CREANDO INGENIOS
ISSN: 3028-8924
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Módulo de Entrenamiento para el Arranque de un Motor Trifásico
Training module for starting a three-phase motor
Miguel Criollo 1; Mayela Fernández 2
1,2 Instituto Tecnológico Universitario ISMAC-Carrera de Electromecánica, 170184, Quito, Ecuador
Fecha de recepción: agosto 2023 Fecha de aprobación: octubre 2023
RESUMEN
El motor trifásico es un dispositivo esencial
en la conversión de energía eléctrica a
mecánica, fundamental para el
funcionamiento de maquinaria tanto en
entornos industriales como domésticos. Este
fenómeno se logra mediante la acción de
campos magnéticos generados en bobinas
desfasadas 120 grados eléctricos, al aplicar
una corriente AC o DC. Existen diversos
tipos de motores eléctricos adaptados a
distintas aplicaciones, siendo el más común
el motor de jaula de ardilla, reconocido por
su facilidad de instalación, bajo
mantenimiento y alto torque. Sin embargo,
su inconveniente principal radica en su
elevada corriente de arranque, alcanzando
hasta siete u ocho veces su valor nominal.
Para superar esta dificultad, se emplean
sistemas de arranque especializados como el
estrella triángulo, arranque por resistencias,
autotransformadores y arrancadores
electrónicos. Este estudio se centra en el
arranque de un motor trifásico utilizando el
método estrella triángulo mediante
contactores electromecánicos y un
temporizador. Además, se realizarán
prácticas de arranque directo e inversión de
giro para demostrar los cambios en corriente
y voltaje generados en cada proceso.
Palabras claves: Motor, trifásico, arranque.
ABSTRACT
The three-phase motor is an essential device
in the conversion of electrical energy to
mechanics, essential for the operation of
machinery in both industrial and domestic
environments. This phenomenon is achieved
by the action of magnetic fields generated in
outdated coils 120 degrees electric, by
applying a current AC or DC. There are
several types of electric motors adapted to
different applications, the most common
being the squirrel cage motor, recognized for
its ease of installation, low maintenance and
high torque. However, its main drawback
lies in its high starting current, reaching up
to seven or eight times its nominal value. To
overcome this difficulty, specialized starting
systems such as the triangle star, starter by
resistors, autotransformers and electronic
starters are used. This study focuses on
starting a three-phase motor using the star
triangle method using electromechanical
contactors and a timer. In addition, direct
start-up and reverse turn practices will be
performed to demonstrate the changes in
current and voltage generated in each
process.
Keywords: Motor, three-phase, starting.
1 Tecnólogo en Electromecánica, m.criollo@tecnologicoismac.edu.ec
2 Ingeniero Electrónico, mfernandez@tecnologicoismac.edu.ec
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1. INTRODUCCIÓN
La falta de adecuación de los módulos de práctica disponibles en el mercado a las
necesidades reales de la industria eléctrica ecuatoriana representa un obstáculo
significativo para la formación efectiva de los estudiantes en el campo. A pesar de la
diversidad de modelos y materiales disponibles, persisten problemas como la
incompatibilidad con los tableros existentes y la falta de integración entre controladores
programables y motores eléctricos.
La necesidad de un enfoque más realista y didáctico para el aprendizaje del arranque
de motores trifásicos mediante PLC motiva la iniciativa de desarrollar un nuevo “Módulo
de Entrenamiento para Arranque de un Motor Trifásico”.
Esta solución, diseñada para reflejar las condiciones industriales reales mientras ofrece
facilidades de movilidad y manejo, busca llenar el vacío existente en la oferta educativa
y proporcionar a los estudiantes las herramientas necesarias para su desarrollo profesional
en el campo de la electricidad industrial.
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Motor eléctrico trifásico
Es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por
medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son
reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como
generadores. Funcionan a través de una fuente de potencia trifásica. Son impulsados por
tres corrientes alternas de la misma frecuencia, los cuales alcanzan sus valores máximos
de forma alternada. Poseen una potencia de hasta 300KW y velocidades entre 900 y 3600
RPM.
