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Por: Bill Martin, gerente de producto Protección Electrónica del Motor, Rockwell Automation

Es importante evaluar los recursos de protección, el diagnóstico y la integraciónde relés de sobrecarga antes de elegirlos para su aplicación de arranque de motor.

Actualmente, los motores representan la columna vertebral de la industria. Estos brindan la energía mecánica necesaria para la mayoría de los procesos de fabricación. Muchos organismos gubernamentales han exigido que los diversos sectores industriales adopten alguna forma de protección contra la sobrecarga térmica para todos los motores eléctricos a fin de evitar que causen daños o lesiones físicas.
Eventualmente, un dispositivo de protección de motores provocará la detención de un motor eléctrico debido a un cableado indebido, a un problema eléctrico, a una anomalía mecánica o a algún daño interno en el motor. Cuando sucede una situación no planificada como esta, ¿cómo reacciona su empresa? En cualquier momento en que un motor crítico interrumpe inesperadamente su proceso, ¿cuál es el costo de esta pérdida de producción?
Existen diversos tipos de dispositivos de protección de motores disponibles que cumplen las normativas gubernamentales obligatorias. Estos dispositivos varían en tamaño, características y precio. Con tantas opciones disponibles, ¿cómo debe elegir el relé de sobrecarga correcto para su aplicación de arranque de motor? Para seleccionar el relé de sobrecarga ideal para un arranque de motor a plena tensión, es necesario que tenga en cuenta los siguientes aspectos de los relés de sobrecarga:
• Características de la protección
• Recursos de diagnóstico
• Recursos de integración

Recursos de protección en el mercado

Como mínimo, un relé de sobrecarga debe brindar protección contra la sobrecarga térmica, que mide la corriente que el motor eléctrico está consumiendo y la aplica a un modelo de sobrecarga térmica para simular la intensidad de calor dentro del motor eléctrico. Existen dos tipos de modelos de sobrecarga: El modelo I2T y el modelo dos cuerpos. El I2T es el más común y lo utilizan la mayoría de los relés de sobrecarga bimetálicos, eutécticos y electrónicos.
El modelo de dos cuerpos tiene en cuenta las características de arranque y de operación de un motor eléctrico, lo que brinda una simulación más precisa de la intensidad de calor dentro de un motor eléctrico, sobre todo para motores de alta o media tensión. El segundo recurso de protección más importante a tener en cuenta es la protección contra la pérdida de fase, que es el principal motivo para la falla de motores. La pérdida de fase se da cuando una corriente de una fase es igual a cero amperios, y ello sucede debido a un fusible quemado. Se necesitan 30 minutos o más para que un algoritmo de protección contra sobrecarga detecte la falta de fase. Una exposición prolongada de pérdida de fase dañará el motor eléctrico. Solo los relés de sobrecarga electrónicos pueden detectar una condición de falta de fase en hasta 3 segundos o menos.
Otras características de protección a tener en cuenta para obtener una protección proactiva de motor y de máquina incluyen:
• Corriente de fallo a tierra
• Atascos
• Obstrucciones
• Carga inferior
• Desbalanceo
• Tensión
• Potencia
Los motores grandes y caros se pueden beneficiar con estos recursos adicionales de protección. Con mayor rapidez que los algoritmos de protección contra sobrecarga, estos recursos pueden detener el motor eléctrico para evitar daños. Solo los relés de sobrecarga electrónicos pueden brindar estas características adicionales de protección.

