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Recomendaciones prácticas
sobre el factor de potencia en motores eléctricos

Entender el comportamiento del motor eléctrico es clave para alcanzar una vida útil prolongada de la máquina, sea de Baja o Media Tensión (BT/MT), considerando aspectos de confiabilidad y eficiencia. El factor de potencia (FP) es una de las características más importantes que puede dar indicios de cómo está operando el motor.

El motor eléctrico es una máquina predominantemente inductiva, es decir, su operación se caracteriza por una corriente atrasada en el tiempo, respecto del voltaje. Por lo tanto, el efecto magnético predomina por sobre el efecto calórico de resistencia eléctrica, al ser compuesto por enrollados de alambre colocados sobre núcleos de fierro.

La Ley de Lenz explica gran parte de lo que sucede en el interior de la máquina, que reacciona ante un campo magnético variable, creando una corriente inducida tendiente a anular la causa que la produce. Este efecto es básicamente el que explica el FP de la máquina, definido como la razón de la potencia de entrada que es convertida en potencia activa en el eje. El resto de potencia no se pierde, sino que oscila entre el motor y la red eléctrica, o el motor y el condensador de corrección, para sostener su operación.


Operación y eficiencia

Típicamente, el usuario del motor no tiene acceso a la especificación del FP en el momento de la adquisición o la reparación; es una característica ofrecida por el fabricante y varía poco entre distintas marcas. El valor puede encontrarse en la placa de características indicado a plena carga, pero en fichas técnicas, se presenta como tabla con dependencia de la carga, mostrado en unidades decimales o porcentaje (por ejemplo, 0.8 o 80%).

En general, el mejor FP se obtiene a partir del 75% de carga, por lo que en aplicaciones de carga variable, el FP se modificará. Igualmente, es necesario considerar su dependencia con el voltaje, explicado de la siguiente manera: a mayor voltaje en el motor, el FP baja (o desmejora) debido al aumento de las pérdidas magnéticas; y viceversa. De igual modo, durante el arranque, el motor presenta el FP más bajo de manera transitoria; el valor es más bajo en motores de mayor tamaño, con valores en el rango de 0.2-0.3.


Aspectos de la corrección

Hay diversos aspectos a considerar cuando se busca corregir el FP por medio de la conexión de condensadores en paralelo al motor, y obtener beneficios como: reducción de la corriente, mejora en la regulación de voltaje, y evitar multas por bajo FP (cuando aplique). Al incluir los condensadores se mejora el FP que mide la compañía eléctrica, no así el propio del motor, que depende de la carga y del voltaje (así como de la frecuencia, aspecto que no se abordó en este artículo).

Algunos puntos importantes son los siguientes:

Conviene corregir por grupo de motores que operan a carga constante, aunque, en casos especiales, es posible hacerlo por motor.

En motores de BT, se debe tomar en cuenta el punto de conexión del condensador, ya que influye en algunos aspectos, como por ejemplo, en el ajuste de la protección de sobrecarga.

En arrancadores a voltaje reducido (partidor suave, estrella-triángulo, auto transformador), se deberá conectar el condensador en la etapa final del arranque.

En variadores electrónicos, no se deberán utilizar condensadores de corrección del FP. El valor es cercano a 1.0 a la entrada del variador.

Si se excede la corrección recomendada, se pueden presentar fenómenos indeseables, como transitorios de voltaje durante la conexión/desconexión.

Cuando es posible la resonancia por contenido armónico, se sugiere el uso de condensadores anti-resonantes, lo que aplica a motores de BT y MT.

Por razones de seguridad, no se debe intervenir un banco de condensadores inmediatamente luego de la desconexión del motor; se deberá esperar a su descarga completa.

Figura 1. Daños típicos en núcleos magnéticos. Fuente: Ferroman S.A.

Efecto de la reparación sobre el FP

La reparación de un motor puede tener efectos sobre el FP, lo que se relaciona con la condición del núcleo magnético. Un daño en el núcleo requerirá mayor potencia para generar el campo magnético, lo que implica un FP menor. Hay varios medios de dañar un núcleo: mecánicos (golpes, maltrato), o térmicos (calor excesivo durante una descarga en un corto circuito severo en el devanado, o cuando se extrae el alambre durante la reparación).

Entre los aspectos a vigilar, se destacan:

Cuando hay indicios de ocurrencia de rozamiento mecánico Rotor-Estator, se deberán seguir análisis completos de la condición de los núcleos, para evitar zonas calientes, altas pérdidas y afectación en el FP.

En casos de corto circuitos que impactaron el núcleo provocando un daño puntual, se deberá analizar la magnitud del daño y, si procede, la reparación.

En el momento de quitar el alambre dañado, típicamente se calienta el devanado por medios externos (flama) para suavizarlo. Se recomienda no superar una temperatura de 350-400°C en el proceso, porque dañará el aislante interlaminar, y con esto, las pérdidas magnéticas aumentan.

Llevar registros del FP sin carga (vacío) en el momento de la adquisición y la reparación. Este dato es pocas veces registrado por los usuarios, y se debe relacionar con el voltaje y la frecuencia, dada su dependencia.

Evitar el maquinado del rotor, ya que se aumenta el espacio libre Rotor- Estator (air gap), con lo se modifican las pérdidas y el FP.

Lo que impacta una reparación incorrecta es la Permeabilidad del Núcleo, que describe su capacidad para conducir campo magnético. Cualquier reducción en la permeabilidad significa que se requiere más potencia para producir el campo original, provocando que el motor presente una corriente en vacío superior.

Algunos daños típicos en núcleos magnéticos se muestran en la Figura 1. En las imágenes A y B, se puede observar daño puntual por cortocircuito en devanado, mientras que en la C, se puede ver daño por rozamiento debido a quebradura de rodamiento.

Reparar un motor con estos daños, sin corregirlos, traerá problemas de operación por eficiencia, FP y calentamiento, terminando en daños prematuros en el devanado (antes del primer año).


Por Ing. Óscar Núñez M. (Profesor Universidad de Costa Rica, y estudiante Dr.-Ing. Eléctrica U. de Chile) y Ing. Julio Sepúlveda N. (Gerente de Operaciones en Ferroman S. A., Chile).
Enero 2016
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