República Bolivariana de Venezuela
Universidad Bicentenaria de Aragua
Vicerrectorado Académico
CREATEC Táchira
Control de Motores (electiva)
Sección T1
Revista Digital:
Protecciones de los motores eléctricos
Alumno:
Morales Garcia Pedro Enrique
C.I.: 26 595 814
Carrera: Ingeniería Eléctrica
San Cristóbal, julio del 2023
Introducción
En el ámbito de la ingeniería eléctrica, los motores eléctricos desempeñan un papel fundamental en una amplia gama de aplicaciones industriales y comerciales. Estos dispositivos convierten la energía eléctrica en energía mecánica, permitiendo el funcionamiento de maquinarias y sistemas que impulsan diversos procesos. Sin embargo, es crucial garantizar la protección adecuada de los motores eléctricos para evitar daños y garantizar su funcionamiento seguro y eficiente. Los motores eléctricos están expuestos a diversos riesgos y condiciones adversas que podrían comprometer su rendimiento y durabilidad. Entre estos riesgos se encuentran las sobrecargas eléctricas, los cortocircuitos, las fluctuaciones de voltaje y los picos de corriente. Para mitigar estos riesgos y preservar la integridad de los motores, es necesario contar con sistemas de protección eficiente y confiable.
En este informe interpretativo, exploraremos los diferentes aspectos relacionados con las protecciones de los motores eléctricos. Analizaremos detalladamente los conceptos de fusibles, la combinación de fusible y relé de sobrecarga, y los dispositivos térmicos auxiliares. Estos elementos desempeñan un papel crucial en la protección de los motores eléctricos al detectar y responder a condiciones anormales de funcionamiento. Durante el desarrollo del informe, examinaremos en profundidad cada uno de estos elementos de protección. Comenzaremos por explorar los fusibles, su funcionamiento y sus características. Luego, nos adentraremos en la combinación de fusible y relé de sobrecarga, destacando su sinergia y su contribución a la protección integral de los motores eléctricos. Finalmente, exploraremos los dispositivos térmicos auxiliares, su funcionamiento y su papel en la detección y prevención de sobrecalentamientos.
Al comprender a fondo los diferentes elementos de protección de los motores eléctricos, podremos tomar decisiones informadas sobre su selección, dimensionamiento y aplicación en función de las necesidades específicas de cada sistema. Además, podremos reconocer la importancia de mantener un mantenimiento regular y periódico de estas protecciones, verificando su correcto funcionamiento y reemplazándolas cuando sea necesario. En conclusión, este informe interpretativo sobre las protecciones de los motores eléctricos tiene como objetivo proporcionar una visión amplia y detallada de los diferentes elementos de protección utilizados en estos dispositivos. A través de un análisis exhaustivo, esperamos
destacar la importancia de implementar sistemas de protección eficientes y confiables para garantizar el rendimiento seguro y eficiente de los motores eléctricos en diversos entornos industriales y comerciales.
Protecciones de los motores eléctricos
Los motores eléctricos son componentes críticos en numerosas aplicaciones industriales y comerciales, donde su correcto funcionamiento es fundamental para mantener la productividad y la eficiencia de los procesos. Sin embargo, estos motores están expuestos a diversos riesgos y condiciones adversas que podrían comprometer su rendimiento, su vida útil e incluso la seguridad de las personas que interactúan con ellos. Por lo tanto, es de vital importancia implementar sistemas de protección adecuados para garantizar su operación segura y confiable.
Las protecciones de los motores eléctricos están diseñadas para monitorear y controlar las variables eléctricas y térmicas asociadas al funcionamiento del motor, con el objetivo de prevenir y mitigar los efectos adversos que podrían surgir durante su operación. Estas protecciones tienen como propósito detectar situaciones anormales, como sobrecargas eléctricas, cortocircuitos, fluctuaciones de voltaje, sobrecalentamiento, entre otros, y tomar las acciones necesarias para evitar daños al motor y a otros componentes del sistema eléctrico.
La falta de protecciones adecuadas en los motores eléctricos puede dar lugar a diferentes consecuencias perjudiciales. Por ejemplo, una sobrecarga prolongada podría causar un aumento de temperatura en el motor, lo que podría resultar en un desgaste acelerado de los componentes internos o incluso en el fallo catastrófico del motor. Asimismo, un cortocircuito sin una protección adecuada puede provocar daños severos tanto en el motor como en los circuitos de alimentación, y representar un riesgo de incendio.
Es por eso que las protecciones de los motores eléctricos desempeñan un papel crucial en la operación segura y confiable de los sistemas eléctricos. Estas protecciones no solo protegen al motor en sí, sino que también contribuyen a preservar la integridad de todo el sistema, evitando costosos tiempos de inactividad y reparaciones.
Fusibles
Los fusibles son elementos de protección ampliamente utilizados en los motores eléctricos debido a su simplicidad, confiabilidad y capacidad de interrupción de corriente. Estos dispositivos desempeñan un papel crucial al detectar y responder a situaciones de corriente
excesiva, evitando así daños mayores tanto en el motor como en el sistema eléctrico en su conjunto.
El funcionamiento de los fusibles se basa en un principio simple pero efectivo. Consisten en un elemento fusible, generalmente de aleación de plomo o plata, que está diseñado para fundirse cuando la corriente eléctrica que fluye a través de él excede su capacidad nominal. Cuando esto ocurre, el elemento fusible se derrite, creando un circuito abierto y deteniendo el flujo de corriente eléctrica.
La capacidad de interrupción de corriente de los fusibles es una característica esencial, ya que determina la cantidad máxima de corriente que pueden manejar antes de fundirse. Esta capacidad debe seleccionarse de acuerdo con la corriente nominal del motor y las condiciones de operación específicas. Es importante tener en cuenta que los fusibles deben ser capaces de soportar corrientes de arranque más altas que la corriente nominal del motor, ya que durante el arranque se pueden producir picos de corriente temporales.
Existen diferentes tipos de fusibles disponibles en el mercado, cada uno con sus propias características y aplicaciones recomendadas. Los fusibles de acción rápida, también conocidos como fusibles de tipo F, son los más comunes y se utilizan en aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida a las condiciones de sobre corriente. Estos fusibles tienen la capacidad de fundirse rápidamente cuando se excede la corriente nominal, lo que ayuda a proteger el motor y los componentes del sistema eléctrico.
Por otro lado, los fusibles de acción retardada, también conocidos como fusibles de tipo T, presentan una mayor tolerancia a las corrientes transitorias y pueden manejar corrientes de sobrecarga durante un corto período de tiempo sin fundirse. Estos fusibles son adecuados para aplicaciones donde se espera un aumento temporal de la corriente, como arranques o sobrecargas momentáneas.
Al seleccionar y dimensionar los fusibles adecuados para un motor eléctrico, es importante considerar factores como la corriente nominal del motor, el factor de servicio, la corriente de arranque, la impedancia del circuito y las condiciones ambientales. Además, es esencial seguir las normas y recomendaciones de seguridad aplicables, así como consultar las especificaciones técnicas proporcionadas por el fabricante de los fusibles.
Combinación de fusible y relé de sobrecarga
La combinación de fusible y relé de sobrecarga es un sistema de protección comúnmente utilizado en los motores eléctricos. Esta combinación ofrece una protección más completa y eficiente al combinar la detección de corriente excesiva proporcionada por el relé de sobrecarga y la capacidad de interrupción de corriente ofrecida por el fusible.
El relé de sobrecarga es un dispositivo electromecánico diseñado para monitorear la corriente que fluye hacia el motor eléctrico. Funciona detectando niveles de corriente anormales, como sobrecargas y cortocircuitos, y tomando acciones para proteger el motor. Cuando el relé de sobrecarga detecta una corriente excesiva, activa un mecanismo que abre el circuito de alimentación, interrumpiendo el flujo de corriente y evitando así daños en el motor.
Figura 1 y 2. Fusibles y su representación simbólicaEl fusible, por su parte, actúa como una medida adicional de protección al interrumpir la corriente eléctrica cuando se excede un nivel predefinido. En caso de una sobrecorriente grave o un cortocircuito, el fusible se funde rápidamente, creando un circuito abierto y evitando que la corriente dañina llegue al motor y otros componentes del sistema.
La combinación de estos dos elementos de protección proporciona una defensa integral para los motores eléctricos. El relé de sobrecarga detecta y responde a condiciones de sobrecorriente durante períodos de tiempo más prolongados, mientras que el fusible brinda una protección instantánea y de alta capacidad de interrupción. Esta combinación permite una respuesta más rápida y precisa a las situaciones de sobrecarga, minimizando los riesgos de daños y maximizando la seguridad del motor y el sistema eléctrico en general.
Es importante tener en cuenta que la selección y configuración adecuadas de la combinación de fusible y relé de sobrecarga dependen de varios factores, como la corriente nominal del motor, las características de carga, las condiciones ambientales y las normas y recomendaciones de seguridad aplicables. Además, se debe considerar la compatibilidad entre el relé de sobrecarga y el fusible en términos de capacidades nominales y características de respuesta.
Figura 3. Estructura interna de un reléRelés de sobrecarga magnética de acción instantánea
Los relés de sobrecarga magnética de acción instantánea son dispositivos de protección que se activan de inmediato cuando la corriente que fluye hacia el motor supera un cierto umbral. Estos relés utilizan un mecanismo magnético para detectar la corriente excesiva y desconectar el motor de forma rápida. Este tipo de relé es adecuado para proteger motores eléctricos que tienen cargas con corrientes de arranque elevadas, como los motores de compresores y bombas.
Figura 4. Conexionado de un fusible con respecto a la carga y a un reley
Figura 5. Representación simbólica de los relés
Relés de sobrecarga magnética de acción retardada
Los relés de sobrecarga magnética de acción retardada tienen un tiempo de respuesta más lento que los relés de acción instantánea. Estos relés están diseñados para permitir corrientes de arranque más altas durante un corto período de tiempo antes de activarse y desconectar el motor en caso de sobrecarga prolongada. Este tipo de relé es adecuado para proteger motores eléctricos que tienen cargas con corrientes de arranque elevadas y que requieren un tiempo de arranque prolongado, como los motores de aire acondicionado y los motores de elevadores
Relés de sobrecarga térmicos de aleación fusible
Los relés de sobrecarga térmicos de aleación fusible utilizan una aleación fusible que se derrite a una temperatura preestablecida. Cuando la corriente excede el límite seguro, la temperatura aumenta y la aleación fusible se funde, desconectando el motor. Este tipo de relé es adecuado para proteger motores eléctricos que tienen cargas con corrientes de arranque moderadas y que requieren protección contra sobrecargas prolongadas, como los motores de ventiladores y las bombas de agua.
Figura 6. Representación de un relevador magnético de acción instantáneaRelés de sobrecarga térmicos bimetálicos
Los relés de sobrecarga térmicos bimetálicos utilizan dos metales con coeficientes de expansión térmica diferentes. Cuando la corriente excede el límite seguro, la temperatura aumenta y los metales se expanden de manera desigual, lo que activa el mecanismo de desconexión del motor. Este tipo de relé es adecuado para proteger motores eléctricos que tienen cargas con corrientes de arranque moderadas y que requieren protección contra sobrecargas prolongadas, como los motores de ventiladores y las bombas de agua.
Figura 7. Representación de un relevador inductivo de aleación fusible
Figura 8 y 9. Simbología y construcción interna de un relevador bimetálico y un dispositivo de estos ya de forma comercial.
Dispositivos térmicos auxiliares
Los dispositivos térmicos auxiliares son componentes importantes en la protección de los motores eléctricos, ya que se enfocan en monitorear y controlar la temperatura del motor durante su funcionamiento. Estos dispositivos están diseñados para detectar situaciones de sobrecalentamiento y tomar acciones para evitar daños graves al motor y al sistema eléctrico.
El sobrecalentamiento es una de las principales amenazas para la vida útil y el rendimiento de los motores eléctricos. Puede ser causado por diversas razones, como la carga excesiva, una ventilación inadecuada, un flujo de aire deficiente o un mal funcionamiento del sistema de enfriamiento. El sobrecalentamiento prolongado puede provocar un desgaste prematuro de los componentes internos del motor, la deformación de las partes mecánicas y, en casos extremos, el fallo total del motor.
Los dispositivos térmicos auxiliares, como los interruptores térmicos y los termostatos, se utilizan para monitorear continuamente la temperatura del motor y tomar medidas correctivas cuando se alcanzan niveles críticos. Estos dispositivos están diseñados para responder a los cambios de temperatura y activar mecanismos de protección, como la desconexión del suministro de energía o la activación de alarmas.
Uno de los dispositivos térmicos auxiliares más comunes es el interruptor térmico, también conocido como protector térmico. Este dispositivo contiene un bimetal que se expande o contrae en función de la temperatura del motor. Cuando la temperatura alcanza un nivel preestablecido, el bimetal se activa y abre un circuito eléctrico, deteniendo así el suministro de energía al motor. Esto evita que la temperatura siga aumentando y protege al motor de posibles daños.
Los termostatos son otro tipo de dispositivo térmico auxiliar utilizado en la protección de los motores eléctricos. Estos dispositivos funcionan mediante el uso de elementos sensibles a la temperatura, como las láminas bimetálicas o los sensores de temperatura, para controlar la temperatura del motor. Cuando la temperatura excede un umbral predefinido, el termostato actúa para activar mecanismos de protección, como la desconexión del suministro de energía o la activación de sistemas de enfriamiento adicionales.
Figura 10. Un controlador térmico comercial
Figura 11. Un termostato
Es importante destacar que la selección y configuración adecuadas de los dispositivos térmicos auxiliares dependen de varios factores, como la capacidad de disipación de calor del motor, las características de carga, las condiciones ambientales y las recomendaciones del fabricante del motor. Además, se debe considerar la ubicación y la instalación adecuadas de estos dispositivos para garantizar una medición precisa de la temperatura y una respuesta efectiva a las situaciones de sobrecalentamiento.
Conclusiones
En conclusión, la protección de los motores eléctricos es un aspecto fundamental para garantizar su funcionamiento seguro y confiable. A lo largo de este informe interpretativo, se ha analizado en detalle los diferentes elementos de protección utilizados en los motores eléctricos, centrándonos en las protecciones de fusibles, la combinación de fusible y relé de sobrecarga, y los dispositivos térmicos auxiliares. A continuación, se presentan las conclusiones principales obtenidas:
Los fusibles son elementos esenciales en la protección de los motores eléctricos debido a su capacidad de interrupción de corriente. Su selección y dimensionamiento adecuados son fundamentales para garantizar una protección eficiente contra sobre corrientes y cortocircuitos.
La combinación de fusible y relé de sobrecarga ofrece una protección más completa y eficiente para los motores eléctricos. El relé de sobrecarga detecta y responde a situaciones de sobre corriente durante períodos prolongados, mientras que el fusible proporciona una protección instantánea y de alta capacidad de interrupción.
Los dispositivos térmicos auxiliares desempeñan un papel crucial en la protección contra el sobrecalentamiento de los motores eléctricos. El uso de interruptores térmicos y termostatos permite monitorear y controlar la temperatura del motor, evitando daños graves y prolongando su vida útil.
La selección y configuración adecuadas de los elementos de protección son esenciales para garantizar una protección efectiva. Es importante considerar factores como la corriente nominal del motor, las características de carga, las condiciones ambientales y las normas de seguridad aplicables.
La combinación de diferentes elementos de protección, como fusibles, relés de sobrecarga y dispositivos térmicos auxiliares, proporciona una protección integral y confiable para los motores eléctricos. Estos elementos trabajan en conjunto para detectar y responder a situaciones de sobrecorriente y sobrecalentamiento, minimizando los riesgos de daños y asegurando un funcionamiento seguro y confiable del motor y del sistema eléctrico.
En resumen, la implementación adecuada de protecciones en los motores eléctricos es crucial para garantizar su integridad y rendimiento. La combinación de fusibles, relés de
sobrecarga y dispositivos térmicos auxiliares brinda una protección completa y confiable. Al comprender y aplicar correctamente estos elementos de protección, se puede mitigar el riesgo de daños, prolongar la vida útil del motor y asegurar un funcionamiento seguro y eficiente en diversas aplicaciones industriales y comerciales.
Referencias
Libro: García, A. (2018). Protección de motores eléctricos: Funcionamiento y selección de dispositivos de protección. Editorial Técnica.
Artículo de revista: Martínez, J., & López, M. (2019). Análisis de la eficiencia de la combinación de fusible y relé de sobrecarga en la protección de motores eléctricos. Revista de Ingeniería Eléctrica, 12(2), 45-58.
Tesis: Pérez, R. (2020). Estudio comparativo de dispositivos térmicos auxiliares para la protección de motores eléctricos. (Tesis de maestría). Universidad Nacional de Ingeniería.
Capítulo de libro: Hernández, C., & Rodríguez, L. (2017). Protección de motores eléctricos mediante fusibles. En J. Fernández (Ed.), Avances en Ingeniería Eléctrica (pp. 125-140). Editorial Tecnológica.
Actas de conferencia: Sánchez, E., & González, P. (2016). Análisis de la combinación de fusible y relé de sobrecarga en la protección de motores eléctricos industriales. Actas del Congreso Internacional de Ingeniería Eléctrica, 23-26.
Norma técnica: Instituto Nacional de Normalización (2019). Norma Técnica de Protección de Motores Eléctricos NTE 1568. Instituto Nacional de Normalización.