Esta guía técnica detalla selección de relé térmico para motores, rangos y clases de disparo.
Incluye fórmulas, tablas, ejemplos prácticos y referencias normativas internacionales para correcto diseño y seguridad eléctrica.
Thermal Overload Relay Selection Calculator (Motor Setting Range and Trip Class)
Fundamentos técnicos del relé térmico para motores
El relé térmico (o relé de sobrecarga térmica) protege motores contra sobrecorrientes prolongadas por calentamiento.
Actúa según el principio bimetálico o electrónico: reproduce el calentamiento proporcional al I²t del motor.
Principio físico y comportamiento térmico
- El daño al motor es función de la energía térmica I²t acumulada.
- Los relés térmicos clásicos usan un elemento bimetálico que se dobla con la temperatura.
- Los relés electrónicos calculan I²t y ofrecen ajuste más preciso, compensación de temperatura y memorias.
Definición de términos clave
- FLC / In: Corriente nominal de pleno carga del motor (Full Load Current).
- Rango de ajuste: intervalo en amperios al que puede ajustarse el relé térmico.
- Clase de disparo (Class): tiempo máximo de disparo ante una sobretensión determinada (normalmente basado en 600% de In).
- Service Factor (SF): factor multiplicador del diseño del motor que permite cargas temporales sobre In.
- Corriente de arranque (inrush / locked-rotor): corriente inicial alta durante arranque que debe tolerar el relé.
Normativa y referencias técnicas
La selección y ensayo de relés térmicos se remite a normas internacionales y guías de fabricantes:
- IEC 60947-4-1: Requisitos para contactores y relés de protección asociados. https://www.iec.ch
- IEC 60947-1: Requisitos generales para equipos de baja tensión. https://www.iec.ch
- NEMA MG1 (motor guidance) y documentos NEMA sobre clases de protección y corrientes de arranque. https://www.nema.org
- UL 489 / UL 508A para equipos en Norteamérica (seguridad de interruptores y relés). https://www.ul.com
- Guías técnicas de fabricantes (Siemens, Schneider Electric, ABB) para rangos de ajuste y compatibilidades.
Clasificación de clases de disparo y significado práctico
En práctica industrial se usan clases 10, 20, 30 (NEMA/IEC compatibles): definen tiempo máximo de disparo.
| Clase | Definición típica | Tiempo máximo de disparo a 600% de In |
|---|---|---|
| Class 10 | Disparo rápido para cargas con sobrecargas cortas permitidas | ≤ 10 segundos |
| Class 20 | Disparo intermedio, uso general industrial | ≤ 20 segundos |
| Class 30 | Disparo más lento, para arranques frecuentes o cargas pesadas | ≤ 30 segundos |
Nota: algunas normativas IEC muestran curvas y tolerancias distintas; consultar ficha técnica del fabricante.
Criterios de selección: rango de ajuste y relaciones
El relé debe poder ajustarse para cubrir la corriente nominal del motor y permitir tolerancias por ambiente y factor de servicio.
- El valor ajustado (Iset) debe ser igual o levemente superior al FLC del motor, según SF y compañía.
- El rango de ajuste del relé debe contener el FLC: Range_min ≤ FLC ≤ Range_max.
- En motores con service factor (SF > 1.0) y uso continuo, es habitual ajustar Iset = FLC × 1.05…1.15 según fabricante.
Rango de ajuste: prácticas típicas
Los relés vienen con rangos normalizados que cubren desde pequeños fraccionarios hasta cientos de amperios.
| Rango de ajuste típico (A) | Aplicación típica |
|---|---|
| 0.1 – 0.16 | Motores fraccionarios, bombas pequeñas |
| 0.16 – 0.25 | Motores pequeños |
| 0.25 – 0.4 | Motores 0.12–0.25 kW |
| 0.4 – 0.63 | Motores 0.25–0.5 kW |
| 0.63 – 1.0 | Motores 0.5–1.0 kW |
| 1.0 – 1.6 | Motores 1–2 kW |
| 1.6 – 2.5 | Motores 2–3 kW |
| 2.5 – 4.0 | Motores 3–5.5 kW |
| 4.0 – 6.3 | Motores 5.5–7.5 kW |
| 6.3 – 10 | Motores 7.5–11 kW |
| 10 – 16 | Motores 11–18.5 kW |
| 16 – 25 | Motores 18.5–30 kW |
| 25 – 40 | Motores 30–45 kW |
| 40 – 63 | Motores 45–75 kW |
| 63 – 100 | Motores >75 kW |
Cálculos fundamentales para la calculadora
Los cálculos básicos incluyen corriente nominal del motor (FLC), ajuste del relé y comprobación de tiempos de disparo.
