Cálculo de corriente y protecciones para motores eléctricos

MOTORES Y CABLES ELÉCTRICOS I
REGIONAL
ANTIOQUIA ADAPTADO POR: EDGAR ESCOBAR
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DOCUMENTO 1
INSTRUCTOR: EDGAR ESCOBAR – SENA – REGIONAL ANTIOQUIA - ELECTRÓNICA
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MOTORES Y CABLES ELÉCTRICOS Versión. 2 .1
La importancia de un buen cálculo en la instalación
La mayor causa del deterioro y pérdida total de los motores eléctricos radica en el poco cuidado
que se le hace a la instalación mecánica y eléctrica. Tal razón nos debe sensibilizar para dar inicio
al primer estudio teórico y práctico que conlleva este documento.
El montaje de una máquina rotativa debe ser realizado por personal certificado y calificado con
estudios técnicos y tecnológicos, dominio de principios, leyes eléctricas, seguridad ocupacional y
normas (CEC – IEEE – NEMA…) legislativas de cada nación.
Cuando no son ejecutadas adecuadamente las instalaciones de este tipo de máquinas y no se
rigidizan los aspectos eléctricos y mecánicos o reciben un mantenimiento incorrecto por personas
no calificadas, pueden causar graves accidentes con perjuicios materiales y personales, por dicha
razón reiteramos, que dichos servicios deben ser efectuados por personal calificado en la
competencia de Instalación de Motores Eléctricos.
TEMARIO Para ubicar rápidamente el numeral temático oprima ctl + clic
1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA
2. CONCEPTOS ESENCIALES
3. CÁLCULO DE CORRIENTE PARA MOTORES AC
4. CÁLCULO DE FUSIBLES Y PROTECCIONES AUTOMÁTICAS
5. CLASIFICACIÓN DE MOTORES
6. CUESTIONARIO TEMÁTICO
7. SELECCIÓN DEL MOTOR MÁS ADECUADO
8. TABLAS Y ESQUEMAS
1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético,
además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la
interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo
así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado
flecha. El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagnéticas
de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de
atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación.

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Son innumerables los cálculos requeridos para dejar a cabalidad un montaje de motor en una
empresa, pero este documento aplica la practicidad sin dar rienda suelta a las altas matemáticas.
Fuerza de Lorentz
En física, la fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una
partícula cargada o una corriente eléctrica. Para una partícula sometida a un campo eléctrico
combinado con un campo magnético, la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz sobre
esa partícula viene dada por:
Donde:
es la velocidad de la carga, es el vector intensidad de campo eléctrico y es el vector inducción magnética.
Rendimiento de máquinas rotativas
Consiste en la eficiencia del motor establecida en porcentaje (%) y la formula básica la expresamos
para un motor ascensor sería así:
POTENCIA DE UN MOTOR PARA UN ASCENSOR
P = 1/2 . f . v / 1,000 . η
η= 1/2 . f . v / 1,000 . P
P – potencia en kW
F- fuerza en N
v- velocidad en m/s
η- rendimiento mecánico
En ascensores y montacargas, el peso de la cabina y la mitad de la carga útil queda compensado por el
contrapeso
Datos nominales de los motores eléctricos
- Potencia, kW ó HP
- Tensión de servicio, kV ó V
- Frecuencia, Hz
- Velocidad nominal, r.p.m.
- Corriente nominal, Amp.
- Corriente de arranque. Amp.
- Factor de potencia, cos ϕ
- Eficiencia, η %

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Velocidad del estator de un motor
El bobinado del estator de un motor eléctrico está formado por tres bobinas de alambre de cobre
individuales que se superponen y están decaladas con un ángulo eléctrico de 120°. Cuando se
conectan a la alimentación AC la corriente de entrada primero magnetiza el “estatos”. Esta
corriente de magnetización genera un campo rotativo que gira con la velocidad de sincronismo
(ns).

