Industrial buying decision-making process
3.5.3 The psychological world of those involved in the decision-making process
La consideración de la pérdidas en las máquinas es importante por tres razones: 1) las pérdidas determinan la eficiencia de la máquina e influyen en forma apreciable en su costo de operación; 2) las pérdidas determinan el calentamiento de la máquina y, por consiguiente, la capacidad nominal o la salida de potencia que se puede obtener sin un deterioro indebido del aislamiento, y 3) en la repre sentación de una máquina se deben tomar en cuenta, de manera apropiada, las componentes de las caídas de voltaje o de las corrientes asociadas con la compensación de las pérdidas.
La potencia total que recibe un motor debe ser igual a su potencia de salida (útil) y su pérdida total de potencia, siguiendo la ley de la conservación de la potencia, o sea:
entr sal perd
P
=
P
+
P
...(3.1) Donde: Pent Potencia total que recibe o potencia de entrada del motorPsal Potencia útil entregada por el motor para efectuar trabajo
Ppérd Pérdida total que se produce dentro del motor como resultado de la conversión de energía,
la pérdida será:
P
perd=
P
entr-
P
salLa potencia que se suministra a un motor siempre debe ser mayor que la potencia de salida. Un motor nunca puede convertir toda la potencia que reciben en potencia mecánica de salida. Como se define en la ecuación (3.1), la diferencia entre la entrada y salida del motor es su pérdida de potencia, que no lleva a cabo trabajo útil. Casi toda la pérdida de energía aparece como energía calorífica o potencia calorífica. Mientras mayor sea la pérdida de potencia en la ecuación (3.1) como porcentaje de entrada total de potencia, mayor será la potencia térmica o calorífica y más caliente estará el motor, es decir, mayor será el aumento de temperatura de la máquina rotatoria.
La eficiencia de un motor se puede definir, como la relación adimensional
h
de la potencia salida entre la potencia de entrada: sal entrP
P
h =
...(3.2) ent perd entP
P
P
h=
-
(Para motor) ...(3.2a)En el caso de un motor, es más fácil medir la potencia eléctrica de entrada que la potencia mecánica de salida.
Un motor que trabaja con alta eficiencia, o con una alta relación de potencia de salida a entrada, produce en comparación poco calor comparado con su entrada o salida. A la inversa, un motor que trabaja con baja eficiencia produce gran cantidad de calor en comparación con su salida.
En general las máquinas rotatorias operan de manera eficiente. Por ejemplo la eficiencia a plena carga de los motores promedio va desde 80 a 90% para motores del orden de 1 a 10 kW, de 90 a 95% para motores hasta de unos cuantos cientos de kW y hasta un porcentaje un po co mayor para los motores más grandes.
6.2 PÉRDIDAS DE POTENCIA EN EL MOTOR
Las pérdidas en el motor se pueden dividir en dos grandes clases: 1) las que se producen por el flujo de la corriente a través de las diversas partes de los devanados del motor, que s e llaman pérdidas eléctricas, y 2) las que son función directa de la rotación dinámica del motor, que se llaman pérdidas rotacionales, o de potencia parásita. Las pérdidas de potencia parásita se dividen en general en dos categorías: a) las pérdidas mecánicas, que resultan de la rotación, y b) las pérdidas en el hierro o núcleo.
Las pérdidas pueden ser: pérdidas fijas por que son independientes con la carga y pérdidas variables por que varían con la carga.
Las pérdidas eléctricas son primordialmente resultado de la circulación de la corriente eléctrica a través de las bobinas tanto del estator como del rotor del motor. Todas esas pérdidas eléctricas tienden a variar de acuerdo con el cuadrado de la corriente de carga, excepto aquellas c omo la pérdida en el campo, que es independiente de la carga, y la pérdida en escobillas, varía directamente con la carga.
Por convención, estas pérdidas se calculan sobre la base de las resistencias de cd del devana a 75ºC. Las pérdidas por contacto en las escobillas en los anillos colectores y conmutadores están íntimamente asociadas con la pérdida óhmica. Para las máquinas de cd de tipo industrial, la caída de voltaje en las escobillas se considera como constante en 2 V totales, cuando se usan escobilla s de carbón y grafito con derivaciones (conductores flexibles).
6.2.2 PÉRDIDAS MECANICAS
Se subdividen en:
a) Pérdidas mecánicas por fricción y ventilación: Pérdidas que sólo son funciones de la velocidad b) Pérdidas en el hierro o núcleo: Pérdidas que son función t anto del flujo como de la velocidad. Estas
pérdidas ocurren cuando una armadura de hierro o una estructura de rotor giran en un campo magnético o cuando se presenta un cambio de encadenamientos de flujo en cualquier estructura de hierro.
6.2.3 PERDIDAS ADICIONALES
Las pérdidas por carga parásita representan pérdidas adicionales debidas a la carga. Estas pérdidas son mayores en motores de inducción y en máquinas de entrehierro pequeño. Representan 1) pérdidas en hierro debidas a distorsión de flujo (reacción de armadura) en máquinas de cd y armónicas de paso en máquinas de ca, 2) pérdidas de efectos superficiales en conductores de armadura o de estator y 3) pérdidas en hierro en las partes estructurales de las máquinas.
Estas pérdidas en general se evalúan 1 por ciento de la salida para motores mayores de 200 HP; y no se considera máquinas de menor capacidad.
6.3 FLUJO DE POTENCIA EN EL MOTOR
La potencia eléctrica que se aplica a los terminales de un motor
V I
a L se reduce inmediatamente debido a determinadas pérdidas eléctricas dentro del motor. La diferencia aparece como potencia (interna) eléctricac a
E I
, que se convierte en potencia mecánica por conversión electromecánica. La potencia mecánica disponible que ha producido el par interno sostiene algunas pérdidas mecánicas internas. La diferencia entre esas pérdidas mecánicas y la potencia mecánica que se produce como resultado de la conversión electromecánica es la potencia mecánica de salida.
Potencia mecánica desarrollada= EcIa = Entrada de potencia eléctrica – Pérdidas eléctricas = Salida de potencia mecánica + pérdidas rotacionales
6.4 EFICIENCIA MAXIMA
Un motor alcanza eficiencia máxima siempre que las pérdidas variables son iguales a las pérdidas fijas. Para el motor de cd, las pérdidas variables son las que varían de acuerdo con el cuadrado de la corriente de armadura, es decir, las pérdidas de la armadura
I R
a2 a. Las pérdidas fijas, son la suma de la pérdida en el circuito de campoV I
e e y la pérdida rotacionalP
rot suponiendo que la velocidad del motor sea constante.Si la pérdida fija es igual a pérdida variable para obtener la eficiencia máxima; se tiene la siguiente relación: 2 r
P
(
)
e e a aK=
V I
+
=
I R
Watts W
Despejando la corriente de armadura con la cuál se logra la eficiencia máxima :Salida de Potencia mecánica Entrada de potencia eléctrica
=
-
-
Pérdidas eléctricas + Pérdidas rotacionalesr
P
( max)
e e a aV I
I
R
h
+
Þ
=
Fracción de carga:( max)
(
min
)
a aI
FC
I no
al
h
=
Eficiencia máxima del motor:
min var min max
min min
2
2
(
)
entrada no al iables entrad no al fijasentrada no al entrada no al