Motor de jaula de ardilla frente a motor de anillos rozantes: ¿cuál es mejor para uso industrial?

La elección entre estos dos diseños de motor de inducción depende principalmente de las condiciones de arranque, la inercia de la carga, los requisitos de control de velocidad, la capacidad de mantenimiento y el costo del proyecto. Los motores de jaula de ardilla son adecuados para la mayoría de los equipos industriales convencionales, mientras que los diseños de rotor bobinado siguen siendo valiosos para ciertas aplicaciones que requieren un arranque pesado.

Por lo tanto, la decisión entre un motor de jaula de ardilla y un motor de anillos rozantes debe basarse en el perfil completo de la carga, y no únicamente en la potencia nominal. DAYOU MOTOR suministra motores industriales para bombas, ventiladores, compresores, cintas transportadoras, trituradoras, molinos y maquinaria para fabricantes de equipos originales (OEM).

El diseño del rotor marca la diferencia principal.

Para comprender la elección entre un motor de jaula de ardilla y un motor de anillos rozantes, es necesario empezar por el rotor.

Un rotor de jaula contiene barras de aluminio o cobre que están permanentemente cortocircuitadas por anillos extremos. Carece de escobillas o conexiones eléctricas externas, lo que confiere al motor una estructura sencilla y duradera.

El diseño de anillos rozantes —también denominado motor de inducción de rotor bobinado— incorpora devanados trifásicos aislados en el rotor. Estos devanados se conectan a resistencias externas o a equipos de arranque mediante anillos rozantes y escobillas.

La resistencia externa del rotor permite ajustar el par de arranque y la corriente durante la aceleración. Una vez que el motor alcanza su velocidad de régimen, la resistencia suele reducirse o puentearse, según el diseño del arrancador.

Las diferencias de rendimiento son más acusadas durante el arranque.

Una comparación práctica entre motores de jaula de ardilla y motores de anillos rozantes revela que las mayores diferencias se presentan durante el arranque, el funcionamiento a baja velocidad y el mantenimiento.

El motor de jaula de ardilla emplea barras conductoras y anillos extremos en el rotor. Su par de arranque es moderado en los diseños de uso general, mientras que la corriente de arranque a tensión plena (conexión directa a la red) puede ser elevada. El control de velocidad resulta eficiente cuando se combina con un variador de frecuencia (VFD). Al carecer de escobillas, ofrece una gran fiabilidad, requiere poco mantenimiento y, por lo general, conlleva menores costes de adquisición y de ciclo de vida. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen bombas, ventiladores, compresores y maquinaria en general.

Un motor de anillos rozantes utiliza un rotor bobinado trifásico. Puede proporcionar un par de arranque elevado y ajustable, mientras que la resistencia externa del rotor ayuda a limitar la corriente de arranque. El control de velocidad mediante la resistencia del rotor es posible, pero menos eficiente, ya que el exceso de potencia de deslizamiento se disipa en forma de calor. El diseño requiere inspecciones periódicas de las escobillas, los anillos rozantes, las resistencias y los componentes asociados, por lo que sus costes iniciales y de ciclo de vida suelen ser más elevados. Entre las aplicaciones típicas se incluyen molinos, trituradoras, polipastos y equipos de alta inercia.

También existen diseños de rotor de jaula de ardilla con alto par de arranque; por ello, el rendimiento en el arranque debe verificarse consultando la curva real de par frente a corriente, en lugar de deducirlo únicamente a partir del tipo de rotor.

Los motores de jaula de ardilla son adecuados para la mayoría de los equipos industriales de uso general.

Por lo general, el motor de jaula de ardilla es la opción preferida cuando el equipo funciona de forma continua, arranca bajo una carga manejable o utiliza un variador de frecuencia (VFD) para la aceleración y el control de velocidad.

Su rotor de diseño sencillo ofrece varias ventajas:

  • Sin escobillas ni anillos rozantes
  • Bajo mantenimiento rutinario
  • Construcción mecánica robusta
  • Buena fiabilidad en funcionamiento continuo
  • Amplia disponibilidad
  • Coste de adquisición competitivo
  • Control de velocidad eficiente mediante variador de frecuencia (VFD)
  • Instalación y mantenimiento más sencillos

Un proveedor chino de motores de jaula de ardilla para fabricantes de equipos originales (OEM) de bombas europeas debe analizar la curva de la bomba, el punto de funcionamiento, el régimen de servicio, la tensión, la eficiencia, el tipo de montaje y el rango del variador de frecuencia antes de recomendar un modelo.

Los motores de jaula de ardilla se utilizan habitualmente en bombas, ventiladores, sopladores, compresores, máquinas herramienta, sistemas de climatización (HVAC), mezcladoras y cintas transportadoras convencionales. Por lo general, también resultan más adecuados para entornos con polvo, humedad o agentes corrosivos, o para instalaciones sin supervisión constante, ya que el rotor carece de conjunto de escobillas y anillos rozantes.

Los diseños con anillos rozantes permiten arranques exigentes

Un motor de anillos rozantes puede resultar más adecuado cuando el equipo accionado presenta una inercia muy elevada, requiere arrancar a plena carga o necesita un par elevado sin generar una corriente de línea excesiva.

Entre las aplicaciones típicas se incluyen:

  • Molinos de bolas
  • Trituradoras
  • Máquinas de extracción minera
  • Grúas de gran tamaño
  • Molinos de cemento
  • Cintas transportadoras cargadas
  • Ventiladores grandes de alta inercia
  • Equipos pesados ​​de movimiento alternativo

Se puede optar por un motor de anillos rozantes para equipos de minería en África cuando las trituradoras, los sistemas de izaje o los molinos deban acelerar grandes cargas y el suministro eléctrico no admita corrientes de arranque elevadas.

Asimismo, un motor de rotor bobinado puede resultar práctico para plantas de cemento en Oriente Medio si la instalación ya utiliza arrancadores de resistencia líquida u otro sistema establecido de resistencia rotórica.

El motor, el arrancador, la resistencia, los cables y la secuencia de control deben considerarse como un único sistema. Unos pasos de resistencia o unos tiempos de aceleración inadecuados pueden provocar sobrecalentamiento, un par insuficiente, un desgaste excesivo de las escobillas o periodos de arranque prolongados.

Un variador de frecuencia (VFD) transforma el proceso de selección moderno.

Para la mayoría de los nuevos proyectos, la elección entre un motor de jaula de ardilla y un motor de anillos rozantes debería incluir una comparación técnica y comercial con un motor de jaula accionado por un variador de frecuencia (VFD).

Un VFD puede proporcionar:

  • Corriente de arranque controlada
  • Aceleración suave
  • Par de arranque ajustable
  • Control de velocidad del proceso
  • Reducción de impactos mecánicos
  • Ahorro de energía en cargas de par variable
  • Aceleración y deceleración programables

Un sistema de variador de frecuencia (VFD) con motor de jaula de ardilla para cintas transportadoras en el Sudeste Asiático suele permitir arranques frecuentes y variaciones en la velocidad de producción sin necesidad de escobillas, anillos rozantes ni resistencias externas en el rotor.

Sin embargo, la incorporación de un variador de frecuencia no resuelve automáticamente todos los problemas de arranque. El variador debe suministrar la corriente y el par necesarios durante toda la aceleración, mientras que el motor debe verificarse en cuanto a refrigeración a baja velocidad, esfuerzo del aislamiento, corrientes en los rodamientos, longitud del cable y velocidad máxima.

Para cargas de inercia extremadamente alta, el variador de frecuencia (VFD) y el motor requeridos pueden resultar grandes o costosos. Un sistema de rotor bobinado puede seguir siendo competitivo cuando la planta, el equipo de mantenimiento y el sistema eléctrico existentes ya están diseñados en torno a esta tecnología.

El control de velocidad por resistencia rotórica tiene límites de eficiencia.

La resistencia externa puede reducir la velocidad de operación de un diseño de rotor bobinado, pero la potencia de deslizamiento se convierte en calor. Esto hace que el control de velocidad basado en resistencias sea ineficiente cuando se utiliza de forma continua.

Las aplicaciones modernas que requieren ajustes frecuentes de velocidad suelen optar por un variador de frecuencia (VFD). El uso de resistencias en el rotor es más habitual para mejorar el arranque o para dar soporte a instalaciones existentes donde no resulta práctico sustituir todo el sistema de accionamiento.

Si una planta requiere una operación continua a baja velocidad, los compradores deben comparar el consumo de energía, la generación de calor en las resistencias, la ventilación, la precisión del control y los requisitos de mantenimiento antes de elegir el método de accionamiento.

Las condiciones de mantenimiento pueden determinar cuál es la mejor opción.

La comparación de costos entre el motor de jaula de ardilla y el motor de anillos rozantes debe incluir la mano de obra de mantenimiento, los repuestos, el tiempo de inactividad de la producción y las pérdidas de energía.

Los motores de jaula de ardilla requieren principalmente revisiones habituales de los rodamientos, la refrigeración, el aislamiento y la alineación. Los modelos de rotor bobinado requieren atención adicional en los siguientes aspectos:

  • Desgaste de las escobillas
  • Presión de las escobillas
  • Estado de la superficie de los anillos rozantes
  • Polvo de carbón
  • Conexiones del rotor
  • Resistencias de arranque
  • Dispositivos de elevación o cortocircuito de escobillas
  • Ventilación alrededor de la cámara de los anillos

Un contacto deficiente de las escobillas puede provocar chispas, sobrecalentamiento localizado, inestabilidad en la corriente y daños en los anillos rozantes. Asimismo, los entornos con presencia de polvo o condiciones peligrosas pueden requerir envolventes especializados, procedimientos de limpieza y medidas de protección.

Un fabricante chino de motores industriales destinado a proyectos en Sudamérica debe abordar los aspectos relativos al acceso a las escobillas, los anillos rozantes, las resistencias y el soporte técnico antes de que se apruebe el equipo.

La potencia y el par aún requieren un cálculo completo

Cualquiera que sea el diseño del rotor elegido, la potencia nominal es sólo el punto de partida. Los compradores deben proporcionar:

  • Curva de par-velocidad de la carga
  • Carga máxima y normal
  • Inercia total del sistema
  • Tiempo de aceleración requerido
  • Arranques por hora
  • Velocidad del motor y número de polos
  • Tensión, frecuencia y caída de tensión admisible
  • Relación de transmisión y eficiencia de la transmisión
  • Método de arranque y control
  • Temperatura ambiente y altitud
  • Dimensiones de montaje y del eje
  • Grado de protección IP y ciclo de trabajo

Los arranques frecuentes también generan estrés térmico. Un motor puede proporcionar el par necesario para un arranque, pero sobrecalentarse si dicho arranque se repite con demasiada frecuencia.

Preguntas frecuentes

¿Qué diseño es más fiable?

El diseño de jaula de ardilla es generalmente más fiable, ya que carece de escobillas o anillos rozantes. La calidad del mantenimiento cobra mayor importancia en las máquinas de rotor bobinado.

¿Qué motor proporciona un par de arranque mayor?

Un diseño de rotor bobinado puede ofrecer un par de arranque elevado y ajustable mediante resistencias externas. Un diseño de jaula de ardilla también puede proporcionar un par de arranque elevado si el rotor y el sistema de control están diseñados específicamente para la carga.

¿Puede un variador de frecuencia (VFD) sustituir a un sistema de anillos rozantes?

En muchas aplicaciones, sí; sin embargo, el reemplazo debe verificarse en función de los límites de par, corriente, inercia, tiempo de aceleración, refrigeración y alimentación eléctrica. No se trata de un reemplazo directo en todos los proyectos.

¿Qué diseño es más adecuado para bombas y ventiladores?

Por lo general, se prefiere el motor de jaula de ardilla, ya que las bombas y los ventiladores suelen beneficiarse de una construcción sencilla, un bajo mantenimiento y un control de velocidad eficiente mediante variador de frecuencia (VFD).

¿Qué diseño es adecuado para molinos de bolas y trituradoras?

Ambas opciones son posibles. Los diseños de rotor bobinado siguen siendo útiles para arranques con cargas pesadas o inercias muy elevadas, aunque también conviene evaluar los sistemas modernos de jaula de ardilla accionados por variador de frecuencia.

Elija en función de las condiciones de arranque.

Para muchos proyectos, la elección entre un motor de jaula de ardilla y uno de anillos rozantes es sencilla: opte por un diseño de jaula para aplicaciones industriales generales, bajo mantenimiento y un control eficiente de velocidad variable; considere, en cambio, un diseño de rotor bobinado para arranques excepcionalmente difíciles o para sistemas existentes basados ​​en resistencias.

DAYOU MOTOR suministra motores de jaula y de rotor bobinado con diversas especificaciones de potencia, tensión, velocidad, configuración de montaje, grado de protección y características de arranque. Disponer de datos completos sobre carga, inercia, arranque y condiciones ambientales permite seleccionar conjuntamente el motor y el sistema de control.