puede obtener por uno de tres métodos:

a) Por el método acelerométrico – medida directa de la desaceleración en función del

tiempo:

( )tfdtdn

=

b) Por el método tacométrico – medida de la velocidad en función del tiempo:

( )tfn =

c) Por el método Cronográfico – medida del deslizamiento angular del eje de la

máquina sometida a ensayo en función del tiempo:

( )tfS =




los instrumentos de medida se pueden utilizar en todos los casos tanto para el registro

continuo como para el discreto de los valores por medir y del tiempo.

3.3.4.2 Método Acelerométrico.

La dependencia de la velocidad respecto al tiempo para las grandes máquinas que tengan

un circuito de ventilación complejo, es posible que no sea completamente uniforme.

Debido a este hecho, los valores instantáneos de desaceleración en el curso de la

disminución en el momento del paso a la velocidad nominal pueden ser aleatorios. En

consecuencia, los valores verdaderos de la derivada de la velocidad respecto al tiempo se

pueden determinar mediante la curva de las desaceleraciones medidas respecto al tiempo

o la velocidad, y utilizando un ajuste de curva o una técnica de correlación apropiados.

3.3.4.3 Método Tacométrico.

A partir de la curva de la velocidad en función del tiempo trazada según los resultados de

las mediciones, se definen los instantes en los cuales dicha velocidad asume los valores

indicados para los métodos de la cuerda o de la secante limite. Los intervalos de tiempo

entre los instantes correspondientes a la velocidad menor y a la velocidad superior se

utilizan para calcular valores de desaceleración durante la disminución de la velocidad.

Si en el eje de la máquina sometida a ensayo hay una excitatriz u otra máquina eléctrica,

ella se pede utilizar como un tacogenerador, siempre que la señal de tensión no pulse con

la velocidad de rotación de la máquina sometida a ensayo. La excitación debe ser

alimentada por una fuente estable de corriente continua, por ejemplo por una batería de

acumuladores separada.

Cuando la señal de tensión pulse con la velocidad, o cuando no exista una máquina tal en

el eje de la máquina sometida a ensayo, se puede acoplar una máquina de corriente

continua. Esa máquina puede ser accionada por el eje de la máquina sometida a ensayo,

por medio de una correa de transmisión sin costura o por otro método que asegure una

rotación uniforme.




Las lecturas de la velocidad se puede hacer bien sea en los intervalos de tiempo exactos

especificados por los métodos respectivos, en cuyo caso no hay ninguna necesidad de un

registro especial de tiempo, o con las señales del eje de la máquina sometida a ensayo;

en este caso las lecturas de tiempo se deben registrar simultáneamente con las lecturas

de la velocidad. No hay necesidad de hacer las lecturas a cada revolución del eje; en

general, 30 a 40 lecturas durante la totalidad del ensayo son suficientes.

Cuando se dispone de instrumentos de medida de alta precisión, la medida de velocidad

de rotación se puede reemplazar por la medida de los valores instantáneos de velocidad o

del periodo de la tensión de la máquina sometida a ensayo o de cualquier otra máquina

de corriente alterna acoplada en su eje; no es necesario que el numero de pares de polos

de las dos máquinas sea igual.

3.3.4.4 Método Cronográfico.

Los contadores de tiempo utilizados pueden ser indicadores visuales con movimiento

continuo (no paso a paso) del puntero o indicadores digitales con impresoras (eléctricas o

mecánicas).

Los registros de tiempo se deben efectuar en función de señales obtenidas a partir del eje

de la máquina sometida a ensayo, bien sea para una revolución completa del eje, o para

un numero definido de revoluciones.

Nota. Cuando, al utilizar el método tacométrico, las indicaciones de velocidad se obtienen

a partir de las señales provenientes del eje de la máquina sometida a ensayo, las lecturas

de tiempo pueden reunir el método Cronográfico y el método tacométrico con el propósito

de suministrar un control mutuo.

En ciertos casos, cuando el grupo tenga características de desaceleración uniforme, se

puede obtener una precisión suficiente si se mide el tiempo de desaceleración entre dos

velocidades que presenten la misma diferencia en relación con la velocidad nominal:

tn

dtdn

∆∆

=




la frecuencia de tensión en el estator asegura la mejor determinación de la velocidad en

una máquina asincrónica.

3.3.4.5 Medición de las Pérdidas en los Cojinetes.

Las pérdidas en los cojinetes y en los cojinetes de empuje se pueden sustraer de la suma

total de pérdidas mecánicas, si así se requiere. Esas pérdida se pueden determinar por el

método calorimétrico de acuerdo con la norma IEC 34-2ª. Si la máquina sometida a

ensayo utiliza el enfriamiento directo para los cojinetes, esas pérdidas se distribuyen entre

la máquina sometida a ensayo y cualquier otra máquina acoplada mecánicamente, por

ejemplo una turbina, proporcionalmente a las masa de sus partes rotatorias. En ausencia

de enfriamiento directo la distribución de las pérdidas en los cojinetes se pueden

determinar a partir de las formulas empíricas por acuerdo entre el fabricante y el

comprador.

3.4 ENSAYO ELÉCTRICO EN OPOSICIÓN.

Este método se aplica cuando se dispone de dos máquinas idénticas. Las máquinas se

acoplan mecánicamente y eléctricamente, de manera que funcionen a una velocidad

nominal, la una como motor y la otra como generador. La temperatura real a la cual se

efectúan las medidas, deben ser lo más cercanamente posible a la de funcionamiento, y

no se efectúa ninguna corrección. Las pérdidas de las máquinas acopladas son

suministradas ya sea por la red a la cual están conectadas, por un motor de impulsión

calibrado, por un elevador de tensión o por la combinación de estos medios.

El valor promedio de la corrientes de la armadura se ajusta a su valor nominal; el

promedio de la tensión de las dos armaduras es superior o inferior a la tensión nominal en

un valor igual a la caída de tensión, dependiendo de que las máquinas de corriente

continua estén destinadas para proporcionar como generador o como motor,

respectivamente.

Cuando dos máquinas de inducción son acopladas eléctricamente, también se deben

acoplar mecánicamente con la ayuda de un dispositivo para ajuste de la velocidad, que

asegure la transmisión correcta de la potencia, por ejemplo una caja de engranajes. La




magnitud de la potencia que circula depende de la diferencia de velocidades, el sistema

eléctrico que suministra las pérdidas también suministra la potencia reactiva a las dos

máquinas.

Cuando dos máquinas sincrónicas son acopladas eléctricamente, estas deben ser

acopladas mecánicamente con una correcta relación angular de fase. El valor de la

potencia transmitida depende del desfase entre las dos máquinas.

3.5 ENSAYO CALORIMÉTRICO.

La medición de pérdidas por el método calorimétrico se debe efectuar de conformidad con

la norma IEC 34 (2ª edición).

3.6 MÉTODO DE SEGREGACIÓN DE PÉRDIDAS. 3.6.1 Determinación de las Pérdidas por Fricción y Ventilación de las Pérdidas en el

Núcleo

Los siguientes cálculos se utilizan para separar el origen de las pérdidas en vacío:

a) Se resta de la potencia de entrada P0, las pérdidas de los devanados del

estator I2REO para cada valor de tensión eléctrica, calculadas con la siguiente

ecuación:

[ ]kWRIRI EOEO ⋅⋅= 20

2 0015.0

Fuente. NTC 5111

donde:

I0 es el promedio de las corrientes eléctricas de línea en vacío, en A.

REO es la resistencia entre las terminales de referencia, en Ω, corregida

al promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator

para cada valor de tensión eléctrica, de acuerdo a la siguiente ecuación:

[ ]Ω++

⋅=ktkt

RRi

iEO0

Fuente. NTC 5111




en donde:

Ri es la resistencia de referencia, en Ω.

t0 es el promedio de las temperaturas de los devanados para cada

valor de tensión, en °C.

ti es el promedio de las temperaturas de los devanados del estator en

frío, 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.

b) Se traza una curva con la potencia de entrada con el motor operando en vacío

P0 menos las pérdidas en los devanados del estator I2REO contra la tensión

eléctrica en vacío, para cada valor de tensión eléctrica entre el 125% y el 60%

del valor nominal.

c) Se traza una curva con la potencia de entrada con el motor operando en vacío

P0 menos las pérdidas en los devanados del estator I2REO 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 Pfv.

d) De la curva obtenida en el inciso b), se calculas las pérdidas del núcleo Pn, a la

tensión eléctrica nominal, restado de la potencia de entrada en vacío P0, las

pérdidas de los devanados del estator I2REO según el inciso a), y las pérdidas

de fricción y ventilación Pfv según el inciso c).