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2. CONCEPTOS ESENCIALES
1. POTENCIA TRIFASICA
http://www.netcom.es/pepeele/trifasica_t.html
La potencia trifásica en corriente alterna (AC) es Fluctuante por razones obvias, por lo tanto las
definiciones de este tema son tratados en el documento “DEFINICIONES ELECTRICAS”
estudiadas con antelación a este material de apoyo. Ahora la potencia fluctuante la formulamos
así:
P = 1.73 x VL x IL x Cos fi
NOTA:
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante
por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos
terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia
es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es:
Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se
expresa en amperios y V envoltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se aplica
cuando se consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor Ro se puede calcular la resistencia
equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como,
Recordemos que a mayor corriente, menor voltaje.
2. TENSIONES TRIFÁSICAS

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VL = VF x 1.73
Ejemplo: En el SENA C.T.M.A, VL = 208VAC
Entonces,
VF = VL / 1.73 es,
208 / 1.73 = 120VAC entonces,
La tensión de LÍNEA es voltaje entre 2 fases y la tensión de FASE es el voltaje de una fase con
neutro.
CONCLUSIÓN:
Voltaje trifásico es,
VL x 1.73 = V3ҩ
208 x 1.73 = 360V3ҩ
3. CÁLCULO DE LA SECCION DE CONDUCTORES
I = p/1.73 X V X Cosfi
S = PxL / C x e x V
S = Sección P = potencia en vatios L = longitud en metros
C = Conductividad V = tensión en voltios e = caída de tensión en voltios
3. CÁLCULO DE CORRIENTE PARA MOTORES
La tabla siguiente nos proporciona la corriente que consume un motor en las tensiones de 115,
220 y 440 volts así como la protección que debe utilizar ya sea utilizando un fusible o un interruptor
termomagnético, los cuales se pueden calcular después de la tabla.

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HP KW I FUS PROT I FUS PROT I FUS PRO
115 115 115 220 220 220 440 440 440
1/6 0.12 4.4 8 16
1/4 0.19 5.8 10 16
1/3 0.25 7.2 16 20
1/2 0.37 9.8 20 25 2.2 4 6 1.1 2 4
3/4 0.56 13.8 25 40 3.2 6 10 1.6 4 4
1 0.75 16 32 40 4.2 8 10 2.1 4 6
1.5 1.12 20 40 50 6 10 16 3 6 10
2 1.49 24 50 63 6.8 16 20 3.4 6 10
3 2.24 34 63 82 9.6 20 25 4.8 8 16
5 3.73 56 100 150 15.2 32 40 7.6 16 20
7.5 5.60 80 160 200 22 40 63 11 20 32
10 7.46 100 200 250 28 50 80 14 25 40
15 11.2 131 250 350 42 80 125 21 40 63
20 14.9 54 100 150 27 50 82
25 18.7 68 125 175 34 63 100
30 22.4 80 160 200 40 80 100
40 29.8 104 200 300 52 100 150
50 37.3 130 250 300 65 125
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Ejercicios: CORRIENTE PARA UN MOTOR MONOFASICO O 115 V:
IP = P/ E . COS ϕ . η
DONDE EL SIGNIFICADO DE CADA UNA DE LAS LITERALES ES:
IP= CORRIENTE NOMINAL O A PLENA CARGA QUE CONSUME UN MOTOR (AMPERS)
P= POTENCIA QUE DESARROLLA UN MOTOR (WATTS O KILOWATTS)
E= TENSION A LA QUE SE CONECTA EL MOTOR (VOLTS)
COS ϕ = FACTOR DE POTENCIA
η = RENDIMIENTO DEL MOTOR
LA CORRIENTE PARA UN MOTOR TRIFASICO CONECTADO A 220 O 440 VOLTS
Se afecta en el denominador por la raíz cuadrada de 3, la cual representaremos en la ecuación
afectada por 3 ó 1.73
IP = P / 1,73 . E . COS ϕ . η