Para transmitirse se utilizan líneas de 3 conductores, pero para utilización a final se
utilizan líneas de 4 hilos, que son las 3 fases y el neutro. La energía eléctrica trifásica es
el método más común utilizado por las redes eléctricas en todo el mundo debido a que
transfieren más potencia y es muy usado en el sector industrial.
Figura 1. Motor AC trifásico
2.1.1 Descripción
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El motor eléctrico trifásico es una máquina rotativa, es capaz de convertir la energía
eléctrica en energía mecánica. La Energía origina campos magnéticos rotativos en el
bobinado del estator y esto a su vez provoca que el arranque de los motores no necesite
circuito auxiliar, estos motores son más pequeños que los de inducción monofásica de la
misma potencia.
Los motores trifásicos se fabrican en diferentes potencias, para todas la tenciones y
frecuencias (50 y 60 Hz), normalmente están equipados para trabajar a dos tenciones
nominales de distinto valor.
2.1.2 Partes de un motor Trifásico
Como todas las máquinas eléctricas, un motor eléctrico está constituido por un circuito
magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija (estator) y otro en la parte móvil
(rotor). El circuito magnético de los motores eléctricos de corriente alterna está formado
por chapas magnéticas apiladas y aisladas entre sí para eliminar el magnetismo
remanente.
El circuito magnético está formado por capas apiladas en forma de cilindros en el rotor
y en forma de anillo en el estator. El cilindro se introduce en el interior del anillo y para
que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entre hierro constante.
El anillo se dota de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se
envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa. El cilindro
se adosa al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado
inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran sección
soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en
cortocircuito) similar a una jaula de ardilla, de ahí que reciban el nombre de rotor de jaula
de ardilla. El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos, el eje se
saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para
refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa
de bornes. (Taller de práctica profesionalizante II, 2021)
Figura 2. Partes de un motor trifásico
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2.2 Generalidades del control de arranque en motores
En lo referente a control de motores tanto en el arranque como en la inversión de giro,
debemos tener en cuenta siempre la potencia, velocidad, corriente, etc., de las cuales
depende el correcto funcionamiento y la vida útil del motor. Controlar un motor es un
proceso que implica manipular los parámetros del mismo, para esto se utiliza diversas
conexiones en sus terminales, entre las aplicaciones industriales se pueden mencionar
algunos ejemplos tales como: mover bandas de transporte, actuadores que necesiten
invertir sentido de rotación, molinos, pulidoras, embotelladoras entre otras, estos casos
son las más comunes en donde se utiliza el control.
2.3 Protecciones
Para proteger la vida útil de un motor trifásico tanto en el arranque como en el trabajo
a plena carga debemos usar un conjunto de protecciones redundantes de acuerdo al tipo
de trabajo que este motor realiza, pueden estar formadas por: fusibles, disyuntores
térmicos, relés térmicos o cualquier otro elemento de protección eléctrica que pueda
censar valores de corriente, voltaje y frecuencia como los IED’s.
2.3.1 Fusible
Son dispositivos de seguridad para circuitos eléctricos que ofrecen un punto vulnerable
que colapsa ante el aumento de tención o intensidad de la corriente circulante, para
proteger el circuito y los equipos que lo integren. Están conformados por un soporte y un
filamento o lámina de metal, capaces de fundirse ante una subida de tensión o
cortocircuito, discontinuando el circuito, lo que evita riesgos de incendio o destrucción
de los equipos
Figura 3. Fusible NH000
2.3.2 Disyuntor o termo magnético
Es un mecanismo que junta dos placas bimetálicas para la conducción de la corriente,
existen de diferentes amperajes de acuerdo a la carga instalada.
Los disyuntores combinan varios de los sistemas de protección en un mismo equipo.
