Cómo leer la placa de características de un motor eléctrico
La placa de características de un motor indica la potencia nominal en el eje, la tensión, la corriente, la frecuencia, la velocidad, el factor de potencia (cos φ), la clase de eficiencia, el tipo de servicio, la clase de aislamiento, el grado de protección y el tamaño de carcasa. A partir de la frecuencia y las rpm se calculan el número de polos y el deslizamiento, y a partir de la potencia y las rpm el par nominal, T = 9550 × P / n en N·m con P en kW.
Para qué sirve la placa
La placa es la etiqueta de valores nominales del motor, definida para las máquinas IEC en la norma IEC 60034-1. Cada valor es un valor nominal: la condición en que el fabricante garantiza que el motor funcionará de forma continua sin sobrecalentarse. El motor no está limitado a esos valores, pero cargarlo por encima de ellos acorta su vida útil.
Una placa IEC típica de un motor trifásico dice:
- 3~ Mot. 4 kW, Δ/Y 230/400 V, 14,2/8,2 A
- 50 Hz, 1440 min⁻¹, cos φ 0,82
- IE3, η 86,6 %, S1
- Cl. aisl. F, IP55, 1,15 SF, IEC 112M
Cada campo se explica a continuación.
Potencia, tensión, corriente y frecuencia
La potencia nominal es la potencia mecánica en el eje, no la potencia eléctrica que toma de la red. Se da en kW en los países IEC y en caballos de fuerza (HP) en Norteamérica. Un HP son unos 746 W, así que 4 kW son unos 5,4 HP.
La tensión y la corriente nominales vienen en pares. Dos valores separados por una barra, como 230/400 V y 14,2/8,2 A, corresponden a la conexión en triángulo y en estrella respectivamente (véase la guía estrella-triángulo). La corriente es siempre una corriente de línea, y la tensión una tensión entre líneas.
La frecuencia nominal es la de la red para la que está bobinado el motor, 50 Hz o 60 Hz. Un motor a menudo puede funcionar con la otra frecuencia si se cambia la tensión en proporción, pero la velocidad, y en ventiladores y bombas la carga, cambian con ella.
El equivalente monofásico es sencillo: una tensión, por ejemplo 230 V, y una corriente. La potencia en el eje queda entonces limitada por V × I × η × cos φ.
Velocidad, polos y deslizamiento
La placa da la velocidad a plena carga, en rpm o min⁻¹. Siempre es ligeramente inferior a la velocidad síncrona, N_s = 120 × f / p, así que la placa también indica el número de polos: la velocidad síncrona es el valor estándar justo por encima de la velocidad nominal.
- 2 polos: 3000 rpm a 50 Hz, velocidad de placa de aproximadamente 2850 a 2950
- 4 polos: 1500 rpm, velocidad de placa de aproximadamente 1400 a 1480
- 6 polos: 1000 rpm, velocidad de placa de aproximadamente 920 a 980
- 8 polos: 750 rpm, velocidad de placa de aproximadamente 690 a 740
El deslizamiento nominal se deduce de la velocidad de placa:
s = (N_s − N) / N_s
Un motor de 1440 rpm a 50 Hz tiene N_s = 1500 rpm y s = 4 %. Hay más detalle en la guía del deslizamiento.
Factor de potencia y rendimiento
cos φ es el factor de potencia a carga nominal, típicamente de 0,8 a 0,9 en motores de tamaño medio. Es menor a carga parcial porque la corriente de magnetización se mantiene casi constante.
El rendimiento η es la relación entre la potencia en el eje y la potencia eléctrica de entrada a carga nominal. Según la norma IEC 60034-30-1, las clases de eficiencia son IE1 (estándar), IE2 (alta), IE3 (premium) e IE4 (super premium). En la UE, IE3 es el mínimo para la mayoría de los motores trifásicos nuevos desde 0,75 kW en adelante (con clases superiores exigidas para algunas potencias mayores).
La potencia eléctrica de entrada se deduce de la placa:
P_ent = √3 × V × I × cos φ
y la potencia en el eje es P_sal = η × P_ent. Compruebe que la placa sea coherente: η × √3 × V × I × cos φ debería salir cerca de la potencia nominal.
Servicio, aislamiento, protección, carcasa y factor de servicio
- El tipo de servicio S1 significa funcionamiento continuo a carga nominal hasta el equilibrio térmico. S2 es servicio de corta duración y S3 es servicio intermitente con un ciclo de trabajo dado, como S3 40 %. Un motor que no esté marcado S1 puede sobrecalentarse si funciona de forma continua.
- La clase de aislamiento es la temperatura máxima del devanado que tolera el aislamiento: la clase B es 130 °C, la clase F es 155 °C y la clase H es 180 °C. La mayoría de los motores modernos son de clase F con un calentamiento limitado al de la clase B, lo que deja una reserva térmica.
- El código IP, como IP55, es la protección de la envolvente. La primera cifra es la protección contra el polvo (5 significa protegido contra el polvo) y la segunda la protección contra el agua (5 significa chorros de agua, 4 salpicaduras, 6 chorros potentes).