3.6.2 Calculo de las Pérdidas por Efecto Joule

Se calculan la pérdidas por efecto joule en los devanados del estator I2Rm para cada uno

de los seis valores de carga aplicados, utilizando la siguiente ecuación:

[ ]kWRIRI mmm ⋅⋅= 22 0015.0

Fuente. NTC 5111




Donde:

Im es el promedio de las corrientes de línea, en A.

Rm es la resistencia entre las terminales de referencia del estator, corregida a

la temperatura de los devanados para cada valor de carga mediante la

siguiente ecuación:

[ ]Ω++

⋅=ktkt

RRi

mim

Fuente. NTC 5111

en donde:


tm es el promedio de las temperaturas de los devanados por cada valor

de carga, en °C.

ti es el promedio de las temperaturas de los devanados del estator, 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.

3.6.3 Calculo de las Pérdidas por Efecto Joule en El Rotor

Se calculan la pérdidas por efecto joule en los devanados del estator I2Rr para cada uno

de los seis valores de carga aplicados, utilizando la siguiente ecuación:

( ) [ ]kWSPRIPRI mnmer ⋅−−= 22

Fuente. NTC 5111

Donde:

Pe es la potencia de entrada para cada valor de carga.

Pn son las pérdidas del núcleo.

Sm es el deslizamiento en por unidad de la frecuencia de rotación sincrónica ns

para cada valor de carga, de acuerdo a la siguiente ecuación:




s

msm n

nnS

−=

Fuente. NTC 5111

en donde:

ns es la frecuencia de rotación sincrónica, en min-1.

nm la frecuencia de rotación para cada valor de carga medida en min-1.

3.6.4 Calculo del Factor de Corrección del Dinamómetro

a) El deslizamiento por unidad de frecuencia de rotación sincrónica con el

dinamómetro a su carga mínima de acuerdo a la siguiente ecuación:

s

s

nnn

S minmin

−=

Fuente. NTC 5111

en donde:

ns es la frecuencia de rotación sincrónica, en min-1.

Nmin es la frecuencia de rotación con el dinamómetro a su carga mínima,

en min-1.

b) Las pérdidas por efecto joule en el estator con el dinamómetro a su carga

mínima:

[ ]kWRIRI min2

minmin2 0015.0 ⋅⋅=

Fuente. NTC 5111

Donde:

Imin es el promedio de las corrientes de línea durante el ensayo con

carga mínima en el dinamómetro, en A.

Rmin es la resistencia de referencia corregida a la temperatura de los

devanados del estator durante el ensayo con carga mínima en el

dinamómetro, calculada mediante la siguiente ecuación:




[ ]Ω++

⋅=ktkt

RRi

imin

min

Fuente. NTC 5111

en donde:


tmin es el promedio de las temperaturas de los devanados del estator con el

dinamómetro a su mínima carga, en °C.

ti el promedio de las temperaturas de los devanados del estator, 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.

c) Factor de corrección del dinamómetro (FCD):

( )( )[ ] ( )[ ] [ ]mNTPRIPn

SPRIPn

FCD nEOn ⋅−−−−−−−= min2

00

minmin2

minmin

954919549

Fuente. NTC 5111

donde:

Pmin es la potencia de entrada con el dinamómetro a su carga mínima, en kW.

Pn son las pérdidas en el núcleo, en kW.

P0-I2REO en kW.

Tmin es el par torsional del motor con el dinamómetro a su carga mínima, en

N.m.

n0 es la frecuencia de rotación en vacío, en min-1.

3.6.5 Calculo de la Potencia de Salida Corregida

a) Se calculan los valores de par torsional corregido Tc, sumado el factor de

corrección del dinamómetro FCD, a los valores de par medidos.

b) Se calcula la potencia de salida corregida de acuerdo con la siguiente

ecuación:




9549mc

snT

P⋅

=

Fuente. NTC 5111

en donde:

Tc es el par torsional corregido del motor para cada valor de carga, en N.m.

nm es la frecuencia de rotación para cada valor de carga en min-1.

3.6.6 Calculo de las Pérdidas Indeterminadas

Para calcular las pérdidas indeterminadas en cada uno de los seis valores de carga, se

calcula la potencia residual Pres como sigue:

[ ]kWRIPPRIPPP rfvnmseres22 −−−−−=

Fuente. NTC 5111

en donde:

Pe es la potencia de entrada para cada valor de carga, en kW.

Ps Potencia de salida corregida para cada punto de carga, en kW.

I2Rm Pérdidas por efecto joule en los devanados del estator para cada punto de carga,

en kW.

Pn Pérdidas en el núcleo, en kW.

Pfv Pérdidas por fricción y ventilación, en kW.

I2Rr Pérdidas por efecto joule en el devanado del rotor para cada punto de carga, en

kW.

Para suavizar la curva de potencia residual Pres, contra el cuadrado del par torsional Tc2,

para cada valor de carga, se usa el análisis de la regresión lineal del anexo A.

BATP cres += 2

Fuente. NTC 5111

donde:


A es la pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal.

B es la intersección de la recta con el eje de las ordenadas.




Si el coeficiente de correlación γ es menor que 0.9, se elimina el peor punto y se calculan

nuevamente A y B. Si el valor de γ se incrementa hasta hacerlo mayor que 0.9, se usa el

segundo calculo. En caso contrario, el ensayo no fuese satisfactorio, indicando errores en

la instrumentación, de lectura o ambos. Se debe investigar la fuente de estos errores y

corregirse, para posteriormente repetir los ensayos. Cuando el valor de A se establece

con forme al párrafo anterior, se pueden calcular las pérdidas indeterminadas para cada

uno de los valores del numeral 2.2.5.3.3 de la siguiente forma: 2

cind ATP =

Fuente. NTC 5111

donde:


A es la pendiente de la recta para el análisis de regresión lineal.




4. RANGOS DE EFICIENCIA Y ROTULADO

4.1 REQUISITOS

4.1.1 Determinación de la Eficiencia

Para determinar la eficiencia energética de motores de inducción trifásicos con potencia

nominal de 1,0 hp hasta 75,0 hp (0.746 kW - 55.95kW), se aplica el método de ensayo

descrito en la NTC 3477 o la NTC 5111, según sea aplicable.

4.1.2 Clasificación de la Eficiencia de los Motores

Cualquier motor de los mencionados anteriormente debe tener indicada en su etiqueta, la

eficiencia y su correspondiente clasificación de acuerdo en lo establecido en las tablas de

eficiencia (ver anexo C), según el método de ensayo aplicado y el tipo de motor a que

corresponda.

4.1.3 Eficiencia Mínima Asociada

Cualquier motor debe tener una eficiencia mayor o igual a la eficiencia mínima asociada a

la eficiencia nominal que declara en la etiqueta, de acuerdo con la tabla 1 y determinada

según el método de ensayo establecido en la NTC 3477 o la NTC 5111, la que sea

aplicable.

Tabla 1. Eficiencia mínima asociada.

Evaluadas según la Evaluadas según la Eficiencia NTC 3477 NTC 5111

(IEC 34-2) (IEEE 112) Nominal < 50 kW > 50 kW 0 - 50 kW

99 98,85 98,9 98,8 98,9 98,74 98,79 98,7 98,8 98,62 98,68 98,6 98,7 98,51 98,57 98,5




98,6 98,39 98,46 98,4 98,5 98,28 98,35 98,2 98,4 98,16 98,24 98 98,2 97,93 98,02 97,8 98 97,7 97,8 97,6

97,8 97,47 97,58 97,4 97,6 97,24 97,36 97,1 97,4 97,01 97,14 96,8 97,1 96,67 96,81 96,5 96,8 96,32 96,48 96,2 96,5 95,98 96,15 95,8 96,2 95,63 95,82 95,4 95,8 95,17 95,38 95 95,4 94,74 94,94 94,5 95 94,25 94,5 94,1

94,5 93,68 93,95 93,6 94,1 93,22 93,51 93 93,6 92,64 92,96 92,4 93 91,95 92,3 91,7

92,4 91,26 91,64 91 91,7 90,46 90,87 90,2 91 89,65 90,1 89,5

90,2 88,73 89,22 88,5 89,5 87,93 88,45 87,5 88,5 86,78 87,35 86,5 87,5 85,63 86,25 85,5 86,5 84,48 85,15 84 85,5 83,33 84,05 82,5 84 81,6 82,4 81,5

82,5 79,88 80,75 80 81,5 78,73 79,65 78,5 80 77 78 77

78,5 75,28 76,35 75,5 77 73,55 74,7 74

75,5 71,83 73,05 72 74 70,1 71,4 70 72 67,8 69,2 68

Fuente. NTC 5111




4.2 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

4.2.1 Resultados de los Ensayos

La eficiencia medida según el método de ensayo elegido, debe ser igual o mayor que la

eficiencia mínima asociada a la eficiencia nominal marcada en la etiqueta por el

fabricante.

