OPCIONES DE MOTORES SELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN

La elección del motor eléctrico más conveniente para generar el flujo de aire que va a circular forzadamente por el prototipo medidor de la calidad del aire es consecuencia de la evaluación de las características de cada uno de los posibles motores a emplear.

Para llevar a cabo la selección de un motor eléctrico, es necesario evaluar determinadas especificaciones, tales como:

 Potencia Nominal

La potencia nominal es la potencia que debe suministrar el motor, sin que la temperatura dañe los materiales aislantes del motor por sobrecarga, para ello es necesario conocer los valores de velocidad de rotación como así también el valor del torque del motor.

 Velocidad de rotación del motor

Con el valor de la velocidad de rotación del motor y el valor del torque, fuerza con la que el motor puede mantenerse en un paso, es posible obtener el valor de la potencia que requiere la máquina para llevar a cabo el pequeño accionamiento. Según la velocidad de rotación, el motor se clasifica en motores síncronos o motores asíncronos.

72  Tipo de arranque del motor

En el momento de arranque el motor precisa de una corriente mayor a la nominal para pasar del estado de reposo a la velocidad de régimen. Luego, el motor presenta diferentes tipos de arranques: directo, estrella – triangulo, por autotransformador, arranque electrónico suave, o variador electrónico de velocidad o variador electrónico de frecuencia.

 Ciclos de trabajo

Están directamente relacionados con la potencia que precisa la aplicación. Por ello, es necesario definir si se trata de un servicio continuo, donde la carga se mantiene constante durante un periodo de funcionamiento largo y suficiente para alcanzar una temperatura estable, un servicio continuo inestable, donde los periodos de funcionamiento son largos, sin embargo el régimen de carga varía, un servicio intermitente, donde existen tiempos de trabajo y tiempos de reposo, sin conexión a la red eléctrica, o un servicio donde el motor funciona durante una hora a un régimen constantes y superior al servicio continuo.

 Relación entre el eje del motor y el eje de salida de la reductora.

Existen tres tipos de posiciones: posición vertical, posición horizontal y aplicación especial.

 Par motor o torque

Es una magnitud física que mide el momento de fuerza que se ha de aplicar a un eje que gira sobre sí mismo a una determinada velocidad.

 Corriente máxima de rendimiento o intensidad nominal.

Es el máximo valor de corriente capaz de circular de manera continua por el motor. Se mide en amperios (A).

 Índice de protección del motor.

El código IP indica el grado de protección de sus materiales, contra la entrada de polvo o fibras, el contacto accidental y la penetración de líquidos.

 Condiciones ambientales de funcionamiento.

 Condiciones de altas o bajas temperaturas, ensayos de corrosión, humedad, condiciones ambientales adversas.

Existen diferentes variedades de motores eléctricos disponibles:  Motores universales

Se utilizan, generalmente, en máquinas que requieren elevada velocidad con cargas de potencia débiles. No se utilizan en aplicaciones de uso continuo porque su diseño no soporta grandes periodos de actividad. Asimismo, son bastante ruidosos.

 Motores de corriente alterna

Se trata de la alternativa más económica y usada de los motores. Es posible distinguir dos tipos de motores: Motores monofásicos y motores trifásicos.

Los motores monofásicos se alimentan con una corriente monofásica de 230V. Se utilizan cuando se necesitan potencias pequeñas (menores de 3kW). Carecen de arrancador. Existen dos tipos:

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- Síncronos: funcionan con una velocidad siempre fija aunque varíe la carga.

- Asíncronos: sufren pequeñas variaciones de velocidad si aumenta el par motor o torque.

Los motores trifásicos se alimentan con corriente trifásica 430V. Se utilizan generalmente en aplicaciones industriales. Se diferencian de los monofásicos en que se pueden poner en marcha sin arrancador.

 Motores de corriente continua

Permiten un mayor control sobre la velocidad, ya que puede ajustarse aplicando una resistencia variable en el inductor, sin embargo tienden a sufrir mayor desgaste que los motores de corriente alterna. Además, permiten cambiar el sentido de rotación invirtiendo la polaridad.

Existen dos tipos de motores: motores con escobillas o motores sin escobillas o brushless. Los motores con escobillas tienen un costo menor y no es necesario un control electrónico para su funcionamiento. Sin embargo, presentan una mayor pérdida de calor, lo cual genera mayor desperdicio de potencia, por lo tanto es menos eficiente.

Presenta una relación velocidad – par motor moderado, ya que un incremento en la velocidad provoca mayor fricción, disminuyendo el par motor. Además, la relación potencia de salida – tamaño del motor es menor, lo cual genera menor rendimiento.

Por su parte, en los motores brushless su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas entre un imán y un hilo (bobina) por donde circula una corriente eléctrica. A igual potencia que los motores con escobillas su tamaño y peso son más reducidos, con un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80% aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la maquina).

Su alimentación es a base de baterías, lo cual contribuye a la preservación del medio ambiente. La relación entre velocidad y par motor es buena. Por otro lado, al utilizar motores de corriente continua, la falta de precisión en el arranque y parada del motor suele ser un problema importante. Existen motores con excitación independiente, conocidos como motor paso a paso, motores sin escobillas cuya alimentación del inductor se realiza a partir de una fuente de alimentación externa, por lo que modificando la corriente de excitación con un controlador es posible variar su velocidad. La velocidad máxima que puede alcanzar dependerá de la tensión del controlador al motor. Si la tensión es mayor, el motor paso a paso ofrecerá más par en la misma velocidad y podrá acelerar aún más que un motor con un controlador de baja tensión. Estos dispositivos electromagnéticos, incrementales o rotativos, convierten pulsos digitales en movimiento de rotación mecánica. La proporción de la rotación es proporcional al número de pulsos generados, mientras que la velocidad de rotación se relaciona con la frecuencia de esos pulsos. Los impulsos se definen por un ángulo predeterminado que es alimentado por un dispositivo programable. Luego, esta solución es idónea siempre y cuando la inercia del sistema sea reducida, es decir que el tiempo de aceleración y desaceleración no sea largo.

Son dispositivos confiables y duraderos, ya que no existe contacto de escobillas. Evaluadas las alternativas en relación con los motores a utilizar en la construcción del prototipo medidor de la calidad del aire y, además de considerar las ventajas y desventajas en el uso de cada uno de ellos, se decidió utilizar un motor eléctrico brushless

74 o motor eléctrico sin escobillas para generar el flujo de aire forzado necesario para llevar a cabo el monitoreo aéreo de contaminantes atmosféricos. Se escogió este tipo de motor pues presenta numerosas ventajas en comparación con las demás opciones, tales como, el tamaño del motor eléctrico, la robustez del mismo, rendimiento y capacidad de generar un gran flujo de masa de aire en un período de tiempo breve.

6.3.2. OPCIONES MEDIDORES DE FLUJO DE MASA DE AIRE - SELECCIÓN