← Volver a la categoría Drives & Motors

Una mirada cercana al enfriamiento del motor eléctrico

Mejorar la eficiencia de la conversión eléctrica y los nuevos métodos de gestión térmica puede significar que en el futuro los motores funcionan mucho mejor de lo que lo hacen hoy en día. Pero hasta entonces, la disipación de calor sigue siendo una consideración importante para los diseñadores de sistemas accionados por motor. Bill Bertram, del fabricante de automóviles Marathon Electric, observa el estado del arte y lanza un ojo a su bola de cristal.

Primero, veamos los conceptos básicos de los motores y su gestión térmica. El calor es un subproducto de la conversión de la entrada eléctrica a la salida mecánica, realizada por un motor u otra máquina eléctrica rotativa. De hecho, es parte de la ineficiencia, al igual que el ruido. Los diseños de motores se vuelven cada vez más eficientes, lo que significa que están produciendo menos calor, pero aún lo suficiente como para requerir la consideración de los diseñadores de sistemas accionados por motor.

La forma más simple de dispersión de calor es a través de la conducción hacia el aire circundante o la estructura de la maquinaria accionada. Para ayudar con esto, un disipador de calor, generalmente un bloque con aletas de aluminio con una gran superficie, se puede fijar al motor para absorber el calor y disiparlo rápidamente a la atmósfera. Una variación de esto se encuentra en muchos motores industriales, que tienen una cubierta con aletas en gran parte de su longitud corporal.

Otro método común para mantener los motores eléctricos frescos es el enfriamiento por aire forzado. Los motores industriales a menudo tienen un ventilador integrado, montado en la parte posterior del eje de salida, de modo que gira al mismo ritmo que la carga accionada. Esto está protegido por una cubierta perforada, que también protege los dedos inquisitivos de las aspas del ventilador. Este tipo de motor a menudo se denomina "ventilador cerrado totalmente cerrado" (TEFC). Una variación de esto, a menudo utilizada con servomotores, es un ventilador eléctrico excitado independientemente. Un motor enfriado puede operar a mayor carga y es probable que tenga una vida útil más larga que un motor no refrigerado. La ventilación forzada también se usa cuando la velocidad del motor está controlada por un convertidor de frecuencia. A bajas velocidades, el ventilador soportado por el eje del motor se vuelve ineficiente, por lo que se necesita una ventilación forzada para suministrar el volumen del aire de enfriamiento requerido para enfriar el motor.

Enfriamiento líquido

Un refrigerante líquido tiene una capacidad mayor que el aire ambiente para absorber el calor de un motor. Se puede usar agua, glicol u otros líquidos como refrigerante. Con el agua existe la opción de utilizar un sistema de enfriamiento de circuito abierto, en el que el agua, normalmente desde el suministro de la red, circula alrededor del motor para absorber el calor y luego se descarga en un drenaje.

Sin embargo, los sistemas de circuito cerrado también se usan y, de hecho, se deben usar con enfriamiento sin agua. En estos, el refrigerante se recircula constantemente a través de un intercambiador de calor para enfriarlo antes de reutilizarlo. El intercambiador de calor puede ser simplemente enfriado por aire, con el calor disipado a la atmósfera, o la energía térmica puede almacenarse y / o transferirse para su uso en otro lugar.

También hay otros sistemas de enfriamiento menos comunes. Por ejemplo, los investigadores de laboratorio que desarrollan motores de super alto rendimiento pueden considerar necesario usar nitrógeno líquido ultra frío como agente refrigerante. En otros lugares, los ROV submarinos (vehículos operados a distancia) generalmente usan servomotores muy resistentes como propulsores, pero no tienen un sistema de enfriamiento diseñado; en cambio, explotando las profundidades oceánicas como un "sumidero de calor infinito".

Fresco y exótico

También existen métodos más exóticos de enfriamiento del motor y pueden volverse más comunes a medida que se desarrollan los usos y el rendimiento del motor. Por ejemplo, en algunas aplicaciones de alto rendimiento, la generación de calor puede ser extrema y, por lo tanto, requiere una eliminación rápida. En tales casos, es posible enfriar los devanados directamente al tener canales de refrigerante encerrados que se extienden a lo largo de las ranuras del estator y entre los devanados.

Incluso es posible considerar enfriar directamente los conductores por inmersión en un refrigerante eléctricamente no conductor. Los fluidos adecuados para esto incluyen agua desionizada (conductor eléctrico pobre) y aceites de transformador (que están especialmente formulados para ser no conductores).

Otros métodos de enfriamiento incluyen pulverizar aceite directamente sobre las espiras extremas de los conductores.

Para los ingenieros industriales, la disipación de calor a menudo no es un problema; los motores tienen suficiente flujo de aire libre o su ventilador de enfriamiento estándar es más que adecuado. Sin embargo, se debe considerar la gestión térmica si un motor se va a utilizar en:

• un clima cálido,
• en un espacio confinado donde el flujo de aire natural es probable que esté restringido,
• si es posible que el motor entre en contacto con materiales inflamables o con las manos de los usuarios,
• si la expansión térmica podría convertirse en un problema.

En cambio, los ingenieros de maquinaria deben tener en cuenta que el calor generado por los motores eléctricos es el resultado de pérdidas eléctricas y mecánicas, es decir, ineficiencias. Por lo tanto, si se encuentra que un motor está funcionando en caliente, puede valer la pena analizar la eficiencia del sistema de accionamiento. Reemplazar un motor antiguo con una unidad moderna de alta eficiencia puede resolver problemas térmicos y reducir el consumo de energía. Alternativamente, liberar un cojinete puede pagar dividendos. Otra posibilidad es que puede ser práctico recuperar la energía térmica a través de una camisa de agua y usarla en otro lugar.

De hecho, la refrigeración de las máquinas rotativas está codificada en las normas IEC 34.6 y AS 1359.21, que proporcionan directrices sobre qué disposiciones de refrigeración pueden ser apropiadas en situaciones particulares.

En un extraño giro de los acontecimientos, los ingenieros automotrices pueden dar el próximo gran salto en el desarrollo del motor eléctrico. Los vehículos eléctricos e híbridos se desarrollan rápidamente, y para ellos, disipar el calor del motor eléctrico es un problema importante. La solución obvia es un sistema de radiador, similar a los que ya se encuentran en los automóviles, pero los rendimientos potenciales son tales que vale la pena explorar otras opciones, y cualquier nueva tecnología puede transferirse a unidades industriales y otros campos.

Informador de la industria de procesos

Solicite más información sobre este artículo de noticias / producto

Noticias relacionadas

Deje un comentario.

Su dirección de correo electrónico no será publicado. Los campos necesarios están marcados *

Este sitio usa Akismet para reducir el correo no deseado. Descubra cómo se procesan los datos de sus comentarios.