4.2.2 Muestreo y Criterios de Aceptación

De un lote de mínimo 3 motores de la misma referencia se selecciona una muestra, la

cual se evalúa para determinar la eficiencia reportada por el fabricante de acuerdo al

método de ensayo establecido en la NTC 3477 o la NTC 5111, el que seleccione el

fabricante, el valor obtenido debe ser mayor o igual a los valores de eficiencia mínimas

asociadas establecidos en la tabla 1, en cuyo caso el valor declarado por el fabricante es

aceptado; en caso contrario se toman dos muestras adicionales las cuales deben cumplir

con los valores estipulados, si al menos una de las muestras no cumple con dichos

valores no se acepta el valor declarado. Para lotes de menos de tres motores se evalúa

una muestra la cual debe cumplir con los valores estipulados, en caso contrario no se

acepta el valor declarado.

4.3 ETIQUETADO

La etiqueta utilizada en el motor con propósitos de declarar su desempeño energético

debe estar de acuerdo con lo establecido en las figuras 5 y 6, y cumplir con las siguientes

características:

4.3.1 Ubicación: La etiqueta debe estar localizada en el producto o en su empaque, lo que

sea mas visible para el consumidor.

4.3.2 Permanencia: La etiqueta debe permanecer en el producto hasta que este haya sido

adquirido por el consumidor final.




4.3.3 Información: La etiqueta debe marcarse de forma legible y contener mínimo la

siguiente información. Véase figura 6.

a) Una leyenda que diga “ENERGÍA”.

b) Una leyenda que diga “Marca” y enfrente el espacio para especificar la marca

registrada o nombre del fabricante.

c) Una leyenda que diga “Modelo” y enfrente el espacio para especificar el

modelo del motor (abierto, cerrado y numero de polos).

d) Una leyenda que diga “Potencia” y enfrente el espacio para especificar la

potencia nominal del motor en kW/hp.

e) Rangos para la clasificación de los equipos de acuerdo con su eficiencia con lo

establecido en el anexo C. Una leyenda en la parte superior del rango A que

diga “Mas Eficiente” y una leyenda en la parte inferior que diga “Menos

Eficiente”.

f) Una flecha que indique el rango al que pertenece el motor según la eficiencia

real obtenida, utilizando el método de ensayo de la NTC 3477 o la NTC 5111

según corresponda. Dentro de la flecha debe ir la letra que esta señalando.

g) Una leyenda que diga”Índice de eficiencia de energía” y enfrente el espacio

para incluir el valor de eficiencia, el cual debe declararse en porcentaje con al

menos un decimal.

h) Una leyenda que diga “ la eficiencia real depende de las condiciones de

funcionamiento del motor”.

i) Una leyenda que diga “Compare este motor con otros de similares

características (Potencia, numero de polos y tipo de encerramiento)”.

j) Una leyenda que diga “los resultados han sido obtenidos mediante la

aplicación del método de ensayo descrito en las NTC 3477 o la NTC 5111

según corresponda” y en frente un espacio para referenciar la NTC

correspondiente.

k) Un espacio reservado para información adicional.




4.3.4 Dimensiones

El tamaño exterior de la etiqueta debe corresponder al DIN A8 (52mm x 74mm). Los

elementos interiores deben ser legibles y guardar concordancia con lo establecido en la

figura 5.

4.3.5 Color

Las línea y letras deben ser de un color que contraste con el fondo de la etiqueta.

Figura 5. Dimensiones de la etiqueta.

Fuente. NTC 5105




Figura 6. Disposición e información de la etiqueta.

Fuente. NTC 5105.




5. EQUIPOS DE MEDICIÓN

5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

5.1.1 Cifras Significativas: Una indicación de lo preciso de las mediciones se obtienen a

partir de el numero de cifras significativas con las cuales se expresan los resultados.

Estas cifras proporcionan información real relativa a la magnitud y precisión de las

mediciones de una cantidad.

El aumento de la cantidad de cifras significativas incrementa la precisión de una medición.

Cuando un numero de mediciones independientes se toman con intención de obtener la

mejor respuesta posible (la mas cercana al valor real), el resultado se suele expresar con

la medida aritmética de las lecturas, con el posible intervalo de error, con la mayor

desviación de lo obtenido.

5.1.2 Consumo del Elemento: Se debe tener en cuenta el consumo de energía del

instrumento. Se debe tener en cuenta el efecto Joule.

5.1.3 Error: Se define como la desviación a partir del valor real de la variable medida. Se

pueden utilizar varias técnicas para minimizar los efectos de los errores, por ejemplo al

efectuar mediciones de precisión es más recomendable realizar una serie de ensayos que

confiar en una sola observación.

5.1.4 Errores: Los errores se presentan en todos los experimentos. Son inherentes al acto

mismo de la medición. Como no se puede tener una exactitud perfecta, la descripción de

cada medición debe incluir un intento de evaluar las magnitudes y las fuentes de los

errores. Los errores se presentan por instrumentación, humanos y sistemas de medición,

como se observa en la siguiente tabla.




Tabla 2. Errores de medición: como calcularlos o eliminarlos.

Errores de Medición Errores Humanos Errores del Sistema Errores Aleatorios Errores del Instrumental Errores Ambientales * Equivocación en la lectura de instrumentos * Fricción en cojinetes Cambios en * eventos desconocidos * Cálculos erróneos * No linealidad de temperatura, que causan pequeñas * Selección inadecuada componentes humedad, campos variaciones en las Ejemplos de instrumento * Errores de calibración eléctricos y mediciones. * Ajuste incorrecto u * instrumental defectuoso Magnéticos * Demasiado aleatorio e olvido de ajuste de cero * Pérdidas durante Parásitos inexplicable. * No tener en cuenta la transmisión los efectos de carga * Comparar con un * Vigilancia * Efectuar muchas * No es posible estimar estándar mas exacto cuidadosa de mediciones y aplicar Como sus valores * Determinar si es cambios en las el análisis estadístico a estimarlos matemáticos. error constante o Variaciones las variaciones no error proporcional. * Calculo de los explicadas. cambios esperados * Atención cuidadosa * Sellar herméticamente a los detalles cuando el equipo y los se efectúen mediciones * Calibración cuidadosa componentes que se * Diseño cuidadoso del y cálculos de los instrumentos estén probando aparato de medición * conciencia de las * Revisión del equipo * Mantener la para reducir la limitaciones del para asegurar operación temperatura y la interferencia. instrumento adecuada. humedad constantes * Uso de evaluación Método de * Emplear dos o más * Aplicar factores mediante el estadística para calculareliminación observaciones para de corrección después acondicionamiento la mejor estimación o reducción tomar datos críticos de encontrar un error del aire de las lecturas * Tomar al menos tres instrumental. * Resguardar los de la medición. lecturas para reducir * Usar más de un componentes y el la ocurrencia posible método para medir un equipo contra campos de errores grandes parámetro. Magnéticos * Motivación adecuada * Empleo de equipo acerca de la importancia que no se afecte de los resultados mucho por cambios Correctos Ambientales

Fuente: Guía para mediciones electrónicas y practicas del laboratorio. Stanley Wolf.

5.1.5 Exactitud: Especifica la diferencia entre le valor medido y el valor real de un a

cantidad. La desviación del valor verdadero es un índice de que tan exactamente se ha

llevado a cabo la lectura. En equipos análogos para que la indicación sea la verdadera, se

debe tener en cuenta la temperatura ambiente.




1. Si T >> se dilata el elemento metálico.

2. Si T << se contrae el elemento metálico.

5.1.6 Instrumento: Dispositivo para determinar el calor o la magnitud de una cantidad o

variable.

5.1.7 Medición: El proceso de medición generalmente requiere el uso de un instrumento

como medio físico para determinar la magnitud de una variable. Los instrumentos

constituyen una extensión de las facultades humanas y en muchos casos permiten a las

personas determinar el valor de una cantidad desconocida la cual no podría medirse

utilizando solamente las facultades sensoriales.