Recursos de diagnóstico importantes

Otro recurso de diseño a tener en cuenta es la información de diagnóstico brindada por el relé de sobrecarga. Los relés de sobrecarga electrónicos pueden mostrar o comunicar información a un sistema de control o a un operador. Como mínimo, los relés de sobrecarga electrónicos deben comunicar el porcentaje de uso de la capacidad térmica (%TCU) y el porcentaje de la corriente a plena carga (%FLA). Estos dos parámetros de diagnóstico muestran, en tiempo real, la intensidad de calor y el consumo de corriente del motor eléctrico y pueden brindar al operador del motor una indicación sobre cuándo podría suceder un disparo por sobrecarga.
Cuando el %TCU alcanza el 100%, el relé de sobrecarga electrónico forzará un disparo por sobrecarga. Los relés de sobrecarga electrónicos más sofisticados también pueden brindar tiempo para disparo, tiempo para reinicio, corriente RMS, corriente de fallo a tierra, tensión RMS, potencia, historial e información de diagnóstico de la energía. Todo esto es útil para proteger motores caros o procesos críticos. Estos datos de diagnóstico logran anticipar cuándo la sobrecarga provocará un disparo, lo que les permite a los operadores tomar decisiones operativas críticas para el negocio y brindarle información útil al equipo de mantenimiento, posibilitando así la reducción del tiempo de reparación cuando suceden problemas en el motor.

Integración con sistemas de control de automatización

Los recursos del diseño final que se deben considerar son los recursos de integración que los relés de sobrecarga ofrecen. Los relés de sobrecarga electrónicos poseen una amplia capacidad nominal de corriente, lo que reduce la cantidad de productos necesarios para proteger una variedad de motores. Algunos relés de sobrecarga se montan directamente del lado de la carga de un contactor, lo que permite ahorrar tiempo de instalación, espacio y cableado. Algunos ofrecen bloques de terminales removibles para minimizar el tiempo de cambio. Algunos son modulares, lo que permite que el usuario seleccione la protección específica y los recursos de integración necesarios para una aplicación específica de arranque del motor. Algunos hasta ofrecen accesorios mecánicos para reducir el cableado de control adicional que es necesario para contar con un arranque de motor a plena tensión. Con solo algunos clics del mouse, los relés de sobrecarga electrónicos con opciones de comunicación y E/S se pueden integrar fácilmente al sistema de control de automatización correspondiente a su marca. Estos sistemas utilizan el relé de sobrecarga electrónico como un dispositivo de E/S distribuidas para controlar la bobina de un contactor mediante un comando de la red de comunicación.

Iniciar el proceso de selección

En la práctica, ¿cómo comienza el proceso de selección? Ello depende de la aplicación específica del motor eléctrico y de su impacto en la pérdida de producción, causada por un paro no planificado del motor eléctrico. Si las pérdidas de producción son mínimas, considere usar una protección de motor basada en sistemas bimetálicos o eutécticos. Estos tipos de productos para protección de motores cumplen los requisitos mínimos gubernamentales y evitan daños térmicos internos al motor eléctrico. Las principales desventajas son que estos no ofrecen ningún alerta anticipado sobre un evento a punto de ocurrir, ni brindan ninguna información sobre la causa del evento que sucedió.
Sin embargo, si la pérdida de producción es de envergadura, usted puede considerar el uso de una protección electrónica de motor. Estos productos cumplen los requisitos gubernamentales mínimos para la protección térmica, además de brindar otros tipos de protección eléctrica, como la pérdida de fase, asimetría, tensión indebida, desbalanceo de rotación, corriente de fallo a tierra (fuga a tierra) y mucho más.
Muchos dispositivos electrónicos de protección para motores también ofrecen recursos de comunicación para alertar sobre posibles problemas en el motor, anticipan cuándo el motor está a punto de detenerse e indican el motivo por el cual el motor se detuvo de forma involuntaria. Por ejemplo, en una aplicación de bombeo, los dispositivos electrónicos de protección de motores pueden simular la temperatura interna de un motor eléctrico que suministra energía mecánica a una bomba. Estos pueden enviar una alarma por mensaje de texto o correo electrónico si la temperatura se incrementa por encima de un nivel especificado. Estos también pueden integrarse en una infraestructura SCADA existente, usando redes de comunicación, como EtherNet/IP, para brindar alertas anticipadas y ayudarlo a evitar tiempo ocioso de alto costo.

Costo del tiempo ocioso 

Los dispositivos electrónicos de protección de motores cuestan más que un simple dispositivo de protección de motores bimetálicos o eutécticos. Sin embargo, este costo puede ser más bajo si se lo compara con la pérdida de producción, causada por paros no planificados del motor eléctrico.

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