- El factor de servicio (SF) es la sobrecarga continua que puede admitir el motor. SF 1,15 significa que el motor puede llevar hasta el 115 % de la potencia nominal de forma continua en las condiciones indicadas (alimentación, temperatura ambiente), con una reserva térmica menor. La mayoría de los motores IEC no indican factor de servicio, lo que significa 1,0.
- El tamaño de carcasa, como IEC 112M, da la altura del eje en mm (112 mm) y la longitud de la huella (S, M o L). Determina las dimensiones de montaje, así que un motor de repuesto de la misma carcasa se atornilla en el mismo lugar.
Ejemplo resuelto
Placa: 4 kW, 400 V (estrella), 8,2 A, 50 Hz, 1440 rpm, cos φ 0,82, rendimiento 86,6 %.
1. Polos: la velocidad síncrona justo por encima de 1440 rpm es 1500 rpm, así que p = 120 × 50 / 1500 = 4 polos. 2. Deslizamiento: s = (1500 − 1440) / 1500 = 4 %. 3. Potencia de entrada: P_ent = √3 × 400 × 8,2 × 0,82 ≈ 4,66 kW. La potencia en el eje es 0,866 × 4,66 ≈ 4,0 kW, que concuerda con la placa. 4. Pérdidas: 4,66 − 4,00 ≈ 0,66 kW, liberados en forma de calor. 5. Par nominal: T = 9550 × P / n = 9550 × 4 / 1440 ≈ 26,5 N·m.
La constante 9550 sale de T = P / ω con ω = 2π × n / 60, lo que da 60 000 / (2π) ≈ 9549 cuando P está en kW. En los catálogos el par máximo y el de arranque se dan como múltiplos de este par nominal.
Pruébelo en los simuladores del motor de inducción
En el simulador del motor de inducción trifásico, los seis campos de placa Potencia nominal, Tensión nominal, Corriente nominal, Frecuencia nominal, Velocidad nominal y Recuento de polos son editables. Por defecto valen 4 kW, 400 V, 8,2 A, 50 Hz, 1440 rpm y 4 polos. El motor 3D lleva una placa que muestra los valores de potencia, tensión, corriente, frecuencia y velocidad.
- Cambie el Recuento de polos a 2, 6 y 8 y observe la lectura Velocidad sincrónica: 3000, 1000 y 750 rpm. Ajuste la Velocidad nominal a cada número de polos (por ejemplo 2850, 960 y 720 rpm), porque la velocidad nominal debe quedar por debajo de la velocidad síncrona.
- Con la Velocidad nominal predeterminada de 1440 rpm, ponga la Carga mecánica en 100 % y lea el deslizamiento, el Rendimiento y el Factor de potencia. Compárelos con su cálculo a mano. El simulador estima el rendimiento y el factor de potencia a partir de su modelo, así que no coincidirán exactamente con el ejemplo anterior.
- Con carga del 100 %, compare la lectura Par del motor con 9550 × P / n, usando la Potencia de salida (en kW) y la Velocidad del rotor que muestra el simulador.
El simulador del motor de inducción monofásico usa un motor predeterminado de 0,75 kW, 230 V, 5,2 A, 1400 rpm y cuatro polos. Su placa da 750 W en el eje a partir de 230 × 5,2 = 1196 VA, así que el rendimiento × factor de potencia puede ser como máximo 0,63.
Pruébalo en el simulador
Preguntas frecuentes
- ¿Cómo se halla el número de polos en una placa de características?
- Compare la velocidad nominal con las velocidades síncronas estándar de la frecuencia. A 50 Hz son 3000, 1500, 1000 y 750 rpm para 2, 4, 6 y 8 polos. Una velocidad de placa de 1440 rpm está justo por debajo de 1500, así que el motor tiene 4 polos.
- ¿La potencia de la placa es la de entrada o la de salida?
- Es la potencia de salida (en el eje). La potencia eléctrica de entrada es mayor en las pérdidas, P_ent = P_sal / η.
- ¿Cómo se convierten kW a HP en un motor?
- 1 kW son unos 1,34 HP y 1 HP son unos 746 W (el HP mecánico es 745,7 W). Un motor de 4 kW son unos 5,4 HP.
- ¿Qué significa la fórmula del par T = 9550 × P / n?
- Es T = P / ω en unidades prácticas: par en N·m, potencia P en kW y velocidad n en rpm. La constante es 60 000 / (2π) ≈ 9549.
- ¿Qué significa IP55?
- La primera cifra, 5, significa que el motor está protegido contra depósitos nocivos de polvo, y la segunda, 5, que está protegido contra chorros de agua desde cualquier dirección. IP55 es el grado habitual de los motores industriales.
- ¿Puedo hacer funcionar un motor por encima de su potencia nominal?
- Brevemente sí, si el factor de servicio lo permite, pero el funcionamiento continuo por encima de la carga nominal eleva la temperatura del devanado y acorta la vida del aislamiento. Como regla práctica, la vida del aislamiento se reduce aproximadamente a la mitad por cada 10 °C de temperatura adicional.