Innovación técnica en motores

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Constantemente, las nuevas tecnologías llegan al sector de la refrigeración, algunos considerables, tal como la evolución técnica de los motores electrónicos para refrigeración, que ofrecen ventajas más significativas que los convencionales.

Roberto Olmos.

La principal evolución técnica de los motores electrónicos está basada en el aprovechamiento de la energía, a fin de lograr mayor eficiencia y durabilidad, hacerlos menos pesados, fáciles de transportar y dotarlos de mayor robustez; considerando mejores materiales, como el acero, el cobre y el aluminio-amalgama, principalmente. En este sentido, son los plásticos o las resinas de alto impacto (menor cobre y laminación), así como la integración de la electrónica, aquellos elementos que han evolucionado el mercado de los motores para refrigeración.

La tecnología de los motores EC (Electrónicamente Conmutado) está basada en el principio de campos inductivos, a través de una tensión de corriente directa (DC), pero con un suministro de corriente alterna (CA) normal. Los motores EC son más eficientes que los motores de AC debido a que utilizan imanes permanentes en lugar de inducir un campo magnético secundario en el rotor. La tecnología en los motores EC permite ser diseñados en espacios reducidos, permitiendo que éstos sean más pequeños y menos pesados. La parte no giratoria del motor (estator) se puede diseñar como una placa (tarjeta electrónica) que incluye la conversión de una tensión de voltaje de AC a corriente contínua (CC), así como los controles de operación basados en una lógica de programación por medio de un microprocesador lógico.

Funcionamiento
El motor eléctrico convierte la potencia eléctrica Pel (corriente I y tensión U) en potencia mecánica P (velocidad n y par M). Las pérdidas que se producen se dividen en pérdidas por fricción en P y pérdida de potencia en Julios PJ en el bobinado (resistencia R). En los motores EC estas pérdidas se tratan como un par de fricción adicional.

Hay dos configuraciones de embobinados eléctricos comunes; la configuración delta conecta tres arrollamientos entre sí (circuitos en serie) en un circuito similar a un triángulo, y el poder se aplica a cada una de las conexiones. La otra configuración (en forma de Y), a veces llamado arreglo en estrella de bobinas, conecta todos los devanados a un punto central (circuitos paralelos) y la potencia se aplica al extremo restante.

Un motor con bobinados en configuración delta da un bajo par a baja velocidad, pero puede dar una mayor velocidad punta. Configuración estrella da un alto par a baja velocidad, pero no tan elevada velocidad máxima.

Aunque la eficiencia se ve muy afectada por la construcción del motor, el devanado en estrella es normalmente más eficiente. En devanados conectados en triángulo se aplica un medio de tensión a través de los devanados adyacentes al cable accionado (en comparación con las de bobinado directamente entre los cables de tracción). Además, los devanados pueden trabajar a alta frecuencia de corrientes eléctricas que circulan por el motor.

A0CG0004270Tarjetas electrónicas de conmutación
Los EC son motores de corriente continua que funcionan mediante un inversor incorporado y un rotor de imán; como resultado, son capaces de lograr una mayor eficiencia en los sistemas de flujo de aire que otro tipo de motores de corriente alterna. Aunque la corriente de CA se utiliza para EC, el rectificador interno de la EC convierte la corriente en tensión de CC.

Estas tarjetas electrónicas son capaces de sincronizar al motor en diferentes rangos de velocidad y torque para ser acoplados en una diversidad de aplicaciones en el mercado de la refrigeración.

La conmutación electrónica, potencialmente, elimina todos los problemas que en ocasiones el polo sombreado presenta; la tarjeta electrónica cuenta con interruptores electrónicos o transistores que generan señales de impulsos de energía a tres o más circuitos o grupos de bobinas dentro del motor. Dependiendo el momento y la duración de los impulsos, la tarjeta electrónica logra el control de velocidad y mantener un alto par en el arranque en un rango de alta velocidad.

Las tarjetas electrónicas del motor EC cuentan con un microprocesador lógico programable que regula la velocidad y la salida de potencia (torque) que se suministra al motor, sin el uso de sensores o controladores externos. El microprocesador controla los campos magnéticos en el estator del motor, por lo que está siempre sincronizado con el rotor.

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El motor EC puede ofrecer una mejor eficiencia, alcanzando hasta un 75 por ciento de ahorro de energía

Con esto se logra que el motor EC:

  • Sea más eficiente. Logrando hasta 75 % de ahorro de energia
  • Genere menos calor
  • Cree entornos de trabajo más fríos
  • Genere menos calor al interior del motor EC
  • Provoque menos tensión en los rodamientos del motor
  • Baja revolución por minuto (rpm)
  • Tenga menos vibración
  • Mayor par de arranque

Una de las ventajas de usar tarjetas electrónicas es que los motores pueden tener atributos de protección contra motor bloqueado, protección contra sobrecalentamientos o cualidades como la variación y control de velocidad, igualmente, protección contra el ingreso de humedad.

Rotor imán permanente
Una pieza clave que contribuye a la eficiencia eléctrica del motor y a su capacidad para controlar las rpm y la conmutación (para alternar el ciclo).

Es el medio principal que transforma la fuerza inductiva del estator en fuerza mecánica, éste es el elemento principal de rotación en el motor, con imanes de polaridades positivas y negativas que mantienen campos magnéticos persistentes y que son poderosos. Están hechos de metales de tierras raras.

Hay otros metales que sólo se vuelven magnéticos cuando son magnetizados por un campo eléctrico y sólo permanecen magnetizados mientras dicho campo eléctrico se encuentra en su lugar. Este concepto es la base del funcionamiento de motores EC.

En los motores EC, el estator con bobinas de alambre de cobre enrollado sirve como un electroimán cuando la electricidad pasa a través de él.

La bobina electromagnética se siente atraído por el imán permanente; esta atracción es lo que causa que el motor gire.

Cuando se retira la fuente de energía eléctrica, el cable pierde sus cualidades magnéticas y detiene el motor. De esta manera, la rotación y el movimiento de los motores EC pueden ser gestionados por un controlador de motor que controla cuándo y por cuánto tiempo la electricidad y, por extensión, el electroimán, permite la rotación del motor.
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Roberto Olmos Alegría es ingeniero de aplicación en Wellington Drive Technologies, empresa neozelandesa dedicada a producir motores conmutados electrónicamente, controladores electrónicos y soluciones especiales para la industria de la refrigeración y ventilación. Cuenta con experiencia en motores electrónicos, inducción, sistemas de control automatizado, refrigeración comercial y electrónica aplicada.