Tienen tres sistemas de desconexión: manual, térmico y magnético. Cada uno puede
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actuar en forma independiente, las curvas de disparo están superpuesta tanto la magnética
como la térmica.
Figura 4. Termo magnético tripolar camsco C60k-63
2.3.3 Contactor
Es un dispositivo Electromecánico de apertura y cierre eléctrico que se activa mediante
una energía no manual su accionamiento puede ser de tipo mecánico, neumático etc. Se
instala de acuerdo a la carga requerida y voltajes existentes.
Elementos que conforman:
Contactos principales:1-2,3-4,5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de
fuerza o potencia. Los contactos auxiliares: 13-14 (NO), se emplean en el circuito de
mando o maniobras, por este motivo soportaran menos intensidad que los principales.
Circuito electromagnético consta de tres partes: el núcleo, bobina y armadura.
Figura 5. Contactor electromecánico C1-D0910
2.3.4 Temporizador
Es un dispositivo con el que podemos controlar la conexión o desconexión de un
sistema eléctrico después de un tiempo programado. El elemento principal es un contador
binario interno, que es el encargado de medir los pulsos suministrados.
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2.3.5 Pulsador
Figura 6. Temporizador marca Camsco AH3
Elemento que permite el paso o interrupción de la corriente de control mientras es
accionado, cuando ya no se actúa sobre él, vuelve a su posición de reposo. Pueden ser de
contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente abierto NA.
Los pulsadores van de acuerdo a la corriente que vaya a pasar por cada uno de ellos puesto
que están diseñados para soportar una cantidad específica de la misma.
2.3.6 Luz piloto Figura 7. Pulsador ON/OF marca Camsco
Luz piloto no es más que un indicador de existencia de corriente en algún punto
específico del tablero, sirve a su vez para indicar cuando se ha accionado un pulsador o
interruptor.
Figura 8. Luz piloto
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2.3.7 Selector
Elemento que permite el paso o interrupción de la corriente de control o fuerza al ser
accionado, debiendo ser regresado a su posición original en forma manual, puede ser de
contactos normalmente cerrados en reposo NC, o de contactos normalmente abiertos NA.
Los selectores se instalan de acuerdo a la corriente que vaya a pasar por cada uno de ellos
puesto que están diseñados para soportar una corriente máxima.
Figura 9. Selector de dos posiciones CHINT BE101
2.3.8 Alarma sonora
Es un elemento eléctrico que puede tener varios modelos de acuerdo a la necesidad o
el diseño y diferentes voltajes de entrada y el tipo de accionamiento, evidencia una
emergencia, una falla del sistema o un peligro existente en el lugar de trabajo.
Figura 10. Alarma sonora ad22-22sm
2.3.9 Voltímetro tipo panel AC
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre
dos puntos de un circuito eléctrico. (Wikipedia, 2021)
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Figura 11. Voltímetro tipo panel AC CP-72
2.3.10 Amperímetro tipo panel AC
El amperímetro es un instrumento de medición compuesto por un galvanómetro y una
serie de resistencias conectadas en paralelo, y lo que mide es la corriente eléctrica que
pasa por un circuito. La medición del amperímetro se indica como Amperes (A). (Como
Funciona, 2021)
Figura 12. Amperímetro tipo panel AC CP-72
3. METODOLOGÍA
El presente estudio se enfoca en la aplicación de elementos de control para operar
dispositivos eléctricos y realizar procesos automáticos, lo que requiere un enfoque
práctico y cuantitativo para garantizar la eficacia y eficiencia en el control de los sistemas.
Se opta por una investigación experimental para manipular variables y entender mejor
los mecanismos subyacentes en el control industrial.
Además, se emplea una técnica de revisión bibliográfica documental para respaldar
teóricamente el estudio y se utiliza un instrumento de investigación para recopilar datos
empíricos relevantes. Esta metodología integral asegura un enfoque riguroso y
sistemático para abordar los desafíos en el control industrial y contribuir al avance en este
campo crucial.