5.1.8 Precisión: Concordancia entre el valor medido y la escala del instrumento.

Especifica la repetibilidad de un conjunto de lecturas, hecha cada una de forma

independiente con el mismo instrumento. Se determina una estimación de la precisión

mediante desviación de la lectura con respecto al valor promedio.

5.1.9 Resolución: Cambio más pequeño en el valor medido al cual corresponde el

instrumento.

5.1.10 Sensibilidad: En instrumentos de tipo análogos es la relación entre desviación

angular y el número de divisiones de la escala. Los de tipo electrónico funcionan haciendo

comparaciones buscando el punto exacto de la medida.

5.1.11 Tiempo: Los instrumentos de bobina de móvil el imán es fijo, por lo cual a medida

que pasa el tiempo pierde sus características magnéticas.

5.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN

Estos equipos son especificados de acuerdo a la norma técnica, método de ensayo para

medir la eficiencia, NTC 5111 ó NTC 3477 (2ª actualización).




Los instrumentos de medición deben seleccionarse para que el valor leído este dentro del

intervalo de la escala recomendada 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 ±0.5% de plena escala.

Cuando se utilicen transformadores de corriente o de potencial, se deben realizar las

correcciones necesarias para considerar los errores de relación y fase en las lecturas de

tensión y corriente eléctrica. Estos errores no deben ser mayores de 0.5%.

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.

Para evitar la influencia del acoplamiento del motor con el dinamómetro durante el

desarrollo de los ensayos de equilibrio térmico, funcionamiento y carga mínima posible en

el dinamómetro, éstas beben realizarse sin desacoplar el motor entre ellas.

Los instrumentos de medición, equipos y aparatos para aplicar este método de ensayo

son los siguientes: Termómetro, Óhmetro para medir resistencias bajas, Equipo para

controlar la tensión de alimentación, Frecuencímetro, Voltímetros, Amperímetros,

Vatímetro trifásico, Dinamómetro, Torsíometro o aparato para medir el par torsional,

Tacómetro, Cronómetro, Caja de engranajes, Medidor de Aislamiento.

La frecuencia eléctrica de alimentación para todas las pruebas será de 60 Hz ± 0.8%.

Las magnitudes que varíen senoidalmente, deben expresarse en valores eficaces, a

menos que se especifique otra cosa.

La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para este ensayo, debe ser la

tensión eléctrica nominal indicada en la placa de características del motor, medida en sus

terminales sin exceder una variación de ±0.5%, con un desbalance máximo permitido de

±0.5%. donde el porcentaje 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.

El factor de desviación de la onda de tensión eléctrica no debe ser mayor o igual del 10%.

Tabla 3. Características de los equipos utilizados en las pruebas según el método de ensayo. MÉTODO DE ENSAYO

EQUIPO

ESPECIFICACIÓN TÉCNICA DEL EQUIPO

CAMPO DE ACCION SEGÚN NORMA

Ensayo mediante la máquina calibrada: Máquina calibrada Motor eléctrico

cuyas pérdidas han sido determinadas previamente.

Impulsa el motor a ensayo a su velocidad nominal.

Vatímetro Rango: 0 – 15 kW Resolución:3½ Dígitos

Mide la potencia de alimentación.

Tacómetro Rango: 6 – 30k rpm Resolución: 1 rpm

Mide la velocidad de la máquina a ensayo.

Torsíometro Rango: 0 – 200 kg Resolución: 0,1 g

Mide el par a la máquina ensayada.

Controlador de tensión Potencia: 60 kW Rango: 40 – 750 V

Alimenta el motor a la tensión nominal

Voltímetro Rango: 0 – 1000 V Exactitud: ± 0,05 % Máxima resolución: 0,1 mV

Mide la tensión de alimentación.

Amperímetro Rango: 0 – 999,9 A Resolución: 2% ±5 cuentas

Mide la corriente de la máquina sometida a ensayo.

Dinamómetro Rango: 0 – 500 kg Resolución: 0,2 kg


Ensayo del factor de potencia cero: Controlador de tensión Potencia: 60 kW

Rango: 40 – 750 V Alimenta el motor a la tensión nominal


Mide la velocidad de la máquina sometida a ensayo

Cosenofímetro Resolución: 0.04 Mide el factor de potencia. Amperímetro Rango: 0 – 999,9 A

Resolución: 2% ±5 cuentasMide la corriente de excitación y de la máquina a ensayo.


Mide la tensión de alimentación de la máquina a ensayo.




Vatímetro Rango: 0 – 15 kW Resolución:3½ Dígitos

Mide la potencia reactiva del motor.

Método de desaceleración: Controlador de tensión Potencia: 60 kW

Rango: 40 – 750 V Alimenta el motor a la tensión nominal




Mide la corriente de la máquina a ensayo.

Método de la cuerda: Cronometro Exactitud: ± 0,2 % Mide el intervalo de tiempo

al cual la máquina cambia de velocidad.



Método de la secante limite: Cronometro Exactitud: ± 0,2 % Mide el intervalo de tiempo




Método de la velocidad de rotación promedio: Cronometro Exactitud: ± 0,2 % Mide el intervalo de tiempo




Ensayo eléctrico en oposición: Termómetro Rango: 0 – 1.360 °C

Resolución: 1 °C Medir la temperatura de los devanados del motor.



Máquina calibrada Motor eléctrico cuyas pérdidas han sido determinadas previamente.


Controlador de tensión Potencia: 60 kW Rango: 40 – 750 V









6. COSTO APROXIMADO DE LA INVERSIÓN

El costo aproximado de la adquisición de la totalidad del equipo requerido para realizar las

pruebas y de la adecuación de las instalaciones físicas para el laboratorio es de 500

millones de pesos, tal como se ve en la figura a continuación:

Figura 7. Costo equipo y adecuación por tipo de laboratorios.

Fuente. CIDET

A continuación se presenta un análisis detallado del costo de los equipos e instrumentos

laboratorio utilizados en las pruebas de eficiencia energética en motores de corriente

alterna, trifásicos, de inducción, de jaula de ardilla, de uso general en potencia nominal de

1,0 hp hasta 75,0 hp (0.746 kW - 55.95kW), abiertos y cerrados.

Se debe tener en cuenta que las cifras aquí propuestas están sujetas a las fluctuaciones

que puedan sufrir, tanto la banda monetaria internacional como la T.R.M. nacional y el

mercado de los equipos requeridos.




Tabla 4. Costo unitario de los equipos e instrumentos utilizados en las pruebas de eficiencia

energética para ensayos de motores.

EQUIPO MEDIDAS VALOR UNITARIO

Analizador de la

calidad de la energía

trifásico.

PowerPad

Model 3945

Voltaje fase neutro de 6 a 480 V Voltaje fase - fase de 10 a 830 V Voltaje DC de 6 a 100 VDC Frecuencia de 40 a 69 Hz Corriente de 0 a 1200 A Potencia de 0 a 9999 kW; 0 a 9999 kVAr; 0 a 9999 kVA Factor de potencia de –1 a 1 Temperatura de 0 a 50 °C

14,120,727

Analizador de

Calidad de la

Energía monofásico.

FLUKE 43B/628

Voltaje de 5 a 1250 V Corriente de 50 A a 50kA Frecuencia de red de 40 a 70 Hz Potencia de 250 W a 1,56 GW Factor de potencia de 0,9 a 1 Corriente de arranque de 1 a 1000 A Resistencia de 500Ω a 30 MΩ Temperatura de –100 a 400 °C

8,061,080

Multímetro analógico

digital.

FLUKE 189 EFSP

Voltaje de 50mV a 1000V AC / DC Corriente de 500uA a 10A AC / DC Resistencia 500 Móhmios Capacitancia 50 mF Conductancia 50 nS, Bm y dBV Frecuencia 1 MHz Temperatura 200 °C / +1.350°C

1,465,900

Pinza

Voltiamperimétrica.

FLUKE 337

Corriente 999.9A 999.9 ADC Corriente de arranque de 100 mS Voltaje de 0 a 600 VAC / VDC Frecuencia 5 – 400 Hz

1,131,620

Multímetro de 5

dígitos.

FLUKE 45-05

Voltaje de 300 mVAC a 750 VAC; 300mVDC a 1000VDC Corriente de 10 mAAC a 10 AAC; 30mADC a 10 ADC Resistencia de 300 Ω a 100 MΩ Frecuencia de 5Hz a ->1 MHz

3,668,860

Termómetro Digital.

FLUKE 53-2

La temperatura depende del tipo de termopar que se utilice, y acepta los tipos J, K, T, E, N, R, y S. Con indicador de tiempo.

