Se llaman circuitos de fuerza motriz y se los identifican con las iniciales FM a los que le suministran la energía eléctrica a los elementos que realizan las transformaciones de la ener-gía eléctrica en mecánica, que no son otros que los motores eléctricos.

La utilización de estos en los inmuebles se hace a nivel de las viviendas en los electrodomésticos utilizando motores monofásicos, en cambio para los equipos de los servicios centrales o servicios comunes (bombas de agua, ascenso-res, rampas, etc.) se utilizan trifásicos.

Los motores de corriente alterna mas usados son los asin-crónicos monofásicos y trifásicos, sobre todo estos últimos que tienen un fácil mantenimiento, fácil puesta en marcha, fácil regulación y muy silenciosos; los de corriente continua, prácticamente han dejado de usarse en el ámbito de los in-muebles.

1.1. CIRCUITOS DE LOS INMUEBLESCuando se trata de inmuebles destinados a muchas vi-

viendas, cada una de deberá tener su propio medidor de la energía eléctrica. Figura Nº 1-01. Los cuales se agrupan en el tablero principal (TP), desde el cual salen las líneas que alimentarán los tableros de cada unidad, como se ilustra en la anterior figura.

Junto a los medidores de cada unidad que componen el inmueble se encuentra el destinado a los Servicios genera-les o Servicios comunes que es donde se registra la energía eléctrica que se consume en las cargas de los servicios an-teriores y que como su nombre lo indica son las comunes a todos los ocupantes del inmueble tales como: iluminación de los pasillos, ascensores, motores eléctricos destinados a las bombas de agua o rampas u otros, estos últimos son los que tienen los denominados circuitos de fuerza motriz y control.

1.2. CIRCUITOS DE FUERZA MOTRIZ EN LOS INMUEBLESEstán destinados a suminístrale la energía eléctrica a los

motores eléctricos y son del tipo multifilares o sea de tres y cuatro cables, acompañados por el de protección (PE) ya que la inmensa mayoría de los motores son trifásicos, aun-que también y en forma excepcional pueden llegarse a en-contrar los del tipo monofásico cuyas potencias no superan los 0,75 a 1 CV.

En consecuencia y tratándose de sistemas de baja tensión la tensión de alimentación de los primeros circuitos se hace con 3 x 380 V o bien 3 x 380/220 V.

Es así como en la Figura Nº 1-01 podemos ver a la derecha del circuito eléctrico general de un edificio los de FM, los cuales están destinados a: ascensores, bombas, caldera y rampas para automóviles. También es posible apreciar que cuentan con un medidor (contador) de la energía eléctrica consumida en forma separada del resto.

Estas últimas cargas son los considerados servicios gene-rales o servicios comunes, cuando se trata de edificios de viviendas múltiples.

En las viviendas únicas, se pude utilizar circuitos de fuerza motriz, para grandes equipos de aire acondicionado, bom-bas de los filtros de las piscinas, ascensores o montacargas para discapacitados.

1. 3. CIRCUITOS DE CONTROLEstán asociados a los de fuerza motriz para el comando y

control de motores eléctricos trifásicos o monofásicos aun-que también se utilizan en los sistemas de alumbrado, tanto sea público como privado.

En el caso de los inmuebles los circuitos de control se ali-mentan con fuentes de baja tensión (48 V), y se los utilizan en los sistemas de agua potable (sensores de nivel y control de las bombas), ascensores, rampas para automóviles, se-máforos, etc.

1. 4. DETERMINACIÓN DE LAS CORRIENTES CONSUMIDAS

En corriente alterna, el suministro de la energía eléctrica (Esquema de conexión TT) a los receptores monofásicos se hace conectando un cable a alguna de las tres fases (R, S, T) y otro al que corresponde al neutro (N). La corriente que tomaría un receptor monofásico conectado a ella se calcula de la siguiente manera:

(1)

Siendo:P: Potencia del receptor [watt]U: Tensión entre conductores [volt]cos j: Factor de potencia de la cargaI: Intensidad [ampere]

Si la red es trifásica, tendremos en el caso más general cuatro conductores; tres vivos y un neutro. Entre dos cables vivos cualesquiera existe una tensión (380 V), y entre cual-quiera de ellos y el cable neutro un valor 1,73 veces menor (220 V).