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NOTA: El valor de las literales es el mismo
EJEMPLO 1:
DETERMINAR LA CORRIENTE QUE CONSUME UN MOTOR MONOFASICO EL CUAL ESTA
CONECTADO A UNA FUENTE DE ALIMENTACION DE 115 VOLTS Y TIENE UNA POTENCIA
DE 1/2 H.P. EL CUAL TIENE UN FACTOR DE POTENCIA DE 0.6 EN ATRASO Y UN
RENDIMIENTO DE 55%.
DATOS
MOTOR MONOFASICO CALCULO DE LA CORRIENTE
IP = ?
E= 115 VOLTS IP = P / E COS ϕ N
P= 1/2 H.P. = 370 WATTS
COS 0 = 0.6 IP = 370 / 115*0.6*0.55
N= 0.55
IP = 9.74 AMPERS
Como podemos observar el resultado es muy semejante al de la tabla anterior para un motor de
1/2 h.p y tensión de 115 volts.
EJEMPLO 2.
CALCULAR LA CORRIENTE QUE CONSUME UN MOTOR TRIFASICO QUE SE CONECATA A
UNA TENSION DE 220 VOLTS , EL CUAL TIENE LOS SIGUIENTES DATOS DE PLACA:
POTENCIA 5 H.P. ; FACTOR DE POTENCIA 0.65 EN ATRASO Y RENDIMIENTO DE 80%
DATOS
MOTOR TRIFASICO CALCULO DE LA CORRIENTE
IP =?
E= 220 IP = P / 1,73 E COS ϕ N
F.P.= 0.80
N= 0.80 IP = 3730 / 1.732*220*0.8*0.80
P= 3.73 KW = 5 H.P.
IP = 15.29 AMPERS
Debemos comparar el resultado con el de la tabla (amarilla) anterior, corriente para motores y
podemos observar que es muy semejante al de un motor trifásico de 5h.p. y tensión de 220 volts
4. CÁLCULO DE FUSIBLES Y PROTECCIONES

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Se sabe que los fusibles y los interruptores termomagnéticos son las protecciones que se
utilizan en las instalaciones eléctricas para proteger ya sea el cable o la carga a la cual están
alimentando y es de suma importancia mantenerlos en buen estado para lograr un funcionamiento
optimo de la instalación eléctrica por lo que se deben calcular para una sobre carga de corriente.
Aunque estos datos se pueden obtener de tablas ajustadas y manuales, es muy importante
poder determinarlos de una forma analítica estos resultados, para lo cual, se utilizan los siguientes
métodos.
CALCULO DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS:
PARA EFECTUAR EL CALCULO DE LAS PROTECCIONES ELÉCTRICAS SE UTILIZA LA
CORRIENTE NOMINAL O A PLENA CARGA LA CUAL PUEDE SER CALCULADA O TOMADA
DIRECTAMENTE DE LAS TABLAS QUE PROPORCIONAN LOS PROVEEDORES Y SE APLICAN
LAS SIGUIENTES ECUACIONES.
CALCULO DE LA CORRIENTE DE PROTECCION CON FUSIBLES:
IF = k X IN
DONDE:
IF = CORRIENTE DE PROTECCION DE LOS FUSIBLES
K = CONSTANTE DE PROTECCION LA CUAL SE TOMA EN EL RANGO DE 1.8 % A 2.1%
IN = CORRINTE NOMINAL O A PLENA CARGA
CALCULO DE LA CORRIENTE DE PROTECCION CON DISYUNTORES.
IP = C X IN
DONDE
IP = CORRIENTE DE PROTECCION
C = CONSTANTE DE PROTECCION LA CUAL SE TOMA EN EL RANGO DE 2 % A 3 %
IN = CORRIENTE NOMINAL O A PLENA CARGA
NOTAS:
Las constantes K Y η se toman en porcentaje
Los valores de IF e, IP se deben aproximar al valor inmediato superior comercial que se fabrique.