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4. RESULTADOS
4.1 Sistema Estructural
Figura 13. Plano estructura de soporte
Para la construcción del sistema estructural del “Modulo de entrenamiento para el
arranque de un motor trifásico” se escogió fabricar la estructura en tubo cuadrado de 30
milímetros de diámetro por 1.2 milímetros de espesor en acero inoxidable código 304.
Figura 14. Estructura metálica en acero inoxidable
Esta estructura metálica esta soportada por cuatro garruchas de fabricación mixta en
acero galvanizado y teflón, de 70 milímetros de alto con un sistema de auto frenado
empotradas a la estructura con pernos y tuercas en acero galvanizado.
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Figura 15. Garrucha Mixta
La construcción del sistema estructural se llevó a cabo en las instalaciones de
TALLERES MAC ubicadas al norte de la ciudad de Quito en el barrio Bicentenario.
4.2 Construcción y armado del sistema eléctrico
Para la construcción y montaje del sistema eléctrico, se seleccionaron varios materiales
conforme al diseño previamente elaborado y aprobado, cumpliendo con todas las
normativas de seguridad industrial requeridas para este tipo de proyectos.
Figura 16. Auxilio Eléctrico
En el armado, pruebas y puesta en marcha se usó varias herramientas, entre las más
destacadas tenemos:
Alicate de electricista aislado
Pinza de electricista aislado
Crimpadora aislada para terminales
Navaja de electricista
Multímetro digital
Atornillador inalámbrico
Pinza Amperimétrica 200A
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Desarmadores punta estrella y plano aislados
Gafas de seguridad con filtro UV
Guantes de cuero para electricista
El módulo consta de tres tableros, dos de ellos de fuerza en color naranja y uno de
control en color crema, se procede con el armado final del módulo realizando las
perforaciones de 25 milímetros para todo el sistema de señalización, mandos y control.
Figura 17. Apertura de perforaciones a 25 milímetros con ayuda del taladro de mano y broca tipo cono
Figura 18. Tablero de control con todas sus perforaciones terminadas
Seguidamente se realiza el armado del módulo, con el montaje de los tableros al sistema
de soporte. Para ello se realiza perforaciones con ayuda del taladro y una broca de 1/8 de
pulgada (los pernos auto perforantes no pudieron entrar directamente en el acero
inoxidable) para luego usar pernos auto perforantes.
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Figura 19. Instalación de pernos auto perforantes
Figura 20. Tablero de control y fuerza empotradas en soporte de acero inoxidable
Luego de terminar el anclaje de los tableros de control y fuerza proseguimos con la
instalación de la RIEL DIN y las canaletas, este anclaje de igual manera se lo realizó con
tornillos auto perforantes, pero de cabeza ancha.
Figura 21. Tablero metálico terminado
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Se procedió con el montaje de todos los elementos eléctricos de señalización, control
y fuerza contactores, luz piloto, temporizador, etc. Con ayuda de herramientas y
conocimientos adquiridos previamente y bajo las indicaciones de los tutores.
Figura 22. Modulo con tablero de control terminado
4.3 Arranque de motor en estrella triángulo
Los arranques de estrella-triángulo se componen normalmente de tres contactores, un
relé de sobrecarga y un temporizador.
Únicamente puede utilizarse este método en motores que permitan acceder a los seis
bornes de extremo de los bobinados y que al estar en régimen trabajen conectados en
trángulo.
Básicamente un arranque estrella-triángulo consiste en que durante la primera etapa de
aceleración el motor se conecta en estrella tomando una corriente reducida, y luego de un
tiempo preestablecido se hace la conmutación a triángulo, donde el motor absorbe toda la
corriente de la red y el torque es máximo.