1,649480

Cronometro

BG 1305

Cronometro 26,079

Valores en pesos colombianos mas IVA, cotización a Mayo 1 de 2004.




7. LABORATORIO PARA LA MEDICIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGETICA

7.1 TIPOS DE ORGANISMOS Y MODALIDADES DE ACREDITACIÓN

La acreditación se realizará conforme con los procedimientos y criterios contenidos en la

resolución 8728 del 26 de marzo de 2001 y en concordancia con las guías ISO-58, ISO-61

e ISO 17010. La acreditación se concederá para un tipo de organismo y para una o más

de las modalidades que se describen a continuación:

a) Organismos de Certificación: Para que a través de la expedición de certificados de

conformidad den constancia por escrito o por medio de un sello, que un sistema de

gestión de calidad o ambiental, un producto, un servicio, un proceso o la

calificación de una persona está conforme con un reglamento técnico o una norma

técnica.

b) Organismos de Inspección: Para que realicen actividades de medir, ensayar o

comparar con un patrón o documento de referencia una o más características de

un proceso, un producto, una organización, evaluar una persona, o varios de éstos

y confrontar los resultados con requisitos especificados. Para así establecer si se

logra la conformidad de esas características.

c) Laboratorios de Ensayos: Para que realicen pruebas y ensayos a sustancias,

materiales o productos para la determinación de las características,

aptitudes o funcionamiento de éstos.

d) Laboratorios de Calibraciones: Para que realicen mediciones y calibraciones de

patrones, instrumentos o sistemas de medición de magnitudes físicas o químicas,

dentro de intervalos de medición e incertidumbres de medida específicas.

Para efectos de este documento, la modalidad es la descrita en el inciso C (Laboratorio de

ensayos).




7.2 REQUISITOS PARA LA ACREDITACIÓN

Las entidades que soliciten la acreditación, deberán cumplir con lo señalado en la

resolución 8728 del 26 de marzo de 2001 por la cual se establece el reglamento para la

acreditación y con los requisitos establecidos por la norma ISO 17025.

Adicionalmente se deberán cumplir con los requisitos específicos adicionales que

establezca la Superintendencia de Industria y Comercio.

7.3 SOLICITUD

El solicitante de la entidad (Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería Eléctrica),

deberá solicitarla a la Superintendencia de Industria y Comercio a través del formulario

anexo a la resolución 8728 del 26 de marzo de 2001, según el tipo y modalidad de la

acreditación, debidamente diligenciado junto con los anexos que allí se requieren,

indicando el tipo de modalidad que se requiere y detallando claramente el alcance de la

misma.

7.4 EVALUACIÓN PRELIMENAR

Si la solicitud estuviere completa, la Superintendencia de Industria y Comercio, División

de Normas Técnicas, informará a la entidad solicitante las tarifas que debe pagar por la

evaluación documental y el nombre de los expertos técnicos externos, si fuere necesario

su contratación. Si la solicitud estuviere incompleta, informará al solicitante los requisitos

que falta cumplir en los términos de los artículos 12 y 13 del código contencioso

administrativo.

El solicitante contará con un plazo de diez 10 días hábiles para hacer llegar el

comprobante de pago por la evaluación documental y para presentar objeciones a los

miembros externos del equipo auditor.

Si en el término fijado el solicitante no realizare el pago, la Superintendencia archivará el

proceso de acreditación.




En caso de objeción a algún miembro del equipo auditor se dará aplicación al

procedimiento de petición en interés particular según lo señalado en el código contencioso

administrativo.

7.5 VISITA DE AUDITORIA

La División de Normas Técnicas deberá verificar en campo la veracidad de la información

aportada por el solicitante y el cumplimiento de los requisitos técnicos y administrativos

señalados en esta resolución y en la norma o guía internacional correspondiente a la

modalidad de acreditación solicitada.

7.6 DECISIÓN DE ACREDITACIÓN

En caso de que se conceda la acreditación, se ordenará además hacerle entrega al

peticionario de un documento que lo distinguirá como ente acreditado dentro del Sistema

Nacional de Normalización, Certificación y Metrología, en el cual se señalará la modalidad

y los campos específicos para los cuales ha sido acreditado y la inclusión en las mismas

condiciones en el directorio de organismos acreditados que divulgue la Superintendencia

de Industria y Comercio.




8. CONCLUSIONES

Con el desarrollo del presente documento, se cumplieron todos los objetivos propuestos y

los resultados son los que se exponen a continuación:

Para obtener el método de determinación de las pérdidas y de la eficiencia en motores

de corriente alterna, trifásicos, de inducción, de jaula de ardilla, sincrónicos, de uso

general en potencia nominal de 1,0 hp hasta 75,0 hp (0.746 kW - 55.95kW), abiertos o

cerrados, se debe aplicar la norma correcta, ya sea nacional o internacional que tenga

validez en nuestro país, las cuales pueden ser IEC 34-1, IEC34-2A, IEEE 112, NTC

2805, NTC 3477, NTC 5111.

La etiqueta utilizada en el motor con propósitos de declarar su desempeño energético

debe estar de acuerdo con lo establecido en las tablas de eficiencia (ver anexo C),

según el método de ensayo aplicado y el tipo de motor a que corresponda.

Existe la alternativa de evaluar la eficiencia de los motores eléctricos de acuerdo con

las normas IEEE o normas IEC, debido al uso de ambas practicas en nuestro medio

se han elaborado las Normas Técnicas Colombianas, que establecen los métodos de

ensayo para evaluar la eficiencia de cada una de ellas.

Para la norma IEC 34-2A, que establece el método para la determinación de las

pérdidas y de la eficiencia, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas ha elaborado

la norma: “Máquinas eléctricas rotatorias; Método para la determinación de las

pérdidas y de la eficiencia de máquinas eléctricas rotatorias a partir de ensayos

(excluyendo las máquinas para vehículos de tracción)”. Bogota: ICONTEC, 1998.

(NTC 3477).




Para la norma IEEE 112, que establece los pasos para la determinación de las

pérdidas y de la eficiencia, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas ha elaborado

la norma: “Eficiencia energética en motores eléctricos; Método de ensayo para medir

la eficiencia. Tecnología americana”. Bogota: ICONTEC, 2002. (NTC 5111).

Para la determinación de la eficiencia energética, es de vital importancia la escogencia

de los equipos según su desempeño energético, de acuerdo como lo establecen las

normas técnicas colombianas de eficiencia energética.

La Facultad de Ingeniería Eléctrica debe escoger para la acreditación del laboratorio

de eficiencia energética “Laboratorios de Ensayos:” Para que realicen pruebas y

ensayos a sustancias, materiales o productos para la determinación de las

características, aptitudes o funcionamiento de éstos; tratados en el numeral 9.1 del

presente documento.




9. RECOMENDACIONES

Por medio de los resultados obtenidos en el presente documento, se recomienda:

Para la clasificación de la eficiencia energética de los motores, se debe tener indicada

en su etiqueta, la eficiencia y su correspondiente clasificación de acuerdo en lo

establecido en las tablas de eficiencia (Anexo C), según el método de ensayo aplicado

y el tipo de motor a que corresponda.

Para los ensayos a los motores, los equipos de medida deben ser digitales y

preferiblemente con puerto de conexión al computador y mantener estos equipos

debidamente calibrados, para que los valores obtenidos sean los reales.

Que la Facultad de Ingeniería Eléctrica, agilice los procedimientos para la adecuación

y acreditación del laboratorio de eficiencia energética, ya que esto es un negocio muy

rentable y puede llegar a motivar a los estudiantes de Ingeniería Eléctrica sobre este

tema.




BIBLIOGRAFÍA

AEMC Instruments. Test & measurement instruments.

FLUKE. Catalogo de instrumentación de medida.

HOLZBOCK Werner, Instrumentos para medición de laboratorio, 5 ed. Bogotá: Prentice-

Hall, 1999.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Máquinas eléctricas rotatorias,

método para la determinación de las pérdidas y de la eficiencia de maquinarias eléctrica

rotatoria a partir de ensayos (excluyendo las máquinas para vehículos de tracción).

Bogota: ICONTEC, 1998. (NTC 3477).

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Eficiencia energética en motores

eléctricos. Método de ensayo para medir la eficiencia. Tecnología americana. Bogota:

ICONTEC, 2002. (NTC 5111).

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS. Eficiencia energética en motores

de inducción. Rangos de eficiencia y rotulado. Bogotá: ICONTEC, 2002. (NTC 5105).

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO, SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA

Y COMERCIO. Reglamento para la acreditación. Bogotá: resolución numero 8728 del 26

de marzo de 2001.




SEMINARIO PROGRAMA CONOCE. Determinación del potencial de mercado para la

prestación de servicios de medición en laboratorios de desempeño energético en equipos

de uso final. Bogotá: CIDET-UPME, 2002.

WOLF, Stanley y SMITH, Richard. Guía para mediciones electrónicas y practicas de

laboratorio. 2 ed. México: Prentice-Hall, 1992.

www.upme.gov.co UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGÉTICO.

www.cidet.com.co CORPORACIÓN CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

TECNOLÓGICO.

www.icontec.org.co INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS.

www.sic.gov.co SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO.




ANEXO A

PROTOCOLO DE PRUEBAS

A.1 CONDICIONES DEL ENSAYO

La frecuencia eléctrica de alimentación para todas las pruebas será de 60 Hz ± 0,8 %.

Las magnitudes eléctricas que varíen senoidalmente, deben expresarse en valores

eficaces, a menos que se especifique otra cosa.

La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación para el ensayo, debe ser la

tensión nominal indicada en la placa de característica del motor, medida en sus

terminales, sin exceder una variación de ± 0,5 %, con un desbalance máximo permitido de

± 0,5 %. Donde el porcentaje 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.

A.2 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

Antes de comenzar los ensayos se deben registrar la temperatura y la resistencia óhmica

de los devanados del estator. Para ello se deben instalar dentro del motor detectores de

temperatura por resistencia o termopares, entre o sobre los cabezales del devanado, o en

las ranuras del núcleo del estator, procurando que queden fuera de las trayectorias del

aire de enfriamiento del motor.

A.2.1 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 de los devanados del estator, en óhms.

2) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator t, en °C.

3) La temperatura ambiente ta, en °C.

A.2.2 Ensayo para alcanzar el equilibrio térmico

Mediante este ensayo se determinan la resistencia y temperatura de los devanados del

motor operando a plena carga.

Se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica medida en sus terminales, frecuencia

eléctrica y potencia nominales, hasta alcanzar el equilibrio térmico definido en el numeral

1.14 en todos los detectores de temperatura. Se desenergiza y se desconectan las

terminales de línea del motor y se mide y registra la resistencia entre terminales de la

resistencia de referencia determinada en el numeral A.2.1, en el tiempo especificado en la

tabla A.1.

Tabla A.1. Tiempo al cual se debe realizar la medición de la resistencia de referencia de

los devanados del estator.

Potencia nominal, en kW Tiempo, en s37,5 o menor 30Mayor de 37,5 a 150 90Mayor de 150 120

Fuente: NTC 5111.

Si excede el tiempo establecido en la tabla 1, se traza una curva de enfriamiento basada

en la resistencia entre el par de terminales de referencia, utilizando por lo menos 5 valores

espaciados a intervalos de 60 s, para determinar la resistencia al tiempo de retardo

especificado en la tabla 1.

Se miden y registran:

1) La resistencia entre las terminales de referencia R, en óhms.




2) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator t, en °C.

3) La temperatura ambiente ta, en °C.

4) El tiempo al que se midió o determino la resistencia R, en s.

A.2.3 Ensayo de funcionamiento

Al termino del ensayo anterior, se hace funcionar el motor a su tensión eléctrica medida

en sus terminales, frecuencia eléctrica y potencia nominales, hasta alcanzar nuevamente

el equilibrio térmico. Se aplican en forma descendente dos valores de carga arriba de la

potencia nominal, seleccionados adecuadamente para no dañar el motor y sin exceder del

150 % de la misma; así como cuatro valores de carga espaciados aproximadamente

iguales desde el 100 % hasta el 25% de la potencia nominal.

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) La frecuencia eléctrica de alimentación, en Hz.

3) El promedio de las corrientes de línea In, en A.

4) La potencia de entrada Pe, en kW.

5) El par torsional del motor Tn, en N-m.

6) La frecuencia de rotación nn, en RPM.

7) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator para

cada valor de carga tn, en °C.

8) La temperatura ambiente para cada valor de carga ta, en °C.

A.2.4 Carga mínima posible en el dinamómetro

Se ajusta el dinamómetro a su carga mínima y se opera el motor a su tensión eléctrica

medida en sus terminales y frecuencia eléctrica nominales hasta que la potencia de

entrada no varíe más del 3 % en un lapso de 30 minutos.




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.


3) El promedio de las corrientes eléctricas de líneas In, en A.

4) La potencia de entrada Pn, en kW.

5) El par torsional Tn, en N-m.

6) La frecuencia de rotación nn, en RPM.

7) El promedio de las temperaturas detectadas por los detectores de temperatura de

los devanados tn, en °C.

8) Se verifica que la potencia de salida Pd demandada al motor bajo ensayo, sea

menor al 15 % de su potencia nominal. Donde Pd en kW, se calcula de la siguiente

forma:

9549. minmin nT

Pd =

A.2.5 Prueba de operación en vacío

Se desacopla el motor del dinamómetro y se opera en vacío a su tensión eléctrica medida

en las terminales del motor y la frecuencia eléctrica nominales hasta que la potencia de

entrada varíe no más del 3 % en un lapso de 30 minutos. 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; 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.

Para cada valor de tensión eléctrica, se miden y registran:

1) El promedio de las tensiones eléctricas entre terminales, en V.


3) El promedio de las corrientes eléctricas de línea In, en A.

4) La potencia de entrada en vacío P0, en kW.




5) La frecuencia de rotación n0, en RPM.

6) El promedio de las temperaturas detectadas en los devanados del estator en cada

valor de tensión t0, en °C.




ANEXO B

Tabla B1. Equivalencia entre kW y hp

kW hp kW Hp kW hp 0,746 1 11,19 15 55,95 75 1,119 1,5 14,92 20 74,6 100 1,492 2 18,65 25 93,25 125 2,238 3 22,38 30 111,9 150 3,73 5 29,84 40 149,2 200

5,595 7,5 37,3 50 7,46 10 44,76 60

Fuente. NTC 5105

Tabla B2. Unidades Usadas en el documento

abreviatura descripción ° C Grados Celsius A Amperios k Kilo m Metro N Newton óhmios Óhmios RPM Revoluciones por minutoV Voltios W Vatios




ANEXO C

Clasificación De La Eficiencia De Los Motores

Los motores de corriente alterna, trifásicos, de inducción, de jaula de ardilla, de uso

general en potencia nominal de 1,0 hp hasta 75,0 hp (0.746 kW - 55.95kW), abiertos y

cerrados, debe tener indicada en su etiqueta, la eficiencia y su correspondiente

clasificación de acuerdo en lo establecido en las tablas de eficiencia, según el método de

ensayo aplicado y el tipo de motor a que corresponda.

Tabla C1. Rango de eficiencia para motores abiertos de dos polos evaluados según la

NTC 5111.

hp kW G F E D C B A 1,0 0,7 0,00 57,67 57,68 63,19 63,20 67,99 68,00 71,99 72,00 74,99 74,50 76,99 77,00 100,001,5 1,1 0,00 57,67 57,68 63,19 63,20 67,99 68,00 71,99 72,00 82,49 82,50 84,09 84,10 100,002,0 1,5 0,00 60,32 30,33 65,49 65,50 69,99 70,00 73,99 74,00 83,99 84,00 85,49 85,50 100,003,0 2,2 0,00 69,57 69,58 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 83,99 84,00 85,49 85,50 100,005,0 4,0 0,00 69,57 69,58 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 85,49 85,50 86,49 86,50 100,007,5 5,5 0,00 71,56 71,57 75,27 75,28 78,49 78,50 81,49 81,50 87,49 87,50 88,49 88,50 100,00

10,0 7,5 0,00 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 82,49 82,50 88,49 88,50 89,49 89,50 100,0015,0 11,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 89,49 89,50 90,19 90,20 100,0020,0 15,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 90,19 90,20 90,99 91,00 100,0025,0 18,5 0,00 78,83 78,84 81,56 81,57 83,99 84,00 86,49 86,50 90,99 91,00 91,69 91,70 100,0030,0 22,0 0,00 80,81 80,82 83,32 83,33 85,49 85,50 87,49 87,50 90,99 91,00 91,69 91,70 100,0040,0 30,0 0,00 82,14 82,14 84,47 84,48 86,49 86,50 88,49 88,50 91,69 91,70 92,39 92,40 100,0050,0 37,0 0,00 83,46 83,46 85,62 85,63 87,49 87,50 89,49 89,50 92,39 92,40 92,99 93,00 100,0060,0 45,0 0,00 84,76 84,76 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 92,99 93,00 93,59 93,60 100,0075,0 55,0 0,00 84,78 84,78 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 92,99 93,00 93,59 93,60 100,00

Fuente. NTC 5105




Tabla C2. Rango de eficiencia para motores abiertos de 4 polos evaluados según la NTC

5111.

hp KW G F E D C B A 1,0 0,7 0,00 57,76 57,68 63,19 63,20 67,99 68,00 71,99 72,00 82,49 82,50 85,49 85,50 100,001,5 1,1 0,00 60,32 60,33 65,49 65,50 69,99 70,00 73,99 74,00 83,99 84,00 86,49 86,50 100,002,0 1,5 0,00 62,96 92,97 67,79 67,80 71,99 72,00 75,49 75,50 83,99 84,00 86,49 86,50 100,003,0 2,2 0,00 71,56 71,57 75,27 75,28 78,49 78,50 81,49 81,50 86,49 86,50 89,49 89,50 100,005,0 4,0 0,00 71,56 81,57 75,27 75,28 78,49 78,50 81,49 81,50 87,49 87,50 89,49 89,50 100,007,5 5,5 0,00 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 82,49 82,50 88,49 88,50 90,99 91,00 100,00

10,0 7,5 0,00 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 82,49 82,50 89,49 89,50 91,69 91,70 100,0015,0 11,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 90,99 91,00 92,99 93,00 100,0020,0 15,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 90,99 91,00 92,99 93,00 100,0025,0 18,5 0,00 78,83 78,84 81,59 81,60 83,90 84,00 86,49 86,50 91,69 91,70 93,59 93,60 100,0030,0 22,0 0,00 82,14 82,15 84,47 84,48 86,49 86,50 88,49 88,50 92,39 82,40 94,09 94,10 100,0040,0 30,0 0,00 83,46 83,47 85,62 85,63 87,49 87,50 89,49 89,50 92,39 93,00 94,09 94,10 100,0050,0 37,0 0,00 83,46 83,47 85,62 85,63 87,49 87,50 89,49 89,50 92,99 93,00 94,49 94,50 100,0060,0 45,0 0,00 84,78 84,79 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 93,59 93,60 94,99 95,00 100,0075,0 55,0 0,00 84,78 84,79 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 94,09 94,10 94,99 95,00 100,00Fuente. NTC 5105.

Tabla C3. Rango de eficiencia para motores abiertos de 6 polos evaluados según la NTC

5111.

hp KW G F E D C B A 1,0 0,7 0,00 57,67 57,68 63,19 63,20 67,99 68,00 71,99 72,00 79,99 80,00 82,49 82,50 100,001,5 1,1 0,00 60,32 60,33 65,49 65,50 69,99 70,00 73,99 74,00 83,99 84,00 86,49 86,50 100,002,0 1,5 0,00 62,96 62,97 67,80 67,80 71,99 72,00 75,49 75,50 85,49 85,50 87,49 87,50 100,003,0 2,2 0,00 69,57 69,58 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 86,49 86,50 88,49 88,50 100,005,0 4,0 0,00 69,57 69,58 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 87,49 87,50 89,49 89,50 100,007,5 5,5 0,00 71,56 71,57 75,27 75,28 78,49 78,50 81,49 81,50 88,49 88,50 90,19 90,20 100,0010,0 7,5 0,00 73,54 73,55 76,99 77,00 79,99 80,00 82,49 82,50 90,19 90,20 91,69 91,70 100,0015,0 11,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 90,19 90,20 91,69 91,70 100,0020,0 15,0 0,00 75,52 75,53 78,72 78,73 81,49 81,50 83,99 84,00 90,99 91,00 82,39 92,40 100,0025,0 18,5 0,00 78,83 78,84 81,59 81,60 83,99 84,00 86,49 86,50 91,69 91,70 92,99 93,00 100,0030,0 22,0 0,00 80,81 80,82 83,32 83,33 85,49 85,50 87,49 87,50 92,39 92,40 93,59 93,60 100,0040,0 30,0 0,00 82,14 82,15 84,47 84,48 86,49 86,50 88,49 88,50 92,99 93,00 94,09 94,10 100,0050,0 37,0 0,00 83,46 83,47 85,62 85,63 87,49 87,50 89,49 89,50 92,99 93,00 94,09 94,10 100,0060,0 45,0 0,00 84,78 84,79 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 93,59 93,60 94,49 95,50 100,0075,0 55,0 0,00 84,78 84,79 86,77 86,78 88,49 88,50 90,19 90,20 93,59 93,60 94,49 94,50 100,00Fuente. NTC 5105.




Tabla C4. Rango de eficiencia para motores de 2 polos cerrados evaluados según la NTC

3477.



5111.






3477.



5111.





Nota 1. No se contemplaron los motores abiertos evaluados según el método de ensayo

de la NTC 3477, ya que no son de uso común.

Nota 2. Para valores intermedios de potencia nominal, las eficiencias deben determinarse

por interpolación lineal.

REQUERIMIENTOS TECNOLREQUERIMIENTOS TECNOLÓÓGICOS GICOS Y NORMATIVOS PARA LA Y NORMATIVOS PARA LA

APLICACIAPLICACIÓÓN DE LO ESTABLECIDO N DE LO ESTABLECIDO POR EL PROGRAMA CONOCE PARA POR EL PROGRAMA CONOCE PARA

MOTORES ELECTRICOS DE MOTORES ELECTRICOS DE FABRICACIFABRICACIÓÓN COMERCIALN COMERCIAL

BIENVENIDOSBIENVENIDOS

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MOTORES ELECTRICOS DE MOTORES ELECTRICOS DE FABRICACIFABRICACIÓÓN COMERCIALESN COMERCIALES

Presentado por:MARIO ANDRÉS SÁNCHEZ MORAMARIO ANDRÉS SÁNCHEZ MORA

REQUERIMIENTOS TECNOLÓGICOS Y NORMATIVOS PARA LA APLICACIÓN DE LO

ESTABLECIDO POR EL PROGRAMA CONOCE PARA MOTORES ELECTRICOS DE FABRICACIÓN

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Introducción.Métodos de ensayo.Equipos de medición.Costo aproximado de la inversion.Rangos de eficiencia y rotulado.Laboratorio para la medición de la eficiencia energética.Conclusiones y recomendaciones.

INTRODUCCIÓNLa energía es un recurso que permite el desarrollo del

planeta y el mejoramiento de la calidad de vida de los seres humanos. Por ello es importante, tal como sucede con otros recursos, su utilización eficiente. Para ello, en todo el mundo, se han implementado programas que promuevan su apropiada utilización.

En general, los programas de eficiencia energética se han establecido para definir dos aspectos principales: el primero de ellos está relacionado con los requisitos mínimos aceptables desde el punto de vista de desempeño energético; y el segundo es una etiqueta informativa colocada en los productos, que indica el desempeño energético del mismo.

En Colombia, en la década de los ochenta, se inició la elaboración de algunas normas para disminuir las pérdidas de energía, y fue en 1995 cuando se elaboraron las primeras normas técnicas colombianas sobre eficiencia energética.

A partir del año 2000 la unidad de planeación minero energética - UPME - retoma el tema y se crea el PROGRAMA CONOCE -programa colombiano de normalización, acreditación, certificación y etiquetado de equipos de uso final de energía.



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MÉTODOS DE ENSAYOLos ensayos se pueden clasificar en:

Determinación de la potencia de entrada y de salida en una sola máquina.

Determinación de la potencia de entrada y de salida en dos máquinas conectadas en oposición.

Determinación de las pérdidas reales en una máquina en condiciones establecida.

Se distingue entre las mediciones directas e indirectas de la eficiencia:

La medida directa de la eficiencia se realiza midiendo directamente la potencia suministrada por la máquina y la absorbida por la misma.

La medida indirecta de la eficiencia se realiza midiendo las pérdidas de la máquina. Al agregar estas pérdidas a la potencia suministrada por la máquina, se obtiene la potencia que ésta absorbe.

Ensayo mediante la Máquina Calibrada

Ensayo en el cual la potencia mecánica adsorbida o generada por una máquina eléctrica, se calcula a partir de la potencia eléctrica de entrada o salida de una máquina auxiliar calibrada y acoplada mecánicamente a la máquina de ensayo.

Ensayo del Factor de Potencia Cero

La máquina funciona como un motor en vacío, a la velocidad nominal en vacío, con un factor de potencia cercano a cero, mientras que la corriente de excitación se gradúa de manera que la máquina tome su corriente primaria nominal.

Método de Desaceleración

Ensayo en el cual las pérdidas de una máquina se calculan a partir de la tasa de desaceleración de la máquina, cuando únicamente estas pérdidas están presentes.

El método de desaceleración se utiliza para determinar:

a) La suma de las pérdidas debidas a la fricción y las pérdidas totales por ventilación (“pérdidas mecánicas”) en las máquinas de todo tipo.

b) La suma de las pérdidas en el hierro y las pérdidas adicionales en vacío en las máquinas de corriente continua y las máquinas sincrónicas.

c) La suma de las pérdidas en carga I2R en los devanados y las pérdidas adicionales en carga (“pérdidas en cortocircuito”) en las máquinas sincrónicas.

Ensayo Eléctrico en Oposición

Ensayo en el cual dos máquinas idénticas son acopladas mecánicamente y conectadas eléctricamente a una misma red. Las pérdidas totales de las dos máquinas son iguales a la potencia de entrada de esta red.

Método de Segregación de Pérdidas

Este método tiene como particularidad la medición indirecta de las pérdidas indeterminadas y la medición directa de las pérdidas por efecto Joule en los devanados del estator y del rotor, las pérdidas en el núcleo, así como las pérdidas por fricción y ventilación.



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EQUIPOS DE MEDICIÓNEstos equipos son especificados de acuerdo a

la norma técnica, método de ensayo para medir la eficiencia, NTC 5111 ó NTC 3477 (2ªactualización).

Los instrumentos analógicos o digitales deben estar calibrados con una incertidumbre máxima de ±0.5% de plena escala.

Cuando se utilicen transformadores de corriente o de potencial, se deben realizar las correcciones necesarias para considerar los errores de relación y fase en las lecturas de tensión y corriente eléctrica. Estos errores no deben ser mayores de 0.5%.

La frecuencia eléctrica de alimentación para todas las pruebas será de 60 Hz ±0.8%.

La tensión eléctrica de corriente alterna de alimentación, debe ser la tensión eléctrica nominal indicada en la placa de características del motor.

El factor de desviación de la onda de tensión eléctrica no debe ser mayor o igual del 10%.

Características de los equipos utilizados en las pruebas según el método de ensayo.MÉTODO DE ENSAYO

EQUIPOESPECIFICACIÓN

TÉCNICA DEL EQUIPO

CAMPO DE ACCION SEGÚN NORMA

Ensayo mediante la mEnsayo mediante la mááquina calibrada:quina calibrada:



Vatímetro Rango: 0 – 15 kWResolución:3½Dígitos

Mide la potencia de alimentación.

Tacómetro Rango: 6 – 30k rpmResolución: 1 rpm

Mide la velocidad de la máquina a ensayo.

Torsíometro Rango: 0 – 200 kgResolución: 0,1 g

Mide el par a la máquina ensayada.

Controlador de tensión Potencia: 60 kWRango: 40 – 750 V


Voltímetro Rango: 0 – 1000 VExactitud: ± 0,05 %Máxima resolución: 0,1 mV


Amperímetro Rango: 0 – 999,9 AResolución: 2% ±5 cuentas

Mide la corriente de la máquina sometida a ensayo.

Dinamómetro Rango: 0 – 500 kgResolución: 0,2 kg


Ensayo del factor de potencia cero:Ensayo del factor de potencia cero:





Cosenofímetro Resolución: 0.04 Mide el factor de potencia.


Mide la corriente de excitación y de la máquina a ensayo.


Mide la tensión de alimentación de la máquina a ensayo.

Vatímetro Rango: 0 – 15 kWResolución:3½Dígitos

Mide la potencia reactiva del motor.

MMéétodo de desaceleracitodo de desaceleracióón:n:







MMéétodo de la cuerda:todo de la cuerda:

Cronometro Exactitud: ± 0,2 % Mide el intervalo de tiempo al cual la máquina cambia de velocidad.



Método de la secante limite:




MMéétodo de la velocidad de rotacitodo de la velocidad de rotacióón promedio:n promedio:




Ensayo eléctrico en oposición:

Termómetro Rango: 0 – 1.360 °CResolución: 1 °C

Medir la temperatura de los devanados del motor.













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COSTO APROXIMADO DE LA INVERSIÓN

El costo aproximado de la adquisición de la totalidad del equipo requerido para realizar las pruebas y de la adecuación de las instalaciones físicas para el laboratorio es de 500 millones de pesos.

Costo unitario de los equipos e instrumentos utilizados en las pruebas de eficiencia energética para ensayos de motores.

EQUIPO MEDIDAS VALOR UNITARIO

Analizador de la calidad de la energía trifásico.PowerPadModel 3945

Voltaje fase neutro de 6 a 480 V, Voltaje fase - fase de 10 a 830 V, Voltaje DC de 6 a 100 VDC, Frecuencia de 40 a 69 Hz, Corriente de 0 a 1200 A, Potencia de 0 a 9999 kW; 0 a 9999 kVAr; 0 a 9999 kVA, Factor de potencia de –1 a 1, Temperatura de 0 a 50 °C

14,120,727

Analizador de Calidad de la Energía monofásico.FLUKE 43B/628

Voltaje de 5 a 1250 V, Corriente de 50 A a 50kA, Frecuencia de red de 40 a 70 Hz, Potencia de 250 W a 1,56 GW, Factor de potencia de 0,9 a 1, Corriente de arranque de 1 a 1000 A, Resistencia de 500Ω a 30 MΩ, Temperatura de –100 a 400 °C

8,061,080

Multímetro analógico digital.FLUKE 189 EFSP

Voltaje de 50mV a 1000V AC / DC, Corriente de 500uA a 10A AC / DC, Resistencia 500 Móhmios, Capacitancia 50 mF, Conductancia 50 nS, Bm y dBVFrecuencia 1 MHz, Temperatura 200 °C / +1.350°C. 1,465,900

Pinza Voltiamperimétrica.FLUKE 337

Corriente 999.9A 999.9 ADC, Corriente de arranque de 100 mS, Voltaje de 0 a 600 VAC / VDC, Frecuencia 5 – 400 Hz. 1,131,620

Multímetro de 5 dígitos.FLUKE 45-05

Voltaje de 300 mVAC a 750 VAC; 300mVDC a 1000VDCCorriente de 10 mAAC a 10 AAC; 30mADC a 10 ADCResistencia de 300 Ω a 100 MΩ, Frecuencia de 5Hz a ->1 MHz 3,668,860

Termómetro Digital.FLUKE 53-2

La temperatura depende del tipo de termopar que se utilice, y acepta los tipos J, K, T, E, N, R, y S. Con indicador de tiempo. 1,649480

CronometroBG 1305

Cronometro 26,079



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RANGOS DE EFICIENCIA Y ROTULADO

Para determinar la eficiencia energética de motores de inducción trifásicos con potencia nominal de 1,0 hp hasta 75,0 hp, se aplica el método de ensayo descrito en la NTC 3477 o la NTC 5111, según sea aplicable.

La eficiencia medida según el método de ensayo elegido, debe ser igual o mayor que la eficiencia mínima asociada a la eficiencia nominal marcada en la etiqueta por el fabricante.

La etiqueta utilizada en el motor con propósitos de declarar su desempeño energético debe estar de acuerdo con lo establecido en la figura.



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LABORATORIO PARA LA MEDICIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGETICA

TIPOS DE ORGANISMOS Y MODALIDADES DE ACREDITACIÓN

SOLICITUD

EVALUACIÓN PRELIMENAR

VISITA DE AUDITORIA

DECISIÓN DE ACREDITACIÓN



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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Existe la alternativa de evaluar la eficiencia de los motores eléctricos de acuerdo con las normas IEEE o normas IEC, debido al uso de ambas practicas en nuestro medio se han elaborado las Normas Técnicas Colombianas, que establecen los métodos de ensayo para evaluar la eficiencia de cada una de ellas.

Para la determinación de la eficiencia energética, es de vital importancia la escogencia de los equipos según su desempeño energético, de acuerdo como lo establecen las normas técnicas colombianas de eficiencia energética.

Para la clasificación de la eficiencia energética de los motores, se debe tener indicada en su etiqueta, la eficiencia y su correspondiente clasificación de acuerdo en lo establecido en las tablas de eficiencia (NTC 5105), según el método de ensayo aplicado y el tipo de motor a que corresponda.

La Facultad de Ingeniería Eléctrica bebe hacer lo correspondiente para acreditar el organismo de el organismo de acreditación y el laboratorio de pruebasacreditación y el laboratorio de pruebas ya que es una buena fuente de ingresos.

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