Motor de bomba de frío que dispara el térmico
En una planta de conservación de fruta en Calahorra, una bomba centrífuga de agua glicolada accionada por un motor trifásico de 15 kW, 400 V, 50 Hz, cos φ = 0,85 y rendimiento 0,91, arranca directamente con un contactor y un relé térmico regulado a 24 A. Desde la puesta en marcha, el térmico dispara de forma aleatoria al cabo de 10–20 minutos, sobre todo en las horas de mayor temperatura ambiente. La intensidad medida con pinza es de 28 A por fase en régimen estable, con un desequilibrio del 2 %. El cable de alimentación es de 4 mm² de cobre, tendido en bandeja perforada, con 35 m de longitud; la caída de tensión medida es del 2,8 %. El armario está a 42 °C y el relé es de clase 10. El operario propone subir el térmico a 32 A y «seguir trabajando». Se pide calcular la intensidad nominal, diagnosticar y proponer una solución justificada, sin aumentar indiscriminadamente la protección.
1. Calcula la intensidad nominal del motor y compárala con la medida. ¿Es correcto el ajuste de 24 A? Razona la respuesta.
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La intensidad nominal a plena carga es:
In = P/(√3 × U × cos φ × η) = 15.000/(√3 × 400 × 0,85 × 0,91) = 28,0 A.
La intensidad medida, 28 A, coincide con la nominal; por tanto, el motor no está claramente sobrecargado en régimen estable. El relé está ajustado a 24 A, un valor inferior a In, por lo que disparará incluso con carga normal, especialmente si el relé está en un armario a 42 °C y no tiene compensación térmica. El ajuste correcto debe partir de In y del factor de servicio del motor: típicamente 1,0–1,1 In, es decir, 28–31 A, corregido según la temperatura ambiente y el fabricante. Subir a 32 A puede eliminar el disparo, pero antes hay que verificar que el cable y el contacto soportan ese ajuste y que no se está ocultando una sobrecarga real.
2. Diagnostica las causas probables del disparo y evalúa la propuesta de subir el térmico a 32 A. ¿Qué comprobaciones y cambios recomiendas?
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Causas probables: relé ajustado por debajo de In; alta temperatura del armario que desplaza el disparo; desequilibrio de fases del 2 %, que aumenta las pérdidas y la corriente en una fase; punto de funcionamiento de la bomba; y cable de 4 mm² posiblemente marginal. En PVC en bandeja perforada, 3 conductores cargados y 42 °C, la ampacidad corregida puede quedar en torno a 27–29 A, inferior o muy próxima a los 28 A medidos; habría que confirmar la tabla y el tipo de aislamiento.
Subir a 32 A supone 1,14 In. No es una solución aceptable por sí sola: puede permitir que el motor o el cable trabajen por encima de su límite. Recomiendo medir tensiones y corrientes de las tres fases, comprobar el aislamiento del motor, la alineación y el caudal, revisar el apriete de bornas y la ventilación del armario. Ajustaría el relé a In o al valor corregido por temperatura, y si el cable de 4 mm² no cumple, lo sustituiría por 6 mm². Si los arranques son frecuentes, estudiaría arranque suave o variador.
3. Si se decide instalar un variador de frecuencia para regular el caudal, explica dos precauciones de diseño y cómo afectaría al relé térmico y al par a baja velocidad.
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Dos precauciones: usar cable apantallado al motor con pantalla conectada a tierra en ambos extremos y separado de cables de señal; y limitar la longitud del cable o instalar filtro de salida/dv/dt si es larga, para reducir sobretensiones y corrientes de modo común. También hay que fijar una frecuencia de conmutación compatible con el motor y evitar resonancias.
El relé térmico clásico no es la mejor protección en la salida del variador: la corriente es pulsante y el relé puede calentar de forma errónea. Usaría la protección electrónica del propio variador o sondas PTC del motor. A baja velocidad, la refrigeración propia del motor disminuye; si se requiere par constante, hay que sobredimensionar o usar motor con ventilación forzada. En una bomba centrífuga, el par es variable con el cuadrado de la velocidad y la potencia cae aproximadamente con el cubo, pero hay que respetar un caudal mínimo y no trabajar a frecuencias que comprometan la lubricación o el sellado.