El método de arranque de un motor se elige a partir de cuatro datos: el par que pide la carga durante el arranque, lo que la red tolera en corriente y caída de tensión, cuántas veces arranca el motor y si el proceso necesita variar la velocidad. El arranque directo es el más simple y exige una red fuerte; estrella-triángulo reduce corriente y par para arranques en vacío; el arrancador suave suaviza el arranque y la parada de cargas que no necesitan velocidad variable; el variador controla la velocidad todo el tiempo. Ninguno es mejor en general: depende de la aplicación.
El método de arranque es una decisión del conjunto
Arrancar un motor de inducción de jaula conectándolo directo a la red produce una corriente de varias veces la nominal. También produce un par que puede ser más que suficiente para la carga. Esa corriente deprime la tensión de la barra y ese par exige a la transmisión. Los métodos de arranque existen para controlar una cosa, la otra o ambas. Elegir bien exige mirar la carga, la red y el proceso, no solo el motor. Para el panorama del motor véase motor de inducción y sus protecciones.
Las cuatro preguntas
- ¿Qué par pide la carga al arrancar? Una bomba o ventilador centrífugo pide poco par al inicio. Una banda cargada, una trituradora, un compresor de pistón o un molino pueden pedir par alto desde velocidad cero.
- ¿Qué tolera la red? La potencia de cortocircuito del punto, el transformador, los generadores y las otras cargas sensibles de la barra determinan la caída de tensión admisible (véase arranque de motores grandes y caída de tensión).
- ¿Cuántas veces arranca? Un motor que arranca decenas de veces por hora tiene exigencias térmicas y de aparamenta distintas de uno que arranca una vez por turno.
- ¿Hay que variar la velocidad? Si el proceso necesita velocidad variable, la pregunta del arranque se resuelve con el método de control de velocidad.
Comparación de métodos
| Método | Corriente de arranque | Par de arranque | Control de velocidad | Complejidad | Uso típico |
|---|---|---|---|---|---|
| Directo | Plena (varias veces la nominal) | Pleno | No | Mínima | Motores pequeños, redes fuertes, cargas que toleran el golpe |
| Estrella-triángulo | Reducida a aproximadamente un tercio | Reducido a aproximadamente un tercio | No | Baja | Arranque en vacío o con carga ligera, motores medianos |
| Autotransformador o resistencias | Reducida según la derivación | Reducido | No | Media | Motores grandes con red débil, instalaciones más antiguas |
| Arrancador suave | Limitada por rampa o por límite de corriente | Reducido y ajustable | No (solo en arranque y parada) | Media | Bombas, ventiladores, bandas, compresores sin velocidad variable |
| Variador de frecuencia | Cercana a la nominal | Alto desde baja velocidad | Sí, continuo | Alta | Procesos con velocidad variable o arranque exigente |
La reducción a un tercio en estrella-triángulo es la relación habitual del método. Se asocia a una conexión de motor de seis terminales cuya tensión en triángulo coincide con la de la red. Para la comparación entre los dos últimos, véase arrancador suave o variador de frecuencia y, para el equipo suave, arrancador suave.
Guía por aplicación
- ¿El proceso necesita variar la velocidad del motor?
- Sí: Variador de frecuencia
- No: ¿La red tolera la corriente de arranque directo sin caída de tensión inaceptable?
- Sí: Arranque directo, con la aparamenta y las protecciones verificadas
- No: ¿La carga arranca en vacío o con poca carga?
- Sí: Estrella-triángulo o arrancador suave
- No: Arrancador suave con límite de corriente, o variador si el par exige corriente moderada
Algunas aplicaciones típicas, a título de orientación:
- Bombas centrífugas. Arrancador suave por el golpe de ariete, o variador si el caudal varía.
- Ventiladores. La inercia alta lleva a arranques largos; el arrancador suave limita la corriente y el variador gana si hay regulación de caudal.
- Bandas transportadoras. Pide par de arranque considerable; el arrancador suave con límite de corriente o el variador evitan golpes y derrames.
- Compresores. Según el tipo: de tornillo suele arrancar en vacío, de pistón puede pedir par más alto.
- Trituradoras y molinos. Par alto, inercia grande; suelen requerir variador o arrancador suave bien dimensionado, con revisión del tiempo de arranque y del calentamiento.
- Motores pequeños de servicio simple. Arranque directo, si la red lo permite.
Esta tabla no sustituye al cálculo: con los datos reales de la carga y la red, el estudio de arranque confirma o descarta la elección.
Qué más se revisa
- Protecciones coherentes con el método. El tiempo de arranque cambia con el método y exige revisar la clase de disparo del relé (véase relé térmico y clases de disparo).
- Número de arranques por hora. Limita el calentamiento del motor y del arrancador.
- Generador de emergencia. Un motor que arranca bien desde la red puede no hacerlo desde un generador de potencia limitada.
- Armónicos y compatibilidad. Arrancadores suaves y variadores tienen efectos en la red que se evalúan en el estudio.
- Mantenimiento y repuestos. La complejidad del método influye en el servicio posterior.
Ejemplo ilustrativo
Valores inventados.
Una bomba de 55 kW alimentada desde un transformador compartido con equipos sensibles (ilustrativo). La corriente de arranque directo, cercana a siete veces la nominal, produce una caída de tensión que reinicia controladores de otras máquinas en la misma barra. La bomba trabaja a caudal constante. Con la comparación anterior: arranque directo descartado por la red. Estrella-triángulo reduciría la corriente, pero la transición y la caída en el cambio todavía afectan. El arrancador suave limita la corriente con una rampa y evita el golpe de ariete con rampa de parada. Se elige arrancador suave. Si en el futuro el caudal debe regularse, el estudio indicará el variador y cambiarán las condiciones.
Datos mínimos para un estudio de arranque
Un estudio de arranque confiable parte de datos concretos que conviene reunir antes de la reunión de diseño.
Del motor: potencia, tensión, corriente nominal, velocidad, corriente y par de rotor bloqueado, letra de código, momento de inercia del rotor y tiempo máximo que resiste con rotor bloqueado, todo en la placa y en la hoja de datos del fabricante.
De la carga: curva de par resistente en función de la velocidad (la bomba, el ventilador, la banda y el molino son distintos), momento de inercia reflejado al eje del motor y requisitos de aceleración o de parada controlada.
De la red: potencia de cortocircuito en la barra de conexión, impedancia del transformador, caída de tensión permitida por el operador de red o por las demás cargas, y características de cualquier generador de respaldo.
Del servicio: arranques por hora, tiempo de funcionamiento, ambiente y requisitos de continuidad.
Con esos datos, el estudio calcula la curva de par del motor frente a la de la carga durante el arranque con cada método candidato, la corriente de línea y la caída de tensión resultantes, el tiempo de aceleración y el calentamiento. El resultado es una comparación numérica de las opciones en lugar de una elección por costumbre. Es el procedimiento descrito por las prácticas recomendadas para estudios de arranque de motores, que no se reproduce aquí en detalle.
Qué suele sorprender. Con frecuencia el motor «sobra» y la red «no alcanza», o al revés. Un motor con rotor de par bajo y una carga pesada puede no acelerar con un arrancador suave a tensión reducida. Una barra aparentemente fuerte puede caer más de lo esperado si el transformador es compartido. Y un generador de respaldo, de potencia limitada, puede ser el límite que obliga a escoger un método más suave que el que la red normal permitiría.
Después de elegir. El método elegido se documenta con sus ajustes (rampa, límite de corriente, tiempo de arranque, clase del relé) y se registra el resultado de la prueba de arranque. De ese modo, un cambio posterior de carga o de red puede compararse con la línea base.
Errores frecuentes
- Elegir el método por costumbre o por el precio del equipo.
- Usar estrella-triángulo con cargas que piden par alto al arrancar.
- Poner un arrancador suave a una carga con par de arranque muy alto sin revisar si arranca.
- No considerar el generador de emergencia en la selección.
- Ignorar el número de arranques por hora en el dimensionamiento térmico.
- Cambiar el método sin revisar relé de sobrecarga, cableado y protecciones.
- No medir la caída de tensión real del arranque.
Lista de verificación
- Curva de par resistente e inercia de la carga.
- Potencia de cortocircuito, transformador y caída de tensión admisible.
- Número de arranques por hora y régimen de servicio.
- Necesidad de velocidad variable.
- Método candidato verificado por cálculo o por estudio de arranque.
- Protecciones y aparamenta revisadas para el método elegido.
- Comportamiento con el generador de emergencia, si existe.
- Prueba de arranque con medición de corriente y tensión en la puesta en servicio.
Cuándo llamarnos
La elección del arrancador es barata de revisar y cara de corregir después. Nuestro equipo puede hacer su estudio de arranque, de caída de tensión y de calidad de potencia y, para un equipo ya instalado, probarlo y ponerlo en servicio. Escríbanos por contacto con la placa del motor, el tipo de carga y los datos de la red.
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Referencias
- IEC 60947-4-2, Contactors and motor-starters – AC semiconductor motor controllers and starters.
- IEEE 3002.7, Recommended Practice for Conducting Motor-Starting Studies and Analysis of Industrial and Commercial Power Systems.
- Guías de especificación de motores y de arrancadores de fabricantes (WEG, ABB).
Preguntas frecuentes
¿Qué arrancador conviene para una bomba centrífuga?
Una bomba centrífuga pide poco par al inicio y lo aumenta con la velocidad, por lo que acepta bien un arrancador suave, que además evita el golpe de ariete con rampa de parada. Si el caudal debe variar durante la operación, el variador es la opción, y además permite ahorro de energía.
¿Por qué no usar estrella-triángulo con cualquier carga?
Porque reduce el par de arranque junto con la corriente, y una carga que pide par alto desde cero velocidad no acelera en estrella. Además, el paso de estrella a triángulo produce una transición con corriente elevada. Sirve para arranques en vacío o con carga ligera.
¿Cuándo el arranque directo es suficiente?
Cuando la red y el transformador toleran sin problema la corriente de arranque, cuando la carga y la transmisión resisten el par de arranque pleno, y cuando el motor arranca pocas veces. Es la solución más simple y robusta; solo hay que verificarla, no descartarla por costumbre.
¿Un arrancador suave sirve para cargas pesadas con arranque a plena carga?
Con limitaciones. El arrancador suave reduce la tensión, y el par cae con el cuadrado de ella; en cargas que piden mucho par desde velocidad cero puede no haber una rampa que arranque sin que la corriente suba tanto como en arranque directo. En esos casos se evalúa un variador o un motor de rotor bobinado.