En general los receptores de iluminación se conectarán entre los cables vivo y neutro (monofásicos), y los de fuerza motriz a los tres vivos (trifásicos).

En cualquier sistema de corriente trifásica, la intensidad tomada por cualquier conductor vivo está dada por la ex-presión:

(2)

Esta fórmula, es válida para con receptores trifásicos equi-librados, vale decir, aquellos en que las tres fases son igua-les en todo sentido, y están conectados a redes que tienen simetría de tensiones (o sea que las tres tensiones son igua-les entre sí).

Por Ing. Alberto Luis Farina

FUERZA MOTRIZ EN LOS

INMUEBLES PARTE 1

En la Figura Nº 1-02 se ha representado, utilizando la sim-bología normalizada los distintos tipos, en donde:

1. motor trifásico a inducción con rotor en jaula, con el es-tator conectado en estrella

2. motor trifásico a inducción con rotor en jaula, y arranque en estrella triangulo

3. motor monofásico a inducción con rotor en jaula4. motor monofásico a inducción con rotor en jaula y con-

densador de arranque

Existen otros tipos de conexión y regulación para los mo-tores trifásicos a inducción con rotor en jaula pero que no son todavía de uso masivo en los inmuebles, se trata de los arrancadores suaves y los variadores de velocidad.

1.5. MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOSLos motores de corriente alterna monofásicos (Figura Nº

1-03) y trifásicos de inducción constan básicamente y des-de el punto de vista eléctrico de un estator y un rotor, este último puede ser del tipo a jaula de ardilla o bien bobinado en el caso de los segundos.

El bobinado del estator de los motores trifásicos se pue-de conectar en estrella o en triángulo. Estas conexiones se hacen utilizando dos tensiones o dos diferencias de poten-cial distinta para su alimentación. Los valores de ambas, así como otros datos del motor están grabados en la chapa ca-racterística.

En la Figura Nº 1-04 se muestra el aspecto de un motor tri-fásico con rotor en cortocircuito y a la izquierda de la Figura Nº 1-05 el estator (sin la carcasa) y a la derecha el rotor. El estator es la parte fija del motor trifásico que aloja a los tres bobinados. La parte que gira del motor es el rotor que a su vez constructivamente puede ser: del tipo jaula de ardilla, el cual está compuesto por un juego de barras conectadas en cortocircuito por medio de anillos conductores (rotor a jaula) como el que se muestra en la figura de la derecha de la Figu-ra 1-05 y con mas detalle en la Figura 1-06, o bien puede ser del tipo bobinado, el cual tiene alojado tres bobinados, los cuales se conectan con la parte fija por medio de adecuados anillos rozantes sobre los cuales hay escobillas de carbón a los fines que pueda circular la corriente Figura1-07. Estos motores tienen menores posibilidades de aplicación en los inmuebles, aunque se pueden llegar a encontrar en las má-quinas que impulsan a los ascensores.

Los motores de inducción con rotor en cortocircuito son de menor precio por ser más simples, pero sus características no siempre son óptimas para determinados usos.

En la Figura Nº 1-08 tenemos el esquema de un motor visto según un plano normal al eje de giro. En la misma se puede ver la caja de conexión que contiene la placa de bornes, que es el lugar donde finalizan los terminales de los bobinados, esquemáticamente representada en la Figura Nº 1-09.

Pudiendo estar conectados los bobinados estatóricos de un motor trifásico como lo muestra la Figura Nº 1-10.

FIGURA 2 FIGURA 3

FIGURA 4

FIGURA 6

FIGURA 1

FIGURA 7

FIGURA 5

FIGURA 8 FIGURA 9

Todos los motores eléctricos tienen fijado a su carcaza una chapa en la cual están grabados los datos eléctricos y me-cánicos del mismo que se llama chapa características. En la misma se tienen datos tales como tensión o tensiones nominales, corriente nominal, par nominal, etc.

En la Tabla Nº 1-01 se muestra un resumen de los distintos tipos de motores y sus características fundamentales.

1.6. ARRANQUE DE LOS MOTORESLos motores eléctricos en general presentan la particula-

ridad que al ser conectado a la instalación eléctrica que le suministra la energía eléctrica para su funcionamiento de-mandan un corriente mucho mayor (un múltiplo) que la co-rriente nominal del mismo. Este fenómeno en los motores monofásico de inducción no es de mucha importancia, en contraposición con los motores eléctricos de inducción tri-fásicos con rotor en corto o jaula.

La corriente de arranque se evalúa en función de la nomi-nal y de acuerdo al método de arranque que se utilice. El método mas simple es la conexión directa a la red, en cuyo caso la citada corriente de arranque varía entre 5 y 8 veces la corriente nominal aproximadamente; en la Tabla Nº 1-02 se dan datos característicos de los motores y entre ello hay una columna destinada a estos valores.

En cuanto a la forma de conectar un motor de inducción trifásico, las mismas pueden ser básicamente dos: una en forma directa o sea a plena tensión (de la red) y otra a ten-sión reducida (o sea reduciendo el valor de la tensión que se le aplica en el momento de la conexión a la red). Para reducir la tensión que se le aplica existen diversos métodos, el más simple es denominado estrella-triángulo, pero hay otros, como el que emplea resistencias estatóricas o utiliza un transformador de arranque o bien con dispositivos elec-trónicos como lo son los arrancadores suaves.

La importancia de este tema radica en que la corriente de conexión al ser elevada produce una caída de tensión importante en el resto de la instalación eléctrica durante el tiempo en que dure el arranque, esta caída de tensión se manifiesta en los sistemas de iluminación haciendo decaer el flujo emitido por las lámpara incandescentes y pudiendo apagar a las de descarga, también se manifiesta en televi-sores y computadoras. Estas razones hacen que se le deba prestar la debida atención al tema.

La caída de tensión en los bornes de un motor eléctrico debe ser como máximo el 10 % de la nominal.

-Arranque directo de un motor trifásico de inducción tipo jaula

Se entiende como sistema de arranque directo aquel cuan-do el motor se conecta directamente a la instalación eléctri-ca, como muestra la Figura Nº 1-12. Naturalmente emplean-do los elementos de maniobra y protección adecuados. Este sistema se puede hacer si la carga acoplada mecánicamen-te lo admite, ya significa un esfuerzo (cupla de arranque) im-portante a la misma.

También es importante saber si la caída de tensión que le provoca a la instalación eléctrica a la cual se hace la co-

nexión es menor del 10 % de la tensión nominal, ya que si es mayor provoca alteraciones.

- Arranque estrella-triangulo de un motor trifásico de in-ducción tipo jaula

Es el procedimiento de arranque a tensión reducida más simple. Este sistema consiste en suministrarle alternativa-mente dos tensiones al motor mediante una apropiada con-mutación entre ambos valores durante un tiempo predeter-minado.

La conmutación se puede hacer empleando interruptores-conmutadores que se accionan manualmente (Figura Nº 1-13) o bien mediante el empleo de un conjunto de contac-tores y un temporizador con lo cual se automatiza la secuen-cia de conmutación (Figuras Nº 1-15 y 1-15).

También es posible encontrar este tipo de arrancadores en una sola unidad empleando la tecnología de estado sólido.

El motor eléctrico de inducción trifásico destinado a ser arrancado mediante este método requiere que constructi-vamente los extremos de las bobinas que forman el estator sean accesibles en la caja de conexiones, o sea que en la misma se puedan encontrar lo seis bornes que correspon-den a los principios y finales de cada una de ellas. La otra característica importante, que se puede apreciar en la chapa característica, es que se encuentre indicado que la tensión es 220/380 volt lo cual significa que puede conectar a la red de 3 x 380 volt (en estrella) o a una de 3 x 220 volt (en triangulo)

Cada bobina del estator tiene sus terminales marcados con las letras normalizadas U V W para los principios de bobinas y X Y Z para los finales de bobinas (Figura Nº 1.10). Los terminales están en la placa de bornes dentro de la caja de conexiones, lugar en que se pueden hacer con comodidad las conexiones a la línea que le provee la energía eléctrica, para su funcionamiento.

En la Figura Nº 1.11 podemos ver en forma separada las dos formas de conexión de motores asincrónicos trifásicos a una red de corriente alterna trifásica. En el caso de la iz-quierda, el motor está en estrella, y como cada fase puede funcionar normalmente con 220 volt, la tensión compuesta que es posible aplicar será:

Por lo tanto, la conexión en estrella se puede aplicar a una red de 3 x 380 volt. El neutro de la red no es necesario, aun-que si se debe conectar la carcasa a tierra (cable PE). En el dibujo de la derecha tenemos otro caso diferente.

Cuando el motor está conectado en triángulo se emplea una red de 3 x 380 volt. Por lo tanto cada fase queda so-metida a una tensión de 380 volt. El motor debe haber sido diseñado para esas condiciones. Pero si lo conectamos en estrella, como cada fase puede trabajar a 380 volt, la tensión compuesta sería:

FUERZA MOTRIZ EN LOS

INMUEBLES PARTE 1

Al no existir redes de esa tensión, esta forma de conexión puede parecer innecesaria, pero no es así, dado que se em-plea en muchos casos el llamado arranque estrella-triángu-lo. Este tipo de arranque consiste en poner en marcha el motor conectándolo en estrella y una vez que arrancó y al cabo de un cierto período de tiempo (predeterminado) o sea cuando alcanzó su marcha estable, se lo pasa rápidamente a triángulo, quedando así en funcionamiento normal o sea para el uso previsto.

Con este artificio, se consigue aplicar al motor una tensión 1,73 veces menor en el momento de arranque, disminuyen-do de esta manera la corriente de arranque, es solo dos ve-ces la nominal con lo cual se minimiza el efecto que esta tiene sobre la red de baja tensión.

La Figura Nº 1-13 nos permite ver como se logra esto, me-diante un simple interruptor-conmutador tripolar manual, de tres posiciones. El mismo no incluye forma de proteger el motor.

A partir de la posición de reposo 0, accionando el interrup-tor a la posición Y los bobinados del motor se conectarán a la red en estrella y luego de un cierto tiempo (cuando el motor haya alcanzado una cierta velocidad estable) se ac-cionará nuevamente el interruptor llevándolo al posición D. En esta última posición los bobinados pasarán a estar co-nectados en triángulo, funcionando a la velocidad nominal hasta que se decida detenerlo.

En las Figuras Nº 1-14 se muestra un diagrama trifilar de esta conexión y en la Figura Nº 1-15 el diagrama funcional de la misma de un sistema de arranque automático.

El avance de la electrónica de potencia ha hecho que en la actualidad se puedan emplear los denominados arranques suaves, los cuales permiten hacer un arranque, con alta cu-pla y baja corriente de arranque.

La Parte 2 de esta nota se publicará en la próxima edición de AVANCE ELÉCTRICO.

Nota del autor: Las figuras 1-06 y 1-07 pertenecen al libro Maquinas Eléctricas cuyo autor es

el Prof. Ing. Marcelo A. Sobrevila.

Esta nota es un extracto de las temáticas desarrollados en “Introducción a las instalaciones eléctricas”.

Si tiene interés en ampliar estos y otros temas, los encontrará desarrollados en los libros del Ing. Alberto Luis

Farina, publicados por Librería y Editorial Alsina. Solicítelos en CADIME o Librerías de su zona.

FIGURA 10

FIGURA 11

FIGURA 12

FIGURA 13

FIGURA 14