4.4 Prácticas en el módulo de entrenamiento
En este capítulo aplicaremos los conocimientos adquiridos previamente sobre control
y automatización de un motor trifásico de 6 terminales. Las prácticas que se podrán
realizar en el módulo de entrenamiento para el arranque de un motor trifásico son las
siguientes:
1. Arranque directo de un motor trifásico
2. Arranque directo e Inversión de giro manual de un motor trifásico
3. Arranque directo e Inversión de giro automático de un motor trifásico
4. Arranque estrella triángulo manual de un motor trifásico
5. Arranque estrella triángulo automático de un motor trifásico
6. Arranque estrella triángulo automático con inversión de giro manual de un motor
trifásico
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Estas prácticas ayudaran al estudiante a mejorar su comprensión sobre el correcto uso
del elemento eléctrico de control, fuerza, automatismos, equipos de medición y motores,
logrando así un mejor desempeño del estudiante en su vida profesional futura.
5. DISCUSIÓN
El análisis del costo-beneficio del sistema estrella-triángulo revela que, aunque ofrece
ventajas técnicas y económicas considerables en instalaciones de motores trifásicos para
empresas de alto rendimiento productivo a mediano y largo plazo, su implementación
puede no ser tan factible para microempresas con una producción más limitada.
Desde un punto de vista técnico, el sistema estrella-triángulo ofrece beneficios
significativos. Por ejemplo, reduce el consumo de energía durante el arranque del motor,
lo que disminuye el estrés mecánico y eléctrico en el equipo, prolongando así su vida útil.
Además, al minimizar los picos de corriente durante el arranque, se puede mejorar la
estabilidad del sistema eléctrico, lo que podría reducir costos de mantenimiento
adicionales a largo plazo.
En términos económicos, para empresas con un alto rendimiento productivo, los
ahorros en consumo de energía y mantenimiento pueden superar el costo inicial de
implementar el sistema estrella-triángulo. Sin embargo, para microempresas con una
producción más modesta, el costo inicial puede ser prohibitivo en comparación con los
beneficios potenciales a largo plazo.
Es crucial considerar que la viabilidad de la inversión en un sistema estrella-triángulo
varía según las necesidades y capacidades financieras de cada empresa. Mientras que,
para algunas empresas grandes, la inversión puede ser justificada por los ahorros y
beneficios técnicos, para las microempresas podría resultar más sensato buscar
alternativas más económicas y adecuadas a sus necesidades específicas.
6. CONCLUSIONES
Las conclusiones derivadas del análisis del costo del diseño, materiales, mano de obra
e implementación de un sistema de arranque de un motor trifásico en estrella-triángulo
destacan la mínima inversión inicial en comparación con los beneficios a largo plazo.
Este enfoque minimiza el consumo eléctrico al evitar picos de corriente elevados durante
el arranque, lo que resulta en ahorros significativos en costos de energía.
La mayor fortaleza identificada en el diseño y puesta en marcha del proyecto radica en
la capacidad para abordar diversos requisitos y necesidades específicas. Esto se logra
mediante la utilización de materiales y tecnología de vanguardia, en conformidad con las
normas técnicas establecidas. Esta flexibilidad y adaptabilidad permiten optimizar el
rendimiento del sistema y garantizar su cumplimiento con los estándares de seguridad y
eficiencia requeridos.
La implementación de un sistema de arranque en estrella-triángulo para motores
trifásicos representa una inversión mínima en comparación con los beneficios técnicos y
económicos a largo plazo. La capacidad para satisfacer diferentes requerimientos y
normativas mediante el uso de tecnología avanzada constituye una fortaleza fundamental
del proyecto, asegurando su eficacia y fiabilidad en diversas aplicaciones industriales.
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ntas%20abrasivas%2C%20ya,a%20partir%20de%20materiales%20abrasivos.:
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CREANDO INGENIOS
ISSN: 3028-8924
Correo: editor.revista@tecnologicoismac.edu.ec
URL: https://ismaconline.net/investigacion/index.php/CreaIngenio_2021/index
Volumen 3, Número 2 / Julio – Diciembre 2023 pp. 24-40
40
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