Instalación eléctrica en instalaciones de compresores

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Para dimensionar e instalar un compresor hay que saber cómo influyen unos componentes en otros y conocer los reglamentos y las disposiciones aplicables. A continuación hay un resumen de los parámetros que se deben considerar para obtener una instalación de compresores que funcione satisfactoriamente en relación con el sistema eléctrico.

¿Qué tipos de motores se utilizan en las instalaciones de compresores?

Por lo general, para las operaciones de los compresores se utilizan motores de inducción trifásicos de jaula de ardilla. Los motores de bajo voltaje se utilizan generalmente hasta 450 - 500 kW, mientras que, para mayor potencia, la mejor opción son los motores de alto voltaje.

La clase de protección del motor está regulada por normas. El diseño resistente al polvo y a los chorros de agua (IP55) se prefiere a los motores abiertos (IP23), que pueden requerir el desmontaje y la limpieza periódicos. En otros casos, los depósitos de polvo en la máquina acabarán por provocar el sobrecalentamiento, lo que a su vez reduce la vida de servicio. Como la carrocería del paquete del compresor proporciona una primera línea de protección contra el polvo y el agua, también se puede utilizar una clase de protección inferior de IP55.

El motor, generalmente refrigerado por ventilador, se selecciona para funcionar a una temperatura ambiente máxima de 40 °C y a una altitud de hasta 1000 m. Algunos fabricantes ofrecen motores estándar con una capacidad de temperatura ambiente máxima de 46 °C. A temperaturas más altas o a una mayor altitud, se debe reducir la salida. El motor suele estar embridado y conectado directamente al compresor. Aunque la velocidad se adapta al tipo de compresor, en la práctica, solo se usan con motores de 2 o 4 polos con velocidades respectivas de 3000 rpm y 1500 rpm.

Electricidad, una toma de alimentación

La potencia nominal del motor también viene determinada por el compresor, y debe ser lo más cercana posible a los requisitos del compresor. Un motor que está sobredimensionado es más caro, requiere una corriente de arranque innecesariamente alta, necesita fusibles más grandes, tiene un factor de potencia bajo y ofrece una eficiencia algo inferior. Un motor que es demasiado pequeño para la instalación en la que se utiliza se sobrecarga pronto y, en consecuencia, corre el riesgo de averiarse.

El método de arranque también se debe incluir como un parámetro al seleccionar un motor. El motor solo se arranca con un tercio de su par de arranque normal para un arranque en estrella/triángulo. Por lo tanto, una comparación de las curvas de par del motor y del compresor puede ser útil para garantizar el arranque adecuado del compresor.

Los tres métodos diferentes de arranque del motor

Los métodos de arranque más comunes son el arranque directo, el arranque en estrella/triángulo y el arranque suave. El arranque directo es sencillo y solo se necesita un contactor y protección contra sobrecarga. El inconveniente que presenta es su alta corriente de arranque, que es de 6 a 10 veces la corriente nominal del motor, y su par de arranque elevado, que puede, por ejemplo, dañar los ejes y acoplamientos. El arranque en estrella/triángulo se utiliza para limitar la corriente de arranque. El arrancador se compone de tres contactores, protección contra sobrecarga y un temporizador. El motor se arranca con la conexión en estrella y, después de un tiempo establecido (cuando la velocidad ha alcanzado el 90 % del régimen nominal), el temporizador cambia los contactores de forma que el motor está conectado en triángulo, que es el modo de funcionamiento.

El arranque en estrella/triángulo reduce la corriente de arranque a aproximadamente 1/3 en comparación con el arranque directo. Sin embargo, al mismo tiempo, el par de arranque también se reduce a 1/3. El par de arranque relativamente bajo significa que la carga del motor debe ser baja durante la fase de arranque, de forma que el motor prácticamente alcanza su velocidad nominal antes de cambiar a la conexión en triángulo. Si la velocidad es demasiado baja, se generará un pico de corriente/par tan grande como con un arranque directo cuando se conmuta a la conexión en triángulo.

El arranque suave (o arranque gradual), que puede ser una alternativa al método de arranque en estrella/triángulo, es un arrancador compuesto por semiconductores (interruptores de alimentación de tipo IGBT) en lugar de contactores mecánicos. El arranque es gradual y la corriente de arranque está limitada a aproximadamente tres veces la corriente nominal.

Los arrancadores de arranque directo y arranque en estrella/triángulo están, en la mayoría de los casos, integrados en el compresor. Para una gran planta compresora, las unidades se pueden colocar por separado en el equipo de control, debido a los requisitos de espacio, la generación de calor y el acceso para mantenimiento. Un arrancador de arranque suave se suele colocar por separado, junto al compresor, debido a la radiación térmica, pero puede estar integrado dentro del paquete de compresor, siempre que el sistema de refrigeración se haya asegurado correctamente. Los compresores de alto voltaje siempre tienen su equipo de arranque en un armario eléctrico separado.

