Cálculos de Circuitos Derivados Para Motores

Cálculos de Circuitos Derivados Para Motores

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  CALCULOS DE CIRCUITOS DERIVADOSY ALIMENTADORES PARA MOTORES ELECTRICOS
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  EJEMPLO Calcular las característicasprincipales para los alimentadores de los motores trifásicos de inducción a 60 HZ, como datos principales se dan los siguientes: • Motor de 5 HP, 220 volts, con letra de código A y corriente nominal de 15.9 A, jaula de ardilla. • Motor de 25 HP, 440 volts, con una corriente nominal de 36 amperes. • Motor de 30 HP, 440 volts. El motor tiene el rotor devanado. • Motor de 50 HP, jaula de ardilla, 440 volts, con corriente a plena carga de 684.
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  SOLUCION Para el motorjaula de ardilla de 5 HP, 220 volts, con letra de código A, el circuito derivado se puede proteger por medio de un interruptor termomagnético de 1.5 x 15.9 = 23.85 Amperes, debido al bajo valor que da su letra de código a rotor bloqueado. El máximo ajuste del dispositivo de sobrecarga (elemento térmico) es: 1.15 x 15,9 = 18.29 A. Para el motor de 25 HP a 440 volts, como no se dan datos de letra de código, se puede suponer un factor de servicio de 1.2, con lo que el elemento de protección contra sobrecarga se puede ajustar a un valor: 1.25x36=45A Se puede usar un fusible de tiempo no retardado para proteger el circuito, cuyo valor es: 3x36 = 108 amperes.
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  Para el motorde 30 HP a 440 volts con una elevación máxima de temperatura de 40 *C, con rotor devanado, se hacen las siguientes consideraciones: Debido a que el motor tiene rotor devanado, se usa fusible de tiempo no retardado como dispositivo de protección del circuito derivado, el valor de este dispositivo no se puede ajustar a más del 150% de la corriente a plena carga, que en este caso, de tablas se sabe que es: 42 amperes, es decir, que el 150% es entonces: 1.5x42=63 A. En este caso probablemente sea recomendable usar un arrancador de 30 HP con medio de desconexión. En el caso del motor de 50 HP a 440 volts, como se trata de un motor jaula de ardilla, de tablas, la corriente a plena carga es 68 Amperes. Se debe usar un arrancador para 50 HP y el dispositivo de protección no se debe ajustar a un valor mayor de: 1.15 x 68 = 78.2 Amperes.
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  Un resumen delas cálculos necesarios para los alimentadores de este grupo de motores se da a continuación en la tabla siguiente:
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  EJEMPLO Se tiene unmotor trifásico de inducción de 5 HP, 220 volts, con letra de código H, se desea calcular: • La capacidad máxima de un fusible de tiempo retardado para la protección del circuito derivado, • La capacidad máxima que tendría un interruptor termomagnético de tiempo inverso, para proteger el circuito derivado. SOLUCION La corriente máxima a plena carga se calculó en el Ejemplo anterior, de acuerdo con la letra de código H, los KVA a rotor bloqueado varían de 6.3 a 7.09 KVA/HP, tomando el valor máximo.
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  De la tablade capacidad máxima o ajuste de los dispositivos de protección, para letra de código H y corriente nominal de 15 A (de tabla), para uso de fusible con tiempo retardado, la capacidad máxima es 175% de la corriente de plena carga, es decir: El fusible recomendado es entonces de 30 A.
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  Si se usainterruptor termomagnético, la capacidad máxima de la tabla correspondiente es 250% la corriente plena carga, es decir: Por lo que se puede usar un interruptor de 40 A.
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  En el diagramacorrespondiente al cálculo de los circuitos derivados, el alimentador alimenta al circuito derivado del motor y se protege por separado, de manera que para incluir al alimentador se debe usar el diagrama que se muestra a continuación:
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  El método decálculo de las componentes del alimentador es, de hecho, el mismo que el usado para calcular las componentes del circuito derivado de un motor. La capacidad de conducción de corriente: (Ampacidad) de los conductores del alimentador(E) se calcula con 1.25 veces la corriente a plena carga del motor de mayor capacidad más la suma de las corrientes a plena carga de los motores restantes. Cargas adicionales, o bien otros motores, se agregan a esta suma en forma directa. El dispositivo de protección del alimentador: (F) para protegerlo contra cortocircuito y fallas a tierra, se calcula agregando la suma de las cargas adicionales a la corriente máxima para el dispositivo de protección del motor contra cortocircuito o falla a tierra, que se obtiene de la tabla correspondiente, para el motor mayor.