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CALCULO DEL TORQUE MOTORES DE INDUCCIÓN.
Analicemos la siguiente gráfica.
Y estudiemos la siguiente fórmula básica que determina el torque nominal (Mn) de un motor desde
las variables o datos eléctricos del mismo, conocidas en palca y calculadas en los apartados
anteriores. La constante del conjugado de potencia eléctrica en (W) y las fuerzas Newton metro
(Nm) determinan la constante 9.555 de la fórmula práctica. Un Newton es igual a.
1HP = 78Kgms
78kgra = 1HP
78Kgs = 764.9 Nm
Nm = 0.102 Kgms
1Kgm= 9.8Nm
1W = 1 Nm
1000W = 1000Nm

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La ecuación anterior, nos permite solo saber el torque nominal. Referirse a los documentos
recomendados por el instructor para calcular los otros momentos de torque de las máquinas
rotativas inductivas. Con los datos anteriores se puede obtener de un eje motor, el tonelaje que
puede mover ante el torque de una carga (ML) o fuerza antagónica.
5. CLASIFICACIÓN DE MOTORES
Los motores eléctricos se pueden clasificar de diferentes formas, entre las mas comunes tenemos:
POR SU NUMERO DE FASES, POR EL TIPO DE CORRIENTE, POR SU FUNCION.
POR EL NÚMERO DE FASES PUEDEN SER:
MONOFASICOS
BIFASICOS
POLIFASICOS O TRIFASICOS
POR EL TIPO DE CORRIENTE:
DE CORRIENTE ALTERNA
DE CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA
POR SU FUNCION:
ASÍNCRONOS
SINCRONOS

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LAS PARTES PRINCIPALES DE UN MOTOR Y CONEXIONADO SON:
A. B.
INDUCTOR A: JAULA DE ARDILLA MOTOR ASINCRONO - INDUCTOR B: BOBINADO MOTOR
SINCRONO CON ANILLO ROZANTE 3 ϕ

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MOTOR MONOFASICO MOTOR TRIFASICO

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6. CUESTIONARIO TEMÁTICO
Nos permitimos “Aumentar las Dudas” sobre este apasionante tema y vamos autoevaluando los
conocimientos al respecto.
1.- COMO SE DEFINE MAQUINA
2.- COMO SE PUEDEN CLASIFICAR LOS MOTORES
3.- CUALES SON LA PARTES PRINCIPALES DE UN MOTRO ELECTRICO
4.- CUANTOS TIPOS DE ROTORES UTILIZAN LOS MOTORES ELECTRICOS
5.- COMPARA Y CONTRASTA LOS ROTORES JAULA DE ARDILLA Y EL ROTOR DEVANADO
6.- QUE DATOS SE PUEDEN OBTENER DE LAS PLACAS DE LOS MOTORES
7.- POR QUE ES IMPORTANTE AISLAR LOS CONDUCTORES EN LAS BOBINAS DE UN MOTOR
8.- CUALES SON LAS FORMAS EN QUE SE PUEDEN CONECTAR LAS BOBINAS DE UN MOTOR O
GENERADOR
9.- COMO SE LE CAMBIA DE GIRO AL FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR.
10.- QUE ES UN GENERADOR ELECTRICO
11.- COMO SE PUEDEN CLASIFICAR LOS GENERADOREA
12.-CUAL ES EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR/ GENERADOR
13.-CUALES SON LAS PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS GENERADORES
14.-CUAL ES EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR SINCRONO.
15.-REALIZA UN RESUMEN DEL VIDEO
16.-ESCRIBE LAS ECUACIONES PARA CALCULAR LA CORRIENTE NOMINAL Y ANOTA CADA UNO DE
SUS TERMINOS
17.- ESCRIBE LAS ECUACIONES PARA CALCULAR LAS CORRIENTES DE PROTECCION DE UN FUSIBLE Y
DE UN INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO
18.- CALCULAR LA CORRIENTE NOMINAL PARA UN MOTOR TRIFASICO DE 25 HP EL CUAL SE CONECTA A UNA
TENSION DE 440 VOLTS, EL CUAL TIENE UN FACTOR DE POTENCIA DE 0.8 EN ATRASO Y UN RENDIMIENTO DE
65%, TU RESULTADO COMPARALO CON EL DE LA TABLA DE AMPERAJES.
19.- DETERMINAR LAS PROTECIONES PARA EL PROBLEMA DEL EJERCICIO ANTERIOR PARA FACTORES DE
200% PARA FUCIBLES Y DE 250% PARA INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO.
20.-DETERMINAR LA CORRIENTE NOMINAL ASI COMO LAS CORRIENTES DE PROTECCION
7. SELECCIÓN O DIMENSIONAMIENTO DE MOTORES
Para todos los que tenemos o queremos estar en el mundo de los aviones eléctricos. Voy a tratar
de darles algunos consejos para elegir el motor apropiado.
Lo principal es contar con ciertas herramientas de software.
http://www.badcock.net/MotorXL/
esta es una liga a un programa gratuito. Para calcular eficiencia de un motor basados en voltaje,
corriente, y una hélice predeterminada para cierto no. de revoluciones.
También podemos utilizar estos:

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http://www.badcock.net/cgi-bin/powe...=+++0&Temp=20.0
Programa en línea. Para saber el empuje y la eficiencia a partir de las revoluciones, amperaje y
voltaje.
http://www.motocalc.com/
Programa muy útil, con una base de datos de motores, esc, baterías y aviones. Gratuito por 30
días.
http://www.drivecalc.de/
Programa parecido al anterior. Pero gratuito. Muy útil.
http://www.peakeff.com/Default.aspx
Retomemos el cuadro de motores comerciales:
1. Motores de Ac trifásicos
A. Sincrónicos (Generadores)
B. Asincrónicos ( De 3,6,9 y 12 terminales para varias velocidades y voltajes de
red)
2. Motores de AC Monofásicos
A. Motores de fase partida.
B. Motores con condensador.
C. Motores de repulsión.
D. Motores universales.
3. Motores de C.C universales.
A. Excitación serie.
B. Excitación paralelo (Shunt).
C. Excitación compuesta (Compound)
4. Motores servo. (Pequeños y medianos - voltajes y señales)
A. Universal ( Servomotor)
B. Paso a paso.
C. Trifásico Bedining.
El Modelo.
El tipo de modelo, determina la aplicación, el tamaño de la hélice, así como la velocidad y potencia

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necesaria par el buen desempeño del modelo.
El peso del modelo con todo el equipo instalado es determinante.
Este método consta de 4 pasos.
1.-Determinar la velocidad de perdida. Y la velocidad máxima del modelo
2.-Determinar las RPM y la hélice más apropiada.
3.-Determinar la potencia necesaria
4.-Determinar el Motor y el Kva.
APLICACIÓN
ACTIVIDAD EN EQUIPO:
Encontrar la corriente, valor de los fusibles para tablero y la protección automática que demanda
un motor trifásico que se conecta a una tensión de 440 volts, el cual se utiliza para hacer trabajar
un molino y tiene a una potencia de 25 H.P, rendimiento η del 75% y cos ϕ = 0

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FUENTES DE CONSULTA
http://www.ramonmar.mex.tl/848681_TABLA-DE-AMPERAJES-DE-MOTORES.html
http://formacion.plcmadrid.es/descargas/docs/articulos/ctor_aplicaciones_no_motor.pdf
http://issuu.com/mauricioypamelaleivamellado/docs/control-de-motores-electricos (LIBRO)
http://centros5.pntic.mec.es/jaimegil/materiales/tecnologia/problemaPAU/M%C1QUINAS%20EL%C9CTRICAS.htm (Rendimiento del motor)
http://www02.abb.com/global/boabb/boabb011.nsf/0/6e806ea8a5210e29c12578e0007e6a7f/$file/Gu%C3%ADa+del+motor+ES.pdf (Guia del motor ABB)

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