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Protección de Motores (2ª parte)

Diferentes sistemas de protección

Relés térmicos bimetálicos

Estos equipos constituyen el sistema más sencillo y conocido de protección térmica por control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo. El principio de funcionamiento es por efecto del calentamiento de elementos bimetales que causan una deformación mecánica, la cual acciona el mecanismo mecánico de disparo.

Además, existen los relés térmicos del tipo diferencial, los cuales disponen de un sistema mecánico para protección contra fallos de fase. Estos están basados en el hecho de que la falta de una fase hace que el bimetal de esa fase se enfríe y, por deformación mecánica con respecto a las otras fases, actúe el sistema mecánico de disparo.

Estos tipos de relés tienen curvas de disparo fijas y previstas para arranques normales de motores (tiempos entre 5 a 10 segundos – clase 5 a 10).

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Guardamotores

Estos equipos utilizan el mismo principio que los interruptores termomagnéticos, y están diseñados para ejercer hasta cuatro funciones: protección de sobrecargas, protección cortocircuitos, maniobras de cierre y apertura, y señalización. Además, en combinación con un contactor, constituye una excelente solución para maniobra de motores sin necesidad de fusibles.

Los guardamotores poseen protección térmica consistente en un disparador térmico bimetálico de sobrecarga por fase, por el cual circula la corriente del motor, produciéndose el disparo en un tiempo definido por la curva característica. Normalmente, la intensidad de disparo térmico es regulable dentro de ciertos límites.

El caso de la protección magnética de cortocircuito consiste en un electroimán por cuyo enrollado circula la corriente del motor, haciendo que para un valor predeterminado se accione un percutor que dispara el equipo (normalmente en tiempos inferiores a 1 ms). Normalmente se diseñan con poderes de corte que pueden llegar a 100 kA.

Además, existen ciertas variaciones de estos equipos con curva de disparo sólo magnética, para protección contra cortocircuitos. Así, este tipo de guardamotor reemplaza los fusibles o interruptores sólo magnéticos, que normalmente se ocupan con este fin.


Protección con sondas de temperatura

El uso de sondas térmicas constituye un sistema de protección contra sobrecargas térmicas suaves y prolongadas, ajenas a la corriente del motor. Este equipo actúa como un termómetro que mide la temperatura directamente en los enrollados del motor (en los puntos más críticos), acusando factores externos, como temperatura ambiente excesiva o refrigeración insuficiente. Normalmente las sondas son integradas a un relé, el cual ejecuta a un umbral determinado el disparo por medio del contactor.

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Protección electrónica

El arte de proteger bien un motor está en poder simular lo más exactamente su comportamiento térmico. Así, son muchas las causas posibles de falla de un motor, siendo solamente un dispositivo electrónico capaz de cubrir en un mismo equipo la mayor parte de esas prestaciones.

Normalmente, para la medición de la corriente se utilizan 2 ó 3 transformadores de corriente (dependiendo de las prestaciones) incorporados en el propio aparato (lo cual da capacidad de medida cercanas a 60A, siendo necesario para capacidades mayores la utilización de transformadores externos de corriente), lo que significa que el relé no está conectado directamente al circuito de potencia que alimenta el motor.

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Típicamente, estas protecciones electrónicas incorporan las siguientes funciones: sobrecarga, falla fase, rotor bloqueado, asimetría y secuencia fases. Adicionalmente, ciertos modelos pueden incorporar además bajo-corriente, stall (prevención atascamiento motor), falla a tierra, cortocircuito, imagen térmica mediante modelo matemático o medición directa en motor.

Además, permiten -a diferencia de los relés térmicos bimetálicos- el ajuste de la curva de disparo, tanto en corriente como en tiempo, para lograr con un solo relé diferentes clases de disparo (Clase 5, 10, 20, 30, 60 o definidas por el usuario) que permiten lograr protecciones efectivas con motores de mayores exigencias en sus partidas.

En el caso de los relés electrónicos "inteligentes", a todas las características anteriores ya mencionadas debemos agregar la opción de comunicaciones bidireccionales bajo diversos protocolos; no sólo el relé informa sobre su estatus, sino que los parámetros pueden ser también modificados a distancia. Muchos de estos relés cuentan con contactos Entrada/Salida programables por el usuario.


Criterios de elección de una protección adecuada

Elegir el mejor tipo de protección a ser utilizada no es tarea fácil, debido a que esta elección depende del funcionamiento del motor en su entorno. En primer lugar, habría que tener presente las características de los diferentes tipos de protección vistos, como también el valor de cada uno de estos sistemas en comparación con el valor de un motor nuevo o la reparación de éste. Con esta información hay que comparar el valor de la protección con respecto a la reparación del motor, de forma de ver si la inversión se amortiza.

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El gráfico de costos muestra que los relés térmicos bimetálicos muestran valores menores que los electrónicos hasta potencias aproximadamente 110 HP. No obstante, la inversión en protección electrónica se encuentra por debajo de la curva de rebobinado de un motor, por lo que cabe preguntarse ¿por qué no invertir en una protección electrónica?" Y, más aun, ¿por qué no invertir en relés de mayores prestaciones (que presentan un valor menor al costo de rebobinado a partir de 30 HP)?

El tener una mejor protección lograría que los motores aumenten su tasa media de falla, lo cual se traduce en un menor costo de reparación. Y si además se le agregan los costos que implica tener detenido un proceso de producción o cambiar los motores, queda de manifiesto que la inversión en mejores protecciones significará un ahorro en costos.

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* Nota: el cambio de costo de los relés electrónicos se debe al uso de transformadores de corriente externos, a partir de cierta corriente.

Gentileza de CLAS Ingeniería Eléctrica S.A.
www.clas-sa.com   -  clasmail@clas-sa.com
Noviembre 2010
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Comentarios acerca de este artículo
carlos Ramírez MCI (01/02/2019)
Hola,quiero saber que es mas efectivo un relé térmico convencional uno eléctronico o un guarda motor, No entiendo la diferencia.
Elvis Gárate schindler (27/09/2016)
Muy bueno, necesario para satisfaser algunas o desconocer ciertas ciertas aplicaciones.
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