Calculadora y Cálculo de Corriente de Arranque de Motores: Guía Completa

¿Qué es la corriente de arranque de un motor?

La corriente de arranque de un motor eléctrico es la corriente máxima que consume un motor al momento de encenderse.

Durante esta fase, el motor está en reposo, y el sistema necesita superar la inercia de las piezas mecánicas.

Esta corriente inicial puede ser hasta 5-7 veces mayor que la corriente nominal del motor.

Fórmulas para el cálculo de la corriente de arranque

La corriente de arranque de un motor se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

Donde:

• I_arranque: es la corriente de arranque del motor.
• I_nominal: es la corriente nominal o plena carga (FLC, por sus siglas en inglés) del motor.
• K: es el factor de arranque, que generalmente varía entre 5 y 7, dependiendo del tipo de motor y su diseño.

Corriente nominal del motor

La corriente nominal del motor es la corriente que consume el motor cuando opera a plena carga y a su tensión nominal.

Esta corriente se puede obtener de las placas de características del motor o de las tablas que proporciona el National Electrical Code (NEC) en su Tabla 430.250 para motores de inducción trifásicos.

Factor de arranque

El valor de K depende del tipo de motor y del tipo de arranque.

Para motores de inducción, el factor de arranque puede variar según los siguientes tipos de arranque:

• Arranque directo (DOL, Direct On Line): K ≈ 5 a 7.
• Arranque estrella-triángulo: K ≈ 2,5 a 3,5.
• Arranque suave (soft starter): K depende de la programación, pero suele reducirse considerablemente a valores menores (30%-70%).

Comparación entre métodos de arranque de motores:

Ejemplo práctico 1: Cálculo de la corriente de arranque con arranque estrella-triángulo

Consideremos un motor trifásico con las siguientes características:

• Potencia: 100 hp.
• Tensión de operación: 380 V.
• Factor de servicio: 1.0.
• Método de arranque: Estrella-triángulo.
• Factor de potencia (PF): 0.9.

Paso 1: Determinación de la corriente nominal

Usaremos la fórmula para calcular la corriente nominal de un motor trifásico. La fórmula es:

Donde:

• P, es la potencia del motor en hp.
• 746, es el factor de conversión de hp a watts (1 hp = 746 W).
• V, es la tensión de alimentación en volts.
• PF, es el factor de potencia del motor.

Sustituyendo los valores dados en la fórmula:

Paso 2: Aplicación del factor de arranque para estrella-triángulo

En el arranque estrella-triángulo, el motor inicialmente se conecta en estrella, lo que reduce la tensión aplicada en cada fase en un factor de 1/√3​.

Esto reduce la corriente de arranque. Luego, una vez que el motor alcanza una cierta velocidad, se conmuta a la conexión en triángulo para operar a plena carga.

El factor de arranque en estrella-triángulo es generalmente de aproximadamente K=2.5 a 3.5.

Vamos a tomar un valor promedio de K=3 para este ejemplo.

Aplicamos la fórmula de la corriente de arranque:

Paso 3: Análisis del resultado

En este caso, la corriente de arranque es de 377.55 A.

Esto es significativamente menor que si el motor arrancara directamente en línea (DOL), donde podría haber alcanzado entre 5 y 7 veces la corriente nominal.

El arranque estrella-triángulo reduce considerablemente la corriente de arranque, lo que ayuda a evitar caídas de tensión excesivas y reduce el impacto en el sistema de distribución eléctrica.

Paso 4: Selección de conductores y dispositivos de protección

Para seleccionar el calibre del cable, de acuerdo con el NEC, los conductores deben dimensionarse considerando el 125% de la corriente nominal. Así que:

Utilizando la tabla 310.15(B)(16) del NEC, para un conductor de cobre operando a 75 °C, necesitaríamos un cable AWG 1/0, que soporta hasta 150 A de forma continua, pero debido a la aproximación y condiciones, podríamos considerar un AWG 2/0, que soporta hasta 175 A.

Paso 5: Dispositivos de protección

Para la protección de este motor, es necesario un disyuntor de arranque estrella-triángulo, diseñado específicamente para motores que inician en estrella y luego conmutan a triángulo.

Este disyuntor debe tener características de retardo magnético para permitir el paso de la corriente de arranque sin que se dispare, pero reaccionar rápidamente ante cortocircuitos o fallos en la conmutación.

Comparativa con arranque directo (DOL)

Si el motor hubiera arrancado de forma directa en línea (DOL), con un factor de arranque K típico de 6, la corriente de arranque sería:

Esto es el doble de la corriente de arranque calculada para el arranque estrella-triángulo, lo que muestra una reducción significativa en el impacto sobre el sistema eléctrico cuando se utiliza el método estrella-triángulo.