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  Cuando se considerencargas adicionales para el futuro, se incluyen en los cálculos para determinar la capacidad apropiada de los alimentadores y los dispositivos de protección. El circuito alimentador que alimenta la potencia desde el servicio hasta el circuito derivado de un motor, se puede realizar en distintas formas, de hecho, el diseñador debe seleccionar el arreglo que sea más fácilmente realizable, evaluando algunas consideraciones como: el costo, voltaje de alimentación, disponibilidad de espacio, forma de control de los motores, etc.
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  CENTRO DE CONTROLDE MOTORES (UCM) Un centro de control de motores (CCM) es esencialmente un tablero que se usa en primer término para montar las componentes del alimentador de los motores y de sus circuitos derivados. Desde luego que no necesariamente todas las componentes se deben incluir en el centro de control, por ejemplo, la protección del alimentador se puede instalar en el tablero principal, o bien, otro ejemplo, la estación de botones se puede localizar en algún lugar más conveniente. El número de secciones en un centro de control de motores depende del espacio que tiene cada una de sus componentes, de manera que si el diseñador sabe qué componentes se incluirán, se puede diseñar el centro de control de motores.
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  El centro decontrol de motores ofrece las siguientes ventajas: • Permite que los aparatos de control se alejen de lugares peligrosos. • Permite centralizar el equipo en el lugar más apropiado. • Facilita el mantenimiento y el costo de la instalación es menor. Para diseñar el centro de control de motores se debe tener en consideración la siguiente información: • Elaborar una lista de los motores que estarán contenidos en el CCM, indicando para cada motor: • Potencia en HP o kW • Voltaje de operación. • Corriente nominal a plena carga. • Forma de arranque (tensión plena a tensión reducida). • Si tiene movimiento reversible. • Lámparas de control e indicadoras.
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  Elaborar un diagramaunifilar simplificado de las conexiones de los motores, indicando la información principal referente a cada uno. Tomando como referencia los tamaños normalizados para centros de control de motores, se puede hacer un arreglo preliminar de la disposición de sus componentes, de acuerdo con el diagrama unifilar y considerando ampliaciones futuras. Las especificaciones principales para un centro de control de motores (CCM) son las siguientes: • Características del gabinete y dimensiones principales. Generalmente son del tipo auto soportado de frente muerto, para montaje en piso con puertas al frente para permitir el acceso al equipo. • Arrancadores. Normalmente son del tipo magnético, con control remoto y/o local por medio de botones y elementos térmicos para protección de los motores.
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  • Interruptores. Porlo general son del tipo termomagnético en caja moldeada de plástico, con operación manual y disparo automático, y que pueden ser accionados exteriormente por medio de palancas. Frecuentemente se instala para cada motor una combinación de interruptor y arrancador. • Barras de conexiones. Cada centro de control de motores tiene sus barras alimentadoras, que normalmente son de cobre electrolítico. Estas barras se encuentran en la parte superior y las conexiones se hacen en la parte inferior.
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  Se tienen dosmotores de inducción de 5 y 10 HP, que se alimentan de un circuito monofásico a 127 volts. Si se van a proteger por medio de fusibles de tiempo no retardado, calcular las características principales para el alimentador. EJEMPLO Para calcular la capacidad de corriente (ampacidad) del conductor, se dan los valores de corriente a plena carga para estos motores (datos de tabla). SOLUCION De tablas de conductores, se pueden usar 2 conductores No. 3/0 tipo TW en tubo conduit de 51 mm de diámetro.
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  Calcular las característicasprincipales de los circuitos derivados y el alimentador para un centro de control de motores que alimentará los siguientes motores: • Motor trifásico de inducción 25HP a 220 volts, tipo jaula de ardilla con letra de código G. • Motor trifásico de inducción de 20 HP a 220 volts, tipo jaula de ardilla con letra de código C. EJERCICIO Se considera que se usarán interruptores termomagnéticos, elementos térmicos y conductores TWH. Se supone también que se trata de motores estándar con una elevación de temperatura no mayor de 40C Determinar: • La protección del alimentador. • El conductor del alimentador. • La protección del circuito derivado de cada motor. • El conductor del circuito derivado de cada motor. • Los elementos térmicos de cada motor. • Las capacidades de los medios de desconexión de cada motor.
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  DATOS PARA ELDISEÑO DE UN CENTRO DE CONTROL DE MOTORES. Para dar la información más precisa para el diseño de un CCM, es conveniente tener una idea de los datos que se manejan para sus componentes, como es el caso de los arrancadores y los interruptores termomagnéticos , por mencionar dos de los más representativos, además de los elementos de control que se estudiarán más adelante. Es el caso de información para arrancadores, normalmente se hace referencia a normas nacionales, aun cuando se deben satisfacer condiciones establecidas por Normas Internacionales como las de la NEMA (National Electrical Manufactures Asociation) de Estados Unidos, donde se establecen las capacidades máximas que se dan a continuación:
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  La tabla anteriores aplicable a motores trifásicos de inducción de una sola velocidad, con jaula de ardilla.
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  Como parte delos datos para el diseño de un CCM, se debe definir además: • La característica y voltaje de la fuente de alimentación. • El tipo de gabinete que se empleará en función del punto de instalación del mismo (características ambientales).3. El número y calibre de los conductores alimentadores. • La forma de construcción de los gabinetes, es decir, estándar o respaldo contra respaldo. La función de las cargas que se alimentarán, se elabora una lista de equipo específico a considerar en el CCM, como por ejemplo: • Tipo de arrancadores (reversibles, no reversibles, etc.), así como si se incluirán tableros de alumbrado. • Número de unidades requeridas. • Circuitos derivados y protección de los mismos.
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  Finalmente, para teneruna idea del arreglo y dimensiones del CCM, se usan las tablas, como se han indicado y la que se muestran a continuación, para de esta manera determinar: • La altura de las unidades individuales. • El mejor agrupamiento de las unidades. • La mejor utilización de los espacios para cada unidad
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  EJEMPLO En una instalacióneléctrica industrial se instalarán los motores eléctricos de inducción que se indican a continuación. Con los datos indicados, se desea dar las características generales que se deben tener en el CCM, calculando las características principales para los alimentadores de los circuitos derivados y para el alimentador principal del CCM.
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  Con los datosanteriores, se puede proceder al cálculo de las características para los circuitos derivados y el alimentador. Considerando que se usarán interruptores termomagnéticos y conductores vinanel 900 para el motor de 3 HP a 220 volts con letra de código A, y que toma una corriente a plena carga de 10 amperes. Se puede calcular la protección del circuito derivado de acuerdo con la tabla 3.7 como: Se puede seleccionar interruptor termomagnético para 30 A. De acuerdo con la tabla , se puede usar conductores vinanel 900 calibre No, 12 AWG (tabla 2.7) en tubo conduit de 13 mm(1/2 plg). Para el motor de 2HP con corriente nominal de 7.1 A y letra de código A, la protección del circuito derivado usando interruptor termomagnético (de tiempo inverso) de tabla 3.7, se obtienen que la protección se calcula como:
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  Se puede usarinterruptor termomagnético para 20 amperes, el circuito derivado tendrá 3 conductores Vinanel 900 calibre No. 12 AWG en tubo conduit de 13 mm. Procediendo en la misma forma, se calculan las características de los demás circuitos derivadosque se indican en la tabla siguiente:
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  De un centrode control de motores se alimentan las siguientes cargas a 220 volts: • Un motor de 15 HP, jaula de ardilla con letra de código A. • Un motor de 20 HP, jaula de ardilla con letra de código F. • Un motor de 25 HP, jaula de ardilla sin letra de código. • Un motor síncrono de 25 HP sin letra de código y factor de potencia unitario, se considera conveniente estimar un 20% de reserva para incrementar el futuro la capacidad del CCM, calcular. • Las corrientes individuales de los motores, • El tamaño de alimentador para el CCM. • La capacidad mínima para las barras del CCM. • La protección contra sobrecorriente del CCM.