Framing migration as a development enabler

En la industria de la refrigeración se emplean motores de corriente eléctrica (alterna), monofásicos, bifásicos y trifásicos de diferentes tipos para impulsar compresores, bombas y ventiladores.

El rango de tamaño de los motores monofásicos y bifásicos va desde cerca de 1/20 de hp hasta 10 hp, mientras que con motores trifásicos los tamaños varía desde aproximadamente 1/3 hp, aunque es raro emplear motores de capacidad menores a 1 hp. Cuando se dispone de línea trifásica resulta preferible usar motor bifásico o trifásico en lugar monofásico cuando no se trata de potencia fraccionaria, esto debido a su gran simplicidad y bajo costo.

Prácticamente toda la energía en México está generada a 60 hertz, corriente alterna trifásica, y se suministra al usuario como corriente alterna de una, dos y/o tres fases. Los voltajes disponibles en cada punto de utilización dependen del tipo de conexión del transformador. En áreas donde el consumo de potencia es sobre todo monofásico de bajo voltaje, los transformadores se conectan en estrella, de modo que la carga de bajo voltaje se distribuya equitativamente entre los tres transformadores.

Casi todos los motores trabajan con sobrecargas pequeñas por periodos razonables, sin que haya peligro alguno. Sin embargo, ya que el calor generado en el motor aumenta a medida que se incrementa la carga en el motor bajo condiciones de sobrecarga, causará una excesiva temperatura en el devanado y acortará la duración del aislamiento.

Los motores pueden clasificarse, según el tipo de cerramiento, como: (1) abiertos, (2) totalmente encerrados, (3) a prueba de humedad y (4) a prueba de explosión. Los motores de tipo abierto están diseñados de tal manera que el aire circula directamente por sobre los devanados, así arrastran el calor generado en el motor. Este tipo de motor puede usarse en cualquier aplicación donde el aire esté relativamente libre de polvo y humedad, el motor no esté sujeto a humedad y no exista el peligro de explosiones. Los motores a prueba de humedad están diseñados para instalaciones exteriores o en cualquier lugar donde estén sujetos a humedades. Los motores totalmente encerrados están diseñados para usarse en lugares donde las condiciones de polvo y humedad son severas. Estos motores no están ventilados y deben disipar su calor. Los motores a prueba de explosión se diseñan para usarlos en instalaciones peligrosas, por ejemplo: en donde haya polvos o gases explosivos suspendidos en el aire.

En casi todos los casos los requerimientos del par de arranque del motor dependen de las características de la máquina impulsada. Los motores de bajo par de arranque pueden usarse en cualquier máquina sin carga en el arranque. Por otra parte, los motores de alto par de arranque deben emplearse cuando las máquinas impulsadas empiezan a operar teniendo carga. Debido a que las corrientes para el arranque del motor (rotor protegido) con frecuencia exceden en cinco o seis veces la corriente de la carga total del motor, donde se utilizan motores grandes es deseable tener corriente de características de bajo arranque para reducir la carga de arranque en el devanado.

Motores trifásicos de jaula de ardilla. El devanado del rotor de un motor de jaula de ardilla

consiste en conductores tipo barras de cobre embebidas en un núcleo de hierro laminado y unidos entre sí (en cortocircuito) en los extremos mediante anillos, lo que da al devanado la apariencia de una jaula de ardilla, de ahí su nombre.

El motor de inducción de jaula de ardilla es el tipo más común del motor trifásico. Hay un gran número de diseños, los cuales proporcionan una gran variedad de características de par de arranque y corrientes de arranque. En el equipo de refrigeración se usan mucho dos diseños de motores: los B y C. Los B desarrollan un par de arranque entre 125 y 275% del par que corresponde a la carga total con corrientes de relativamente bajo arranque. La característica normal de corriente de bajo par de arranque de diseño lo hace ideal para usarse como impulsor de sopladores ventiladores y bombas, y para compresores que arrancan sin carga. Los C tienen características de alto par de arranque y corriente de bajo arranque. Por tanto, son muy apropiados para compresores que deben arrancar bajo carga. Los motores del diseño C desarrollan un par de arranque entre 225 y 275% del par que corresponde a la carga total, pero tienen eficiencia ligeramente menor que la que tienen los motores de diseño B.

Motores monofásicos. Los motores monofásicos y bifásicos usuales en la industria de la

refrigeración son de los siguientes tipos: (1) de fase partida, (2) con capacitor de arranque, (3) con capacitor de arranque y operación, (4) con capacitor permanente y (5) de polos sombreados. Todos son motores de inducción y emplean rotor de jaula de ardilla. El factor principal que distingue a un tipo del otro es el método particular usado para producir el par de arranque.

Cuando el devanado del estator monofásico se energiza, el flujo de corriente es simultáneo en todos los polos del estator y no se produce giro en el campo del estator. Además, la corriente inducida en el devanado del rotor de jaula de ardilla es tal que el campo magnético creado en el rotor está exactamente en línea con el campo magnético del estator. La condición que ocurre puede compararse con la condición de “centro muerto” de una máquina de pistón simple. Por lo tanto, esto no produce tendencia de giro del rotor; sin embargo, si el rotor se arranca por otros medios, la corriente inducida en el devanado del rotor atrasará ligeramente la corriente en el devanado del estator. Esto causará un atraso del campo del rotor con respecto al del estator, y producirá un par que conservará girando al rotor. Entonces, una vez que el rotor de un motor monofásico haya arrancado, se produce un campo rotatorio y el motor trabajará en forma similar a un motor trifásico de jaula de ardilla.

Motores de fase partida. Con el fin de producir un par de arranque en los motores

monofásicos y bifásicos y éstos autoarranquen, se utiliza un devanado estator secundario, llamado devanado estator secundario, “arrancador” o “auxiliar”, además del devanado fase, que se denomina devanado “principal” o de “operación”.

Debido a que la fase partida máxima que puede obtenerse en un motor de fase partida es de más o menos 30 grados eléctricos, el motor de fase partida tiene un par de arranque relativamente pequeño, y sólo puede usarse con máquinas que arrancan descargadas. Por lo general, estos motores se fabrican en capacidades de 1/20 a 1/3 de hp para funcionamiento, tanto a 127 V como 220 V. Se les usa sobre todo para impulsar ventiladores, sopladores y bombas pequeñas.

Motores con capacitor de arranque. El motor con capacitor en el arranque es idéntico al

motor monofásico y bifásico, tanto en construcción como en funcionamiento, excepto que se le instala un capacitor en serie con el devanado auxiliar. Además, el devanado auxiliar del motor con capacitor de arranque por lo general es devanado con alambre de mayor tamaño que el que se usa para el devanado auxiliar del motor de fase partida. El uso de un capacitor en serie con el devanado auxiliar causa la corriente en este devanado para producir el voltaje, mientras que la corriente en el devanado principal atrasa el voltaje debido a la alta inductancia del devanado. Con esta disposición, el desplazamiento de la fase entre los dos devanados puede ser casi de 90 grados eléctricos, de modo que efectivamente se logra la partida de las dos fases. Por esta razón, el par de arranque del motor con capacitor es muy alto, circunstancia que lo hace ideal para impulsar compresores pequeños que deben arrancarse a plena carga.

Como en el caso del motor de fase partida, el devanado auxiliar del motor con capacitor en el arranque se desconecta del circuito cuando el rotor alcanza aproximadamente 70% de la velocidad máxima, y de ahí en adelante el motor trabaja sólo con el devanado principal. Los motores con capacitor en el arranque por lo general se fabrican en capacidades desde 1/6 hasta ¾ de hp, tanto para 127 V como para 220 V.

Motores con capacitor en el arranque y en operación. La construcción del capacitor para el

motor con capacitor en el arranque y en operación es idéntica a la del motor con capacitor en el arranque, excepto por un segundo capacitor, llamado capacitor de “operación”, que se instala en serie con el devanado auxiliar, pero en paralelo con el capacitor auxiliar y el interruptor del auxiliar. La operación de este tipo de motor es diferente a la de los motores con capacitor en el arranque y de fase partida, en los cuales el devanado arrancador o auxiliar permanece siempre en el circuito. En el instante del arranque, los capacitores de arranque y operación están en el circuito en serie con el devanado auxiliar, de modo que se utiliza la capacidad de ambos capacitares durante el periodo de arranque. A medida que el rotor se aproxima a 70% de la velocidad máxima, el mecanismo centrífugo abre el interruptor del arrancador y saca al capacitor de arranque del circuito, y el motor continúa trabajando con ambos devanados principal y auxiliar en el circuito. La función del capacitor de operación en serie con el devanado auxiliar es corregir el factor de potencia. En consecuencia, el motor con capacitor en el arranque y en operación no sólo tiene alto par de arranque, sino que además presenta una excelente eficiencia de operación. Estos motores, por lo general, se obtienen en capacidades que varían desde aproximadamente ½ hasta 10 hp, y se usan mucho para impulsar compresores de refrigeración que trabajan con una o dos fases.

Motores con capacitor permanente. La construcción de este tipo de motor es similar a la del

motor con capacitor en el arranque y en operación, excepto que no se usa capacitor en el arranque o interruptor del arrancador. El capacitor que se muestra en serie con el devanado auxiliar permanece continuamente en el circuito. El tamaño del capacitor corrige el factor de potencia, pero se le usa también como capacitor en el arranque. Sin embargo, ya que el capacitor es muy pequeño para proporcionar un grado grande de desplazamiento de fase, el par de arranque del motor con capacitor permanente es muy bajo. Estos motores sólo se obtienen para valores pequeños de caballos de potencia fraccional. Se los usa sobre todo para

impulsar ventiladores pequeños, los cuales están montados directamente en el eje del motor. La principal ventaja de este tipo de motor es que se presta fácilmente en sí mismo para modular el control de la velocidad. Además, no requiere del interruptor arrancador.

Motores con polos sombreados. La construcción de este motor difiere en algo de los otros

motores monofásicos y bifásicos en que el devanado del estator principal está diseñado para formar polos salientes. El devanado auxiliar consiste de una bobina sombreada, la cual rodea una parte de cada uno de los polos del estator. La bobina sombreada consiste, por lo general, de una simple vuelta de alambre de cobre de tamaño grande, la cual está en cortocircuito y lleva sólo una corriente inducida. En operación, el flujo que genera la corriente inducida en la bobina sombreada distorsiona el flujo magnético en los polos del estator, lo que produce un pequeño par de arranque. Los motores de polo sombreado se emplean mucho para mover ventiladores pequeños, los cuales están montados directamente en el eje del motor. Estos motores se obtienen en capacidades desde 1/125 hasta 1/20 de hp. Además, es fácil controlar la modulación de su velocidad, y sus ventajas principales son su construcción simple y bajo costo.