Tensión de mando

tensión de mando de una instalación de compresores

No se suele conectar al compresor ningún voltaje de control independiente, ya que la mayoría de los compresores están equipados con un transformador de control integral. El lado primario del transformador se conecta al suministro eléctrico del compresor, ya que esta disposición ofrece un funcionamiento más fiable. En el caso de que haya perturbaciones en el suministro eléctrico, el compresor se detiene inmediatamente y se impide el rearranque. Esta función, con un voltaje de control alimentado internamente, se debe utilizar en situaciones en las que el arrancador se encuentra a una distancia del compresor.

Protección contra cortocircuito

La protección contra cortocircuito, que se coloca en uno de los puntos de partida de los cables, puede incluir fusibles o un disyuntor. Independientemente de la solución que elija, si es la correcta para el sistema, proporcionará el nivel adecuado de protección. Ambos métodos presentan ventajas y desventajas. Los fusibles son fiables y funcionan mejor que un disyuntor para grandes corrientes de cortocircuito, pero no crean una interrupción completamente aislante y tienen largos tiempos de disparo para pequeñas corrientes de fallo. Un disyuntor crea una interrupción rápida y completamente aislante, incluso para las pequeñas corrientes de fallo, pero exige más trabajo que los fusibles durante la etapa de planificación. El dimensionamiento de la protección contra cortocircuito se basa en la carga de trabajo prevista, pero también en las limitaciones de la unidad de arranque.

Para obtener más información sobre la protección contra cortocircuito del arrancador, consulte la norma 60947-4-1 Tipo 1 y Tipo 2 de la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional). La selección de Tipo 1 o Tipo 2 se basa en cómo afectará un cortocircuito al arrancador.

Tipo 1: "… en condiciones de cortocircuito, el contactor o arrancador no deberá causar ningún peligro a personas o instalaciones y puede no ser adecuado para el servicio adicional sin reparación y sustitución de piezas".

Tipo 2: "… en condiciones de cortocircuito, el contactor o arrancador no deberá causar ningún peligro a personas o instalaciones y debe ser adecuado para su uso posterior. Se reconoce el riesgo de la soldadura ligera de los contactores, en cuyo caso el fabricante debe indicar las medidas de mantenimiento…"

Cables

De acuerdo con las disposiciones de la norma, los cables deberán "estar dimensionados de manera que durante las operaciones normales no experimenten temperaturas excesivas y no resulten dañados mecánica o térmicamente por un cortocircuito eléctrico". El dimensionamiento y la selección de cables se basan en la carga, la caída de tensión permitida, el método de trazado (en un bastidor, paredes, etc.) y la temperatura ambiente. Se pueden utilizar fusibles, por ejemplo, para proteger los cables, así como para la protección frente a cortocircuito y sobrecarga. Para las operaciones del motor se utiliza la protección contra cortocircuito (por ejemplo, fusibles), así como la protección frente a sobrecarga independiente (normalmente, la protección del motor incluida en el arrancador).

La protección frente a sobrecarga protege el motor y sus cables disparándose e interrumpiendo el arrancador cuando la corriente de carga supera un valor preestablecido. La protección contra cortocircuito protege el arrancador, la protección frente a sobrecarga y los cables. Las dimensiones del cable, teniendo en cuenta la carga, se establecen en IEC 60364-5-52. Se debe tener en cuenta un parámetro adicional a la hora de dimensionar los cables y la protección contra cortocircuito: la "condición de disparo". Esta condición significa que la instalación debe diseñarse de tal forma que un cortocircuito en cualquier parte de la instalación produzca una interrupción rápida y segura. El cumplimiento de la condición se determina, entre otras cosas, por la protección contra cortocircuito y por la longitud y la sección transversal del cable.

Compensación de fase para transformadores muy cargados

El motor eléctrico no solo consume potencia activa, que se puede convertir en trabajo mecánico, sino también potencia reactiva, que es necesaria para la magnetización del motor. La potencia reactiva carga los cables y el transformador. La relación entre la potencia activa y la reactiva está determinada por el factor de potencia, cos φ. Generalmente tiene valores de entre 0,7 y 0,9, donde el valor más pequeño se refiere a motores pequeños.

El factor de potencia puede elevarse a casi 1 al generar potencia reactiva directamente en la máquina utilizando un condensador. Esto reduce la necesidad de extraer potencia reactiva de la red eléctrica. La razón de la compensación de fase es que el suministrador de energía puede cobrar por extraer potencia reactiva por encima de un nivel predeterminado, y que los transformadores y cables muy cargados necesitan descargarse.

A continuación, obtenga más información acerca del proceso de instalación de un sistema de compresores.

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