Calculadora de protección contra sobrecarga de motor: ajuste por In/servicio

Guía técnica para ajuste de protección contra sobrecarga en motores eléctricos en servicio operacional industrial.

Métodos, cálculos y normativa para ajuste por en servicio, manteniendo seguridad y continuidad de operación.

Contexto técnico y objetivos del ajuste por en servicio

La protección contra sobrecarga de motores eléctricos garantiza que la temperatura del devanado y el eje se mantengan dentro de límites seguros durante operación continua o transitoria. El ajuste "por en servicio" (ajuste en servicio, ajuste en línea) se refiere al proceso de configurar y verificar los dispositivos de protección —relés térmicos, relés electrónicos, dispositivos de protección de motor (MCP o MP); y interruptores automáticos con disparo térmico— mientras el motor está conectado y sometido a su carga típica real.

El objetivo principal es equilibrar la protección fiable del motor frente a daños térmicos y asegurar la continuidad operacional evitando disparos innecesarios por corrientes de arranque o sobrecargas temporales normales. Este artículo describe procedimientos prácticos, fórmulas, tablas con valores comunes, casos reales desarrollados y referencias normativas aplicables.

Componentes involucrados y tipos de protección

Dispositivos típicos

• Relés térmicos bimetálicos: ajuste manual del valor de corriente de disparo (ajuste I).
• Relés electrónicos de sobrecarga: ajuste de corriente y tiempo, con funciones de compensación térmica y curva de disparo ajustable.
• Interruptores automáticos (MCCB/MPCB) con disparo de sobrecarga térmico-magnético o disparo electrónico.
• Protectores de motor inteligentes: medición de corriente, temperatura, horas de funcionamiento, diagnóstico.

Parámetros clave

• Corriente de placa o de placa del motor (I_FLC): corriente nominal a plena carga según la placa del motor.
• Service Factor (SF): factor de servicio del motor (ej. 1.0, 1.15), indica tolerancia de sobrecarga térmica por capacidades del motor.
• Clase de disparo (trip class): para relés térmicos (ej. 10, 20, 30) indica la temporización frente a sobrecorrientes.
• Ambiente y temperatura: influyen en la calibración del relé o en la necesidad de corrección.
• Corriente de arranque (locked-rotor): multiplicador de I_FLC (3–8× según tipo y tensión) que condiciona la tolerancia al disparo instantáneo.

Metodología general para ajuste por en servicio

1. Obtener datos del motor: I_FLC (nameplate), SF, tensión nominal, potencia, tipo de arranque.
2. Determinar la carga real: medir corriente en condiciones de servicio con registro (picos y valores eficaces).
3. Seleccionar dispositivo de protección cuya gama permita ajustar al I_FLC; comprobar curva de disparo y tolerancia a arranque.
4. Aplicar factores de corrección por temperatura ambiente y por disposición (si aplica).
5. Calcular ajuste recomendado y efectuar ajuste en el dispositivo en estado de servicio, monitorizando parámetros.
6. Verificar durante ciclos de operación con registro de tiempo-corriente y ajustar si se producen disparos no deseados o sobrecalentamiento.

Fórmulas básicas para cálculo de ajuste

Fórmula de ajuste de corriente del relé (valor de ajuste recomendado):

Donde:

• I_set = corriente de ajuste del relé (A).
• I_FLC = corriente de placa / full-load current del motor (A).
• K_sf = factor por Service Factor o carga continua permitida (típico: 1.00 a 1.15; si no se desea permitir sobrecarga, K_sf = 1.00).
• K_env = factor de corrección por ambiente/temperatura/altitud (típico: 1.00 para condiciones estándar; puede ser 0.95–1.10 según manual del fabricante y tabla de corrección).

Fórmula para seleccionar la capacidad del relé (si el relé tiene un rango nominal):

Rango_relé_incluye = (I_set >= I_min_range) AND (I_set <= I_max_range)

Donde I_min_range e I_max_range vienen especificados por el fabricante del relé.

Para dimensionar el disparo instantáneo (protección magnética) en arrancadores o MCCB cuando corresponda:

Donde:

• I_inst = umbral de disparo instantáneo (A).
• M_lr = multiplicador de corriente de arranque/locked-rotor típico (valor depende de tipo de motor y tensión: 5 a 8 para arranque directo; 2 a 4 para arrancadores suaves o star-delta).

Explicación y valores típicos

• I_FLC: obtener directamente de placa o de tablas estándar. Ejemplos típicos: motor 7.5 kW trifásico 400 V ≈ 14.5 A; motor 55 kW 460 V ≈ 72 A (ver tablas más abajo).
• K_sf: si el motor tiene SF = 1.15 y se espera empleo continuo cercano a SF, puede establecerse K_sf = 1.15 con precaución; normativas pueden restringir.
• K_env: por ejemplo, temperatura ambiente elevada puede requerir bajar el ajuste efectivo (K_env < 1) para compensar menor disipación térmica del relé.
• M_lr: para arrancadores directos, usar 5–8; si arrancador con reducida corriente de arranque, usar menor valor.

Tablas de valores comunes

Nota: valores orientativos; para proyecto use tablas del fabricante o normativa NEMA/IEC aplicable.

Consideraciones normativas y referencias

En la práctica, la configuración de dispositivos de protección debe respetar la normativa local y los estándares internacionales aplicables. Recomendaciones y referencias:

• IEC 60947-4-1: reglas para contactores y arrancadores (norma IEC sobre arranques y protección de motores). Más información en https://www.iec.ch
• IEC 60947-1: requisitos generales para aparatos de baja tensión.
• NEC (NFPA 70) Artículo 430: circuitos de motores y protección contra sobrecorriente — relevante para instalaciones en Estados Unidos. https://www.nfpa.org
• NEMA MG1: especificaciones de motores eléctricos y valores de corriente de placa. https://www.nema.org
• IEEE Std 141 (Red Book): prácticas de diseño y protección de sistemas eléctricos industriales. https://www.ieee.org
• Manuales de fabricantes (Schneider Electric, Siemens, ABB) para selección y ajuste de relés de sobrecarga y arrancadores: ejemplo Schneider Electric Application Notes https://www.se.com

Métodos de verificación en servicio

Instrumentación y registro

• Uso de pinzas amperimétricas verdaderas RMS o analizador de redes para medir I_rms en operación.
• Registro de perfiles temporales para identificar picos de arranque y sobrecorrientes sostenidas.
• Medición de temperatura de carcasa y devanados (si es posible) con termopares o cámaras termográficas.

Prueba de disparo intencionado

Realizar pruebas controladas: aumentar la carga (o simular) para comprobar que el dispositivo actúa en los tiempos esperados según la curva de disparo y que el motor no sobrepasa temperatura crítica. Registrar tiempos y corrientes.

Ejemplos reales con desarrollo completo

Ejemplo 1: Motor trifásico 7.5 kW, 400 V, servicio continuo con arranques ocasionales

Datos iniciales:

• Potencia: 7.5 kW
• Tensión: 400 V, 3~
• I_FLC (tabla): 15.5 A (ver tabla anterior)
• Service Factor (SF): 1.15 (según placa)
• Tipo de arranque: arranque directo ocasional (hasta 2 arranques/hora)
• Ambiente: temperatura ambiente 30 °C (condiciones normales)

1) Selección de ajuste base:

Suponiendo que no se desea operar continuamente encima de la corriente de placa, se elige K_sf = 1.00 y K_env = 1.00

2) Verificación de rango del relé:

• Seleccionar relé con rango ajustable 10–16 A o 13–20 A. El rango 13–20 A permite ajustar a 15.5 A.

3) Disparo instantáneo / magnético (si hay arrancador):

Calcular umbral para evitar disparos por arranque. Usar multiplicador M_lr = 6 para arranque directo típico.

Configurar disparo magnético en el arrancador o MCCB en un valor igual o por encima de 93 A según ámbito del fabricante.

4) Tiempo de disparo (clase):

• Para evitar disparos por picos breves, emplear relé con clase 20 o ajuste retardado; si proceso crítico, clase 10 para mayor protección estricta.

5) Prueba en servicio:

• Con motor en carga nominal, medir I_rms: debe aproximarse a 15.5 A.
• Registrar corrientes de arranque: picos hasta ~6×I_FLC (≈93 A). Confirmar que no provocan disparo magnético no deseado.
• Si el motor se calienta excesivamente o se observan picos térmicos, reconsiderar I_set o ventilación.

Solución final resumida:

• Ajustar relé de sobrecarga a 15.5 A.
• Seleccionar disparo magnético ≈ 93 A para evitar disparo por arranque directo.
• Clase de disparo recomendada 20 para tolerar picos breves.

Ejemplo 2: Motor trifásico 55 kW, 460 V, aplicación con cargas transitorias y uso cercano a Service Factor

Datos iniciales:

• Potencia: 55 kW
• Tensión: 460 V, 3~
• I_FLC (tabla): 85 A
• SF en placa: 1.15
• Tipo de carga: compresor con picos temporales y trabajo próximo a SF
• Ambiente: temperatura ambiente 40 °C (elevada)

1) Decisión operativa y normativa:

Debido a que la carga puede requerir funcionamiento cercano al Service Factor, se considera la opción de ajustar I_set teniendo en cuenta SF. Antes de hacerlo, confirmar que la normativa local y el fabricante del motor permiten ajuste al SF para operación continua; en muchos casos, el ajuste al SF está permitido si el fabricante declara capacidad para operación continua bajo SF.

2) Cálculo del ajuste con compensación ambiental:

Seleccionamos K_sf = 1.15 (usar SF) y K_env = 0.95 (corrección por temperatura ambiente elevada según hoja técnica del relé)

Realizamos la multiplicación:

3) Selección del relé y rango:

• Escoger relé con rango ajustable que incluya 92.9 A; por ejemplo, 85–110 A o 90–110 A (preferir 90–110 A).

4) Configuración de disparo instantáneo:

Compresores pueden tener altos picos de arranque, escoger M_lr = 6 (si DOL) o menor si hay arrancador suave.

Definir el ajuste magnético a 500–520 A según sensibilidad deseada y protección del cableado.

5) Verificación en servicio:

• Monitorear I_rms durante operación normal: valor esperado cerca de 85–95 A según demanda.
• Verificar que no se producen disparos intempestivos durante arranques y transitorios.
• Si el registro muestra frecuencias de disparo o incrementos térmicos, reconsiderar ventilación, tamaño de protecciones y possível uso de arrancador suave para reducir I_inst necesario.

Solución final resumida:

• Ajustar relé de sobrecarga a ≈ 92.9 A (redondear al punto de ajuste disponible más cercano del relé).
• Configurar disparo magnético ≈ 510 A (o usar arrancador suave para reducir pico).
• Programar registro de alarmas y plan de mantenimiento por calor y vibración.

Buenas prácticas y precauciones

• Siempre verificar la corriente de placa del motor; no ajustar en base solo a tablas cuando la placa indica diferente corriente.
• Documentar ajustes y razones técnicas (I_set, K_sf, K_env, M_lr, clase de disparo).
• Evitar usar el relé de sobrecarga como único medio para tolerar sobrecargas prolongadas: si la aplicación exige funcionamiento continuo por encima del 100% de I_FLC, considerar motor con mayor potencia nominal o re-dimensionado.
• Respetar las recomendaciones del fabricante del motor y del dispositivo de protección; consultar manuales técnicos.
• En instalaciones críticas, emplear protectores inteligentes con registro y comunicación para diagnóstico preventivo.

Procedimiento de ajuste en servicio: checklist

1. Confirmar datos nameplate y documentación del motor.
2. Medir corriente en condiciones de carga nominal y registrar perfiles de arranque.
3. Seleccionar relé con rango adecuado y clase de disparo apropiada.
4. Calcular I_set aplicando factores K_sf y K_env según política y normativa.
5. Ajustar relé en servicio y probar con ciclos representativos.
6. Registrar parámetros y mantener seguimiento periódico.

Referencias normativas y lecturas adicionales

• IEC: https://www.iec.ch — consulte IEC 60947-4-1 y IEC 60947-1 para requisitos de arrancadores y protección.
• NEMA: https://www.nema.org — guías y tablas de corriente para motores eléctricos (NEMA MG1).
• NFPA (NEC) Art. 430: https://www.nfpa.org — normativa sobre circuitos de motor y protección contra sobrecorriente.
• IEEE Std 141 (The Red Book): prácticas de diseño y protección de motores y sistemas eléctricos. https://www.ieee.org
• Manuales y notas de aplicación de fabricantes: Siemens (https://new.siemens.com), Schneider Electric (https://www.se.com), ABB (https://new.abb.com) — buscar documentos sobre ajuste de relés de sobrecarga y arrancadores.

Resumen técnico y puntos clave para SEO

Para garantizar un ajuste de protección contra sobrecarga de motor "ajuste por en servicio" eficaz: use I_FLC de placa como base, aplique factores por service factor y ambiente con respaldo documental, seleccione relés con rangos adecuados y configure disparo magnético considerando corriente de arranque. Verifique en servicio con instrumentación y registre perfiles. Cumpla normativa IEC/NEMA/NEC y siga las hojas técnicas del fabricante.

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