El arranque estrella-triángulo es una opción eficiente para reducir la corriente de arranque de motores de gran potencia, como hemos visto en este ejemplo con un motor de 100 hp.

Este método es ideal en instalaciones donde las redes de distribución tienen limitaciones en cuanto a caídas de tensión y sobrecargas temporales.

Ejemplo práctico 2: Cálculo de corriente de arranque con arrancador suave

Consideremos un motor trifásico de inducción con las siguientes características:

• Potencia: 75 hp.
• Tensión de operación: 400 V.
• Factor de servicio: 1.1.
• Factor de potencia (PF): 0.88.
• Tipo de arranque: Arranque suave.
• Reducción de corriente de arranque con el arrancador suave: 30% (este valor puede variar según el modelo y la configuración del arrancador suave).

Paso 1: Cálculo de la corriente nominal

Para calcular la corriente nominal del motor trifásico, usamos la fórmula:

Paso 2: Aplicación del arrancador suave

El arrancador suave reduce la corriente de arranque al limitar el voltaje que se aplica al motor durante el arranque.

En este caso, se nos ha indicado que el arrancador suave reduce la corriente de arranque en un 30%, lo que significa que solo tendremos el 70% de la corriente de arranque original.

Entonces, la corriente de arranque con el arrancador suave será:

Paso 3: Cálculo de la corriente de arranque sin arrancador suave (para comparación)

Si el motor arrancara de forma directa (DOL), la corriente de arranque podría ser entre 5 y 7 veces la corriente nominal.

Tomemos un valor medio de K=6:

Este valor nos da una idea de la corriente de arranque sin el uso de un arrancador suave.

Paso 4: Análisis del resultado

Con el uso del arrancador suave, la corriente de arranque se reduce a 385.48 A, una disminución significativa en comparación con los 550.68 A que habríamos tenido con un arranque directo.

Esta reducción minimiza las caídas de tensión y el impacto en el sistema de distribución eléctrica, lo que es especialmente útil en redes con capacidad limitada o en instalaciones donde el arranque de múltiples motores podría generar sobrecargas.

Paso 5: Selección de conductores y protección

Para seleccionar el cableado, seguimos el criterio del NEC, que establece que los conductores deben soportar el 125% de la corriente nominal. En este caso:

Según la Tabla 310.15(B)(16) del NEC, un conductor de cobre AWG 1 soporta hasta 130 A, lo cual es adecuado para esta instalación.

Sin embargo, si se quiere dejar un margen adicional para futuras expansiones o para condiciones ambientales, podríamos optar por un conductor AWG 1/0, que soporta 150 A.

En cuanto a la protección, se debe utilizar un disyuntor de retardo térmico y magnético que permita el paso de la corriente de arranque durante el breve periodo en que el motor acelera.

Dado que la corriente de arranque con el arrancador suave es de 385.48 A, el disyuntor debe tener una capacidad para soportar este valor sin dispararse de inmediato.

Factores que influyen en la corriente de arranque de un motor

1. Tamaño del motor: Los motores más grandes tienen corrientes de arranque más altas.
2. Tipo de motor: Los motores de inducción, motores síncronos y motores de corriente continua tienen diferentes características de arranque.
3. Método de arranque: El uso de arrancadores suaves, variadores de frecuencia o arranque directo afecta directamente la corriente de arranque.
4. Carga conectada al motor: Una carga mecánica pesada puede aumentar la corriente de arranque.

Tabla de corrientes de arranque típicas para motores trifásicos

A continuación, se presenta una tabla que indica las corrientes de arranque típicas para motores trifásicos a diferentes tensiones:

Recomendación: Siempre consulta la tabla de corriente nominal y de arranque que proporciona el fabricante para tener datos más precisos según el tipo de motor.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Qué sucede si la corriente de arranque es demasiado alta?

Si la corriente de arranque es demasiado alta, puede causar daños en los componentes eléctricos, disparar fusibles y disyuntores, y reducir la vida útil del motor.

¿Qué es el factor de servicio de un motor?

El factor de servicio indica la capacidad del motor para operar a sobrecarga. Un factor de servicio de 1.15 significa que el motor puede operar al 115% de su carga nominal.

¿Qué pasa si no se dimensiona correctamente la corriente de arranque?

Un mal dimensionamiento puede provocar fallos en los disyuntores, sobrecalentamientos en los cables, caídas de tensión significativas y daños en el motor o en otros equipