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Aspectos a considerar en el uso de motores el�ctricos menores de 2hp en zonas rurales del Ecuador

 

Aspects to consider in the use of electric motors under 2hp in rural areas of Ecuador

 

Aspectos a serem considerados no uso de motores el�tricos abaixo de 2hp em �reas rurais do Equador

 

 

Correspondencia: gjmieles@utm.edu.ec

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de revisi�n

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*Recibido: 9 de agosto de 2021 *Aceptado: 17 de agosto de 2021 * Publicado: 17 de septiembre de 2021

 

1. Estudiante de Posgrado de la Maestr�a Acad�mica con Trayectoria de Investigaci�n en Electricidad menci�n Sistemas El�ctricos de Potencia en la UTM, Ingeniero El�ctrico en Sistema El�ctrico de Potencia, Mag�ster en Gerencia Educativa, Docente Investigador de la Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
2. Doctora en Ciencias T�cnicas, Ingeniera El�ctrica en Control Autom�tico, Coordinadora de la Maestr�a Acad�mica con Trayectoria de Investigaci�n en Electricidad menci�n Sistemas El�ctricos de Potencia en la UTM, Docente Investigadora de la Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.
3. Doctorando en la Cujae- La Habana Cuba, Mag�ster en Gerencia Educativa, Ingeniera El�ctrica en Sistema El�ctrico de Potencia, Docente Investigadora de la Universidad T�cnica de Manab�, Ecuador.

Resumen

Este articulo muestra Aspectos a considerar en el uso de motores el�ctricos menores de 2hp en zonas rurales del Ecuador, las cuales son ricas en producci�n agr�cola, y han requerido de maquinaria e implementos para operar, necesitando los agricultores de motores que ayuden en las tareas diarias del campo. Una de esas tareas esenciales ha constituido el bombeo de agua para regu�o que se lo hace desde un r�o, estanque, canal de riego, albarradas, pozos, etc.; que por lo general usan motores monof�sicos de potencia fraccionaria (menores de 1 kW) en multitud de aplicaciones particularmente en electrodom�sticos, pero las aplicaciones de los de potencia entera (mayores de 1 kW) son mucho m�s espec�ficas, siendo una de ellas los usos rurales.

La necesidad del motor de inducci�n monof�sico se explica de la siguiente forma: existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compa��a el�ctrica s�lo suministra un servicio de C.A monof�sico. Adem�s, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores peque�os que trabajen con suministro monof�sico para impulsar diversos artefactos electrodom�sticos tales como m�quinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc.; en este caso tenemos los motores de estas bombas de regu�o rural muy usados para sus actividades por su f�cil acceso comercial, costo, acoplamiento e instalaci�n.

Palabras claves: Monof�sico; inducci�n; bombeo; red; baja tensi�n.

 

Abstract

This article shows Aspects to consider in the use of electric motors under 2hp in rural areas of Ecuador, which are rich in agricultural production, and have required machinery and implements to operate, the farmers needing motors to help in daily tasks of the field. One of these essential tasks has been the pumping of water for irrigation that is done from a river, pond, irrigation canal, albarradas, wells, etc .; that generally use single-phase motors of fractional power (less than 1 kW) in a multitude of applications, particularly in household appliances, but the applications of those of full power (greater than 1 kW) are much more specific, one of them being rural uses .

The need for a single-phase induction motor is explained as follows: there are many facilities, both industrial and residential, to which the electric company only supplies a single-phase AC service. In addition, there is almost always a need in every place for small motors that work with single-phase supply to drive various household appliances such as sewing machines, drills, vacuum cleaners, air conditioners, etc .; in this case we have the motors of these rural irrigation pumps widely used for their activities due to their easy commercial access, cost, coupling and installation.

Keywords: Single-phase; induction; pumping; network; low voltage.

 

Resumo

Este articulo muestra Aspectos a considerar en el uso de motores el�ctricos menores de 2hp en zonas rurales del Ecuador, las cuales son ricas en producci�n agr�cola, y han requerido de maquinaria e implementos para operar, necesitando los agricultores de motores que ayuden en las tareas diarias do campo. Uma dessas tarefas essenciais tem sido o bombeamento de �gua para irriga��o que � feito a partir de um rio, lagoa, canal de irriga��o, albarradas, po�os, etc .; que geralmente usam motores monof�sicos de pot�ncia fracionada (menos de 1 kW) em uma infinidade de aplica��es, principalmente em eletrodom�sticos, mas as aplica��es de pot�ncia total (maior que 1 kW) s�o muito mais espec�ficas, sendo uma delas usos rurais.

A necessidade de um motor de indu��o monof�sico explica-se da seguinte forma: s�o muitas as instala��es, tanto industriais como residenciais, para as quais a companhia el�trica fornece apenas um servi�o CA monof�sico. Al�m disso, quase sempre existe a necessidade em todos os locais de pequenos motores que funcionem com alimenta��o monof�sica para acionar diversos eletrodom�sticos como m�quinas de costura, furadeiras, aspiradores de p�, condicionadores de ar, etc.; neste caso temos os motores dessas bombas de irriga��o rural amplamente utilizados para suas atividades devido � facilidade de acesso comercial, custo, acoplamento e instala��o.

Palavras-chave: Monof�sico; indu��o; bombeamento; rede; baixa tens�o.

 

Introducci�n

La ciencia y la tecnolog�a son procesos sociales en varios e importantes sentidos. Revalorizar lo social no como escenario sino como elemento decisorio es comenzar a andar en una direcci�n correcta. Lo social ayuda a entender la ciencia en contexto, lo que aqu� apunta al entramado de circunstancias econ�micas, pol�ticas y culturales que le dan sentido y orientaci�n a una pr�ctica cient�fica determinada (Nu�ez J, 2002).

Por otro lado, el conocimiento cient�fico y tecnol�gico es una de las principales riquezas de las sociedades contempor�neas y un elemento indispensable para impulsar el desarrollo econ�mico y social. La ciencia, la tecnolog�a y la innovaci�n se han convertido en herramientas necesarias para la transformaci�n de las estructuras productivas, la explotaci�n racional de los recursos naturales, el cuidado de la salud, la alimentaci�n, la educaci�n y otros requerimientos sociales (Murillo, 2012).

La energ�a es uno de los pilares fundamentales del progreso humano. La electricidad constituye una parte b�sica de las necesidades del hombre moderno, al igual que el suministro de agua limpia, el cuidado m�dico, la educaci�n, etc. (Rodr�guez G. Mar�a, 2015).

En el Ecuador la dotaci�n de energ�a el�ctrica est� compuesta por energ�a termoel�ctrica en un 46%, el 40% por hidroel�ctricas, el 12% por interconexi�n internacional y el 2% por biomasa, la combusti�n de combustibles f�siles como el petr�leo, han generado contaminaci�n por di�xido de carbono, azufre, �xido nitroso contribuyendo al efecto invernadero, lo que ha ocasiona sequ�as, inundaciones, deterioro de ecosistemas y disminuci�n de la calidad del aire, por otro lado debido a la poca accesibilidad de las comunidades rurales la dotaci�n de energ�a el�ctrica que se recibe es de p�sima calidad, lo que ocasiona la destrucci�n de electrodom�sticos, impidiendo el desarrollo socio econ�mico de los habitantes de la zona (CONELEC, 2017).

En zonas rurales puede ser necesario disponer de fuerza motriz relevante para alimentar los motores de los sistemas de riego o para algunos procesos productivos.� Una caracter�stica com�n a estas �reas es la alta dispersi�n de los puntos de consumo, esto da lugar a extensas l�neas de media tensi�n, en general de baja potencia de cortocircuito, para abastecer pocos puntos de consumo. Como los conductores que se usan en esas l�neas transportan relativamente poca corriente, el dise�o de los mismos responde principalmente a razones mec�nicas m�s que a el�ctricas; por lo tanto, el costo de una l�nea normal depende casi exclusivamente de su longitud y cantidad de conductores activos.

En las zonas rurales, la energ�a el�ctrica se hace m�s que indispensable, en el uso para mover motores que ayuden en las tareas diarias del campo, una de esas tareas esenciales es el bombeo de agua para regu�o, que se lo hace desde un r�o, estanque, canal de riego, albarradas, pozos, etc. Por lo general se usan motores monof�sicos de potencia fraccionaria (menores de 1 kW) son ampliamente utilizados en multitud de aplicaciones, particularmente en electrodom�sticos, pero las aplicaciones de los de potencia entera (mayores de 1 kW) son mucho m�s espec�ficas, siendo una de ellas, los usos rurales.

Comparando las caracter�sticas de los motores monof�sicos convencionales de potencia entera con los trif�sicos de la misma potencia y velocidad, estos �ltimos son mucho m�s convenientes. Los motores trif�sicos tienen: mejor rendimiento y factor de potencia, son m�s peque�os, menos costosos y m�s silenciosos. Respecto a la corriente de arranque a plena tensi�n los motores trif�sicos convencionales absorben de 6 a 7 veces su corriente nominal, mientras que los monof�sicos pueden llegar a 10 veces la corriente nominal.

Esto �ltimo es la principal limitaci�n que tiene el empleo de los motores monof�sicos convencionales en las largas, y generalmente d�biles redes de distribuci�n rural.� Un arranque puede producir importantes huecos de tensi�n en la red y afectar a otros dispositivos conectados a la misma como ser, computadoras, l�mparas de descarga, contactores y si hay otros motores conectados a esa red, en el momento de la restituci�n de la tensi�n, toman un pico de corriente, lo que complica a�n m�s el problema (Mieles, 2020).

Por esos motivos, en algunos pa�ses las distribuidoras limitan la m�xima potencia de los motores monof�sicos que se pueden conectar a sus redes a menos de 10 kW (PDHengineer.com), (Roger Lawrence).

Los motores monof�sicos al tener su bobinado conectado a una sola fase de la red, solamente crean un flujo alterno de direcci�n constante, que no es capaz de producir el giro del rotor. S� puede girar por s� mismo, una vez que haya adquirido velocidad.

Figura 1. Motor Monof�sico de inducci�n M�quinas El�ctricas Chapman, S. J. (2009).

�Las partes importantes de estos motores son: Carcasa que es la Fijaci�n del motor a patas. Motor cerrado de protecci�n. Carcasa de aletas para la refrigeraci�n.

Estator. Ajustado a la carcasa en caliente. Bobinado estat�rico. Rotor. De aleaci�n de aluminio colado bajo presi�n. Equilibrado din�mico, Bobinado rot�rico, Colector, Ventilaci�n forzada, Caja de bornes con condensador incorporado.

Si se interrumpe uno de los tres hilos de l�nea por los que se alimenta un motor trif�sico de inducci�n, de los llamados de Jaula De Ardilla, cargado y a plena marcha, el motor seguir� marchando normalmente a la misma velocidad que ten�a anteriormente. �nicamente su potencia habr� disminuido en un 20% aproximadamente. (Chapman, 2009)

Los motores monof�sicos de inducci�n experimentan una grave desventaja. Puesto que s�lo hay una fase en el devanado del estator, el campo magn�tico en un motor monof�sico de inducci�n no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma direcci�n. Puesto que no hay campo magn�tico rotacional en el estator, un motor monof�sico de inducci�n no tiene par de arranque.

Si pensamos en un motor de un solo par de polos, podemos ver f�cilmente que el campo generado por el devanado principal al conectarse a una fuente de tensi�n alterna, tiene una direcci�n fija y un signo cambiante en forma sinusoidal. Los motores de inducci�n requieren un campo magn�tico rotante para inducir las corrientes adecuadas en el rotor y producir un par mec�nico.

Si el campo magn�tico es fijo en el espacio y alterno en el tiempo y el rotor se halla detenido (por ejemplo, al intentar arrancarlo) el circuito electromagn�tico resultante se asemeja mucho al de un transformador en cortocircuito, donde el rotor har�a las veces de secundario. Para comprender el funcionamiento de estas m�quinas debemos imaginar que el campo magn�tico alterno es en realidad la composici�n de dos campos de m�dulos constantes pero rotantes en sentidos opuestos. En la figura se esquematiza esta construcci�n abstracta en la que ahora se tiene el equivalente a dos motores trif�sicos conectados en secuencias opuestas y unidos por su eje.

El objetivo de realizar esta investigaci�n es facilitar a la comunidad rural aspectos a considerar en el montaje de motores de potencia hasta� 2HP, donde se realiza trabajos de bombeo de agua principalmente para regu�o para plantaciones de cultivo de diferentes productos de consumo alimenticio, que generalmente est�n apostados en las riberas de r�os, canales de riegos o albarradas de las zonas rurales, donde el suministro de energ�a el�ctrica por lo general es monof�sico.

Materiales y m�todos

Este trabajo de investigaci�n se bas� en el paradigma Positivista con una estrategia metodol�gica Cuantitativa, con un enfoque en dar una respuesta a inc�gnitas que poseen en el uso y aplicaci�n en los montajes de motores menores de 2 HP, para realizar trabajos en las zonas rurales. La investigaci�n fue apoyada tambi�n en la metodolog�a DESK RESEARCH, donde adem�s se aport� con la experiencia de conocer todos los aspectos que rodean esta actividad agr�cola y el �rea del suministro de distribuci�n el�ctrica.

An�lisis y Discusi�n de Resultados

Para las zonas rurales donde la alimentaci�n el�ctrica es generalmente monof�sica, debemos considerar el tipo de motor m�s recomendado para la realizaci�n de tareas como regu�o generalmente, ya que la agricultura es la primera actividad de las zonas rurales, necesitan de motores que realicen el trabajo de bombear el agua desde los r�os, canales de riegos, albarradas y pozos.

La tensi�n que se suministra de una red monof�sica de media tensi�n partiendo desde una red de media tensi�n trif�sica a la que llamamos alimentador principal es de 7967 voltios, �sta por lo general recorre grandes distancias hasta llegar a su punto de consumo donde es tomada en ocasiones con un transformador monof�sico particular del usuario o los usuarios si se agrupan en peque�as comunidades, o si no esta l�nea llega hasta un transformador de la red p�blica que� ha sido colocado por la empresa suministradora para consumo p�blico, donde, utilizan un voltaje de 240/120 voltios para el funcionamiento de estos motores de peque�a potencia generalmente menores a 2 HP. Muchos de estos usuarios no est�n conectados legalmente unos se conectan solo cuando hacen labores de regio, unos son permanentes, los legalizados tienen tarifas especiales para actividades de regu�o que da el estado (ARCONEL, 2019).

La necesidad del motor de inducci�n monof�sico se explica de la siguiente forma: Existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compa��a el�ctrica s�lo suministra un servicio de C.A. monof�sico. Adem�s, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores peque�os que trabajen con suministro monof�sico para impulsar diversos artefactos electrodom�sticos tales como m�quinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc. en este caso tenemos los motores de estas bombas de regu�o rural muy usados para sus actividades.

Los motores monof�sicos de inducci�n experimentan una grave desventaja puesto que s�lo hay una fase en el devanado del estator, el campo magn�tico en un motor monof�sico de inducci�n no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma direcci�n. Puesto que no hay campo magn�tico rotacional en el estator, un motor monof�sico de inducci�n no tiene par de arranque, es por ello que, se emplean diversos m�todos para iniciar el giro del rotor, y por lo tanto existe una clasificaci�n de los motores monof�sicos basada en los m�todos particulares de arranque.

En cuanto a la construcci�n del motor monof�sico de inducci�n, hay que se�alar que el rotor de cualquier motor monof�sico de inducci�n es intercambiable con algunos polif�sicos de jaula de ardilla. No hay conexi�n f�sica entre el rotor y el estator, y hay un entrehierro uniforme entre ellos. Debido a que los motores monof�sicos de inducci�n no generan por s� solos par de arranque, se tienen dos devanados: el de marcha o principal; y el auxiliar o de arranque, cuya finalidad es producir el giro del rotor. Tanto el devanado principal como el auxiliar, est�n distribuidos en ranuras espaciadas uniformemente alrededor del estator; sin embargo, el �ltimo se encuentra alojado en ranuras con orientaci�n desplazada 90� en el espacio el�ctrico con respecto a las del devanado principal.

Teor�a del doble campo giratorio.

Esta teor�a establece que un campo magn�tico estacionario pulsante se puede transformar en dos campos magn�ticos rotacionales de igual magnitud, pero de direcciones opuestas. El motor de inducci�n responde a cada uno de los campos magn�ticos por separado y el par neto en la m�quina ser� la suma de los pares debidos a cada uno de los dos campos magn�ticos. Un motor de inducci�n monof�sico responde a cada uno de los dos campos magn�ticos presentes en �l; en consecuencia, el par inducido neto en el motor es la diferencia entre las dos curvas par-velocidad

Motor de inducci�n monof�sico

Consiste en un devanado monof�sico que es montado en el estator del motor y un devanado de jaula colocado en el rotor. Se produce un campo magn�tico pulsante, cuando el devanado del estator del motor de inducci�n monof�sico que se muestra a continuaci�n se activa mediante un suministro monof�sico.

Figura 2. Motor Monof�sico de inducci�n.

La palabra pulsante significa que el campo se acumula, en una direcci�n cae a cero y luego se acumula en la direcci�n opuesta. En estas condiciones, el rotor de un motor de inducci�n no gira. Por lo tanto, un motor de inducci�n monof�sico no es de arranque autom�tico. Requiere algunos medios de partida especiales. Si el devanado del estator monof�sico est� excitado y el El rotor del motor se gira por un medio auxiliar y luego se retira el dispositivo de arranque, el motor contin�a girando en la direcci�n en que se arranca. El rendimiento del motor de inducci�n monof�sico es analizado por las dos teor�as. Uno es conocido como el Teor�a del campo de doble rotaci�n, y el otro es Campo cruzado Teor�a. Ambas teor�as son similares y explican la raz�n de la producci�n de par cuando el rotor est� girando.

Construcci�n del motor de inducci�n monof�sico

Como cualquier otro motor el�ctrico, el motor as�ncrono tambi�n tiene dos partes principales: el rotor y el estator.

Estator: Como su nombre lo indica, el estator es una parte estacionaria del motor de inducci�n. Se proporciona una alimentaci�n de CA monof�sica al estator del motor de inducci�n monof�sico.

Rotor: El rotor es una parte giratoria de un motor de inducci�n. El rotor conecta la carga mec�nica a trav�s del eje. El rotor en el motor de inducci�n monof�sico es del tipo de rotor de jaula de ardilla.

La Construcci�n del motor de inducci�n monof�sico, es casi similar a la jaula de ardilla Motor de inducci�n trif�sico. Pero en el caso de un motor de inducci�n monof�sico, el estator tiene dos devanados en lugar de un devanado trif�sico en un motor de inducci�n trif�sico. La empresa suministradora en su af�n de recuperar perdidas de energ�a, adopta diferentes propuestas para mejorar estos �ndices, pero en ese camino se encuentra con barreras que impiden su mejor acci�n, los usuarios necesitan hacer mover sus motores que, al ser de alto consumo el�ctrico, las p�rdidas se ven reflejadas muy claramente.������������������������

Figura 3. Facturaci�n bomba en kWh CNEL EP.

 

 

Conclusiones

En las zonas rurales por su complejidad de llevar energ�a el�ctrica, esta se ha realizado con sistemas monof�sicos de media tensi�n.

Para alimentar motores de peque�a potencia que en su mayor�a son de menos de 2HP, usados para regu�o espec�ficamente ya que esta es la actividad predominante en las zonas rurales, el motor de inducci�n es el m�s utilizado por su acoplamiento y su disposici�n comercial.

Existen motores de peque�a capacidad de diferente calidad y por ende influye tambi�n su costo, motores que son de bajo costo pero que no tienen repuesto de sus piezas si estas se aver�an.

El motor de inducci�n monof�sico consiste en un devanado monof�sico que es montado en el estator del motor y un devanado de jaula colocado en el rotor. Se produce un campo magn�tico pulsante, cuando el devanado del estator del motor de inducci�n monof�sico, se busca mejorar el rendimiento de estos motores tratando optimizar los recursos.

Se detect� el peque�o n�mero de servicios legalizados comparado con el n�mero de agricultores a pesar de la tarifa preferencial que disponen los agricultores catalogados como peque�os que utilizan motores de hasta 2 HP, teniendo dr�sticas medidas sancionatorias en caso de tener servicios directos (no legalizados).

 

Referencias

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4.      CONELEC. (2011). Esad�sticas del sector el�crico ecuatorino. Obtenido de https://www.regulacionelectrica.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2018/03/1.3-Informe-Gesti%C3%B3n-ARCONEL-2017.pdf

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6.      Cook, P. (2011). "Infrastructure, rural electrification and development". Energy for Sustainable Development,.

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8.      Mieles, G. (2020). Portoviejo. https://orcid.org/0000-0002-4528-2211

9.      Rodriguez, M., & V�zquez, P. (2018). La energ�a fotovoltaica en la provincia de Manab�. Ediciones UTM- Universidad T�cnica de Manab�. Obtenido de https://www.utm.edu.ec/ediciones_utm/index.php/component/content/article?id=713:la-energia-fotovoltaica-en-la-provincia-de-manabi

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� 2021 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/)