Fórmulas esenciales
Fórmula genérica para motor trifásico:
FLC = P / (sqrt(3) * V * PF * η)
Fórmula genérica para motor monofásico:
FLC = P / (V * PF * η)
Sugerencia de ajuste del relé (Iset):
Iset = FLC * kSF * kAmbiente
Donde típicamente kSF = 1 si SF = 1.0; y kSF = 1.05–1.15 si SF > 1.0 según fabricante.
Explicación de variables y valores típicos
- P = Potencia mecánica en vatios (W). Ejemplo: 7.5 kW = 7500 W.
- sqrt(3) = 1.732 (factor para sistemas trifásicos equilibrados).
- V = Tensión de línea (V); p. ej. 400 V (Europa), 480 V (Norteamérica), 230 V monofásico.
- PF = Factor de potencia (típico 0.8–0.95). Si no disponible usar 0.85–0.9 para motores.
- η = Rendimiento del motor (típico 0.85–0.95 según tamaño y eficiencia).
- kSF = Factor por Service Factor (1.0–1.15).
- kAmbiente = Corrección por temperatura ambiente; típicamente 1.0 a 1.2 según norma y ficha técnica.
Correcciones por temperatura ambiente y altitud
Ambas variables afectan capacidad térmica del relé; use factores de corrección del fabricante.
| Condición | Factor corrección aproximado | Observación |
|---|---|---|
| Temperatura ≤ 40 °C | 1.00 | Condición base |
| Temperatura 40–50 °C | 0.95–0.9 | Reduce capacidad térmica |
| Altitud > 1000 m | Consultar fabricante | Menor disipación térmica |
Compatibilidad con contactores y capacidad de ruptura
La combinación relé térmico + contactor debe cumplir máxima corriente de arranque y selección de auxiliares.
- Verificar que la corriente de cortocircuito y capacidad de ruptura del contactor sea adecuada.
- Los relés deben ser montados sobre contactores recomendados por fabricante para garantizar ensamble mecánico.
- Considerar la coordinación entre protecciones: fusibles, disyuntores y relés térmicos.
Ejemplo práctico 1 — Motor trifásico 7.5 kW, 400 V, 50 Hz
Datos del motor:
- P = 7.5 kW = 7500 W
- V = 400 V (trifásico)
- PF = 0.88 (valor típico)
- η = 0.90 (rendimiento típico)
- Service Factor SF = 1.0 (uso normal)
Cálculo de la corriente nominal (FLC)
Usamos la fórmula trifásica:
FLC = P / (sqrt(3) * V * PF * η)
Sustituyendo valores:
FLC = 7500 / (1.732 * 400 * 0.88 * 0.90)
Realizando cálculo numérico:
Denominador = 1.732 * 400 * 0.88 * 0.90 ≈ 549.3
FLC ≈ 7500 / 549.3 ≈ 13.65 A
Selección del relé térmico
- Buscar un relé con rango que incluya 13.65 A; por ejemplo rango 10–16 A o 11–15 A según catálogo.
- Elegir Iset = FLC = 13.65 A (SF = 1.0), redondear según escala del relé (p. ej. 13.6 A o 13.5 A si permitido).
- Seleccionar clase de disparo según aplicación: si bomba con arranques frecuentes, elegir Class 20 o 30.
Verificaciones adicionales
- Comprobar que contactor asociado soporte corriente de arranque (6–8×FLC típico).
- Comprobar ajustes de disparo térmico vs. protecciones suplementarias (fusibles, disyuntor).
Ejemplo práctico 2 — Motor 55 kW, 480 V, 60 Hz (Norteamérica)
Datos del motor:
- P = 55 kW = 55000 W
- V = 480 V (trifásico)
- PF = 0.9
- η = 0.93
- SF = 1.15 (motor con factor de servicio)
Cálculo de FLC
FLC = 55000 / (1.732 * 480 * 0.9 * 0.93)
Denominador ≈ 1.732 * 480 * 0.9 * 0.93 ≈ 697.9
FLC ≈ 55000 / 697.9 ≈ 78.8 A
Ajuste recomendado tomando Service Factor
Si SF = 1.15 y se desea proteger para uso prolongado con esa capacidad:
Iset = FLC * 1.15 = 78.8 * 1.15 ≈ 90.6 A
Verificar que el relé seleccionado tenga rango que incluya 90.6 A, por ejemplo 80–100 A.
Selección de clase de disparo
- Para aplicaciones con arranques pesados o cargas inerciales, elegir Class 20 o 30.
- Si la protección debe ser más selectiva y limitar tiempo de sobrecorriente, Class 10 puede ser apropiada.
Comprobación de coordinación
- Verificar que el arrancador y contactor toleren la corriente de arranque (locked-rotor) y que los fusibles/disyuntores coordinen.
- Verificar que el relé pueda ser ajustado exactamente a 90.6 A o redondeo aceptado por el fabricante.
Curvas de disparo y ensayos
Comparar curva I²t del relé con la curva térmica del motor permite garantizar protección sin falsas operaciones.
- Realizar pruebas de puesta en marcha y medir corrientes de arranque reales.
- Verificar tiempos de disparo reales a múltiplos de In (p. ej. 300%, 600%).
Errores comunes y recomendaciones prácticas
- No ajustar el relé a un valor inferior al FLC: provoca disparos intempestivos.
- Ignorar la temperatura ambiente: puede invalidar el ajuste.
- Seleccionar rango de ajuste inadecuado: si FLC queda fuera, el relé no protegerá correctamente.
- No coordinar con fusibles o interruptores: puede reducir selectividad y causar cortes innecesarios.
Implementación en una calculadora de selección
La calculadora debe recibir como entrada:
- Potencia del motor (kW o HP).
- Tensión (V) y tipo (monofásico/trifásico).
- PF y eficiencia (si no se conocen, valores por defecto).
- Service Factor y temperatura ambiente.
- Preferencia de clase de disparo (10/20/30).
Algoritmo de cálculo (pasos)
- Calcular FLC con la fórmula apropiada.
- Aplicar kSF y kAmbiente para obtener Iset recomendado.
- Buscar en catálogo el rango de ajuste que incluya Iset.
- Sugerir clase de disparo según aplicación y arranques.
- Proveer comprobaciones: contactor, corriente de arranque, coordinación de protecciones.
Tabla de referencia rápida: corrientes FLC habituales (trifásico, 400 V, 50 Hz)
| kW | Corriente aproximada (A) | Uso habitual |
|---|---|---|
| 0.37 | 0.9 – 1.0 | Motores muy pequeños |
| 0.75 | 1.6 – 2.0 | Pequeñas bombas/ventiladores |
| 1.5 | 3.2 – 3.6 | Compresores pequeños |
| 3 | 6.3 – 7.5 | Bombas/ventiladores medianos |
| 5.5 | 10 – 12 | Aplicaciones industriales ligeras |
| 7.5 | 13 – 15 | Equipos industriales pequeños |
| 11 | 19 – 22 | Líneas de producción medianas |
| 22 | 38 – 42 | Motores de tamaño medio |
| 45 | 78 – 85 | Motores grandes |
| 75 | 130 – 140 | Grandes drives y compresores |
Referencias normativas y lecturas técnicas
- IEC 60947-4-1: Electromagnetic contactors and motor-starters — https://www.iec.ch
- IEC 60947-1: General rules for low-voltage switchgear — https://www.iec.ch
- NEMA guidelines on motor protection and classes — https://www.nema.org
- UL Standards (UL 508A, UL 489) para aplicaciones en Norteamérica — https://www.ul.com
- Manuales de selección de relés de Schneider Electric, Siemens, ABB (consultar fichas técnicas para rangos y curvas).
Checklist final para verificación antes de la instalación
- Confirmar que FLC calculado coincide o es consistente con la placa del motor.
- Verificar que el relé seleccionado cubre el FLC dentro de su rango de ajuste.
- Seleccionar clase de disparo acorde a frecuencia de arranques y carga inercial.
- Aplicar factores de corrección por temperatura y altitud.
- Coordinar protección con fusibles, disyuntores y contactor.
- Realizar pruebas de arranque y medir corrientes reales para validar ajustes.
Notas finales técnicas
La correcta selección de relé térmico es esencial para la vida útil del motor y la seguridad operativa. Siempre documentar ajustes y justificarlos según normativa aplicable y condiciones reales de servicio.
Fuentes y enlaces útiles
- IEC publications: https://www.iec.ch
- NEMA resources: https://www.nema.org
- UL Standards: https://www.ul.com
- Guías de aplicación de fabricantes: Schneider Electric, Siemens, ABB (buscar sección "motor protection" y "overload relays").
- IEEE Xplore para artículos técnicos sobre protección de motores (búsqueda por "motor thermal overload protection").