Selección de motor eléctrico paso a paso: de dos datos de la máquina al pedido

Una fábrica de piensos va a instalar una mezcladora horizontal nueva. La ficha del fabricante de la máquina tiene solo dos líneas: el eje gira a 45 rpm y, con la cuba llena, necesita unos 1600 Nm. El jefe de mantenimiento no tiene ni potencia, ni velocidad de motor, ni forma de montaje. Esta guía parte de esas dos líneas y sigue cada decisión hasta la descripción completa del motor que se escribe en el pedido, mostrando cómo cada elección condiciona la siguiente.

El ejemplo es una mezcladora, pero la lógica sirve igual para una cinta, una bomba o un ventilador: primero lo que pide la máquina, luego la velocidad y la potencia con que un motor puede darlo, después el encaje eléctrico y mecánico y, al final, el ambiente y la documentación.

Lo que pide la máquina: velocidad, par y tipo de carga

La primera pregunta no es «¿cuántos kW?», sino «¿qué par necesita la máquina y a qué velocidad?». La potencia sale de ambos datos: P (kW) ≈ M (Nm) × n (rpm) / 9550. Para la mezcladora, 1600 × 45 / 9550 ≈ 7,5 kW. Es la potencia que absorbe el eje de la mezcladora, no todavía la que debe dar el motor.

En este paso también se anota el tipo de carga. Una mezcladora es una carga de par constante: su par apenas baja cuando baja la velocidad y, tras un corte de luz, puede tener que arrancar con la cuba llena. Ambos datos pesarán en el margen de potencia y en el método de arranque. Para bombas, ventiladores y cintas, el artículo sobre cálculo de la potencia del motor explica con ejemplos cómo obtener la potencia en el eje.

El puente entre la velocidad del motor y la de la máquina

Ningún motor asíncrono gira a 45 rpm: la diferencia la cubre un reductor, una transmisión por correa o ambos, y ahí entra el número de polos. En una red de 50 Hz, un motor de 4 polos tiene una velocidad síncrona de unas 1500 rpm y uno de 6 polos de unas 1000 rpm; bajo carga gira algo por debajo.

• Con un motor de 4 polos de unas 1460 rpm, la relación necesaria es aproximadamente 1460 / 45 ≈ 32,4.
• Con uno de 6 polos de unas 970 rpm baja a cerca de 21,6.

El motor de 6 polos es más grande y normalmente más caro para la misma potencia; la serie de 4 polos es la más habitual y la más fácil de tener de repuesto. En la práctica se decide mirando el reductor: el número de polos se ajusta a una relación estándar de la familia elegida. La relación, el par de salida y el tipo de reductor se tratan en la guía de selección de reductores. Seguimos con un motor de 4 polos y un reductor helicoidal.

Elegir el escalón de potencia

A los 7,5 kW del eje hay que sumar las pérdidas del reductor. Los helicoidales suelen tener buen rendimiento; tomando un 95 % para simplificar, el motor debe dar unos 7,9 kW. Como los escalones normalizados son 7,5 y 11 kW, el de 7,5 kW se queda corto incluso sobre el papel.

Hay otra razón para ir a 11 kW: el arranque con la cuba llena, que puede exigir más par que el nominal. El par nominal de un motor de 11 kW y 4 polos es de unos 9550 × 11 / 1460 ≈ 72 Nm. Para saber si el par de arranque basta se compara la relación de par de arranque del catálogo del motor con la exigencia de arranque que indica el fabricante de la máquina. La relación entre par de arranque y método de arranque se explica en el artículo sobre clases de par y par de arranque.

El error contrario es sobredimensionar. Elegir 15 kW «por si acaso» deja el motor siempre poco cargado, con peor rendimiento y factor de potencia, y agranda cuadro y cables sin necesidad.

Clase de rendimiento según las horas de uso

La mezcladora trabajará a dos turnos, unas 4000 horas al año. Para un motor de 11 kW y 4 polos, los rendimientos mínimos de IEC 60034-30-1 son 91,4 % en IE3, 93,3 % en IE4 y 94,6 % en IE5. Con el motor trabajando a unos 8 kW, un cálculo aproximado da una diferencia entre IE3 e IE4 de 700 a 1000 kWh al año, bastante menos llamativa que en un ventilador que no para nunca. Se decide junto con la diferencia de precio y los objetivos energéticos de la planta. Como las series trifásicas de HEM Motor ofrecen IE3, IE4 e IE5 en el mismo sistema de carcasas, la clase de rendimiento no cambia las dimensiones mecánicas.

Encaje eléctrico: tensión, conexión y arranque

La planta tiene red de 400 V. Según el catálogo, a 400 V los motores de hasta 3 kW se conectan en estrella y los de 4 kW en adelante en triángulo, así que el de 11 kW trabajará en triángulo. Entonces hay que mirar el cuadro:

• Con arrancador estrella-triángulo, el motor debe estar bobinado para trabajar en triángulo a 400 V, es decir, con placa 400/690 V. Un motor 230/400 V no arranca correctamente con ese cuadro.
• Con arrancador suave o variador de frecuencia, la tensión del devanado debe seguir correspondiendo a la red, pero la conexión queda fija en la caja de bornes.

Como el arranque es pesado, la estrella-triángulo pide cautela: en estrella el motor da solo un tercio de su par, y puede no mover la cuba llena. Aquí es más seguro un método con par de arranque regulable. Los detalles de conexión están en el esquema de conexión estrella-triángulo.

Encaje mecánico: montaje, carcasa y eje

Si el motor se atornilla directamente al reductor, es el reductor quien decide el montaje. Un motor sobre la brida de entrada IEC de un reductor helicoidal con patas suele ser B5 con brida, sin patas propias: el reductor soporta su peso. Si el motor va sobre una bancada con acoplamiento, se usa un B3 con patas; y si hacen falta patas y brida, se piensa en B35.

En las tablas IEC, un motor de 11 kW y 4 polos suele llevar carcasa 160, número que indica la altura del eje en milímetros. Diámetro del eje, chaveta y brida deben coincidir exactamente con el agujero de entrada del reductor, y eso se comprueba poniendo juntos los dos planos acotados; decir solo «carcasa 160 B5» no basta. También se fija aquí la posición de la caja de bornes: si la mezcladora está junto a una pared, la entrada de cables no debe quedar hacia ella.

Ambiente: polvo, calor y limpieza

En una fábrica de piensos hay polvo de harina y salvado, la mezcladora está bajo techo y la nave llega a 35 °C en verano. La serie trifásica estándar se diseña para IP55 y temperatura ambiente de −15 °C a +40 °C, así que estas condiciones están dentro de lo normal. Aun así, conviene anotar en el pedido que el polvo acumulado entre las aletas y sobre la tapa del ventilador reduce la refrigeración, por lo que el plan de limpieza forma parte de la elección; y que por encima de 40 °C o de 1000 m de altitud puede hacer falta reducir potencia o subir un escalón, algo que debe indicarse antes de pedir.

Si por el polvo combustible la zona está clasificada como atmósfera explosiva, allí no puede usarse un motor estándar. El motor Ex es un producto con certificación propia y esa necesidad debe tratarse aparte con el equipo técnico.

La línea que va en el pedido

Al final, la línea del pedido queda más o menos así: 11 kW, 4 polos (≈1500 rpm), IE3, 400/690 V (triángulo a 400 V), 50 Hz, brida B5, carcasa 160, IP55, aislamiento clase F, S1, caja de bornes a la derecha; se adjunta plano de brida y agujero de entrada del reductor. Se añade que funcionará con arrancador suave o variador y que puede arrancar con la cuba llena.

Los datos que toda solicitud de oferta debería incluir están en datos necesarios para pedir una oferta de motor, y los pedidos incompletos más habituales se recogen en errores frecuentes al comprar un motor eléctrico.

Conclusión

Elegir un motor no es rellenar un formulario, sino encadenar decisiones: el par y la velocidad de la máquina fijan la relación del reductor, la relación fija los polos, la condición de arranque fija la potencia y el método de arranque, y la entrada del reductor fija el montaje. Si los dos datos iniciales son correctos, el resto se calcula. Para aplicaciones con reductor puede ver los reductores helicoidales con patas M-HEM y definir su especificación con nuestro equipo técnico.

Preguntas frecuentes

¿Cómo elijo el motor si el fabricante de la máquina solo da los kW?

Pida también la velocidad necesaria en el eje, porque kW y velocidad juntos dan el par. Un motor comprado solo por kW hará girar la máquina a una velocidad equivocada si la relación del reductor o de las poleas no encaja.

Si la potencia calculada queda entre dos escalones, ¿cuál elijo?

Normalmente el superior, sobre todo con arranques pesados o cargas de choque. Pero irse muy por encima de lo calculado deja el motor poco cargado y empeora el rendimiento y el factor de potencia.

¿Motor de 4 polos o de 6 polos?

Para una máquina lenta ambos sirven con reductor. El de 4 polos es más común, más pequeño y más fácil de tener de repuesto; el de 6 polos reduce la relación del reductor. La decisión suele seguir las relaciones estándar de la gama de reductores.

¿Quién decide el montaje cuando el motor acciona un reductor?

La entrada del reductor. Con entrada IEC con brida, el motor suele ser B5 o B14, y la brida y el eje necesarios se leen en el plano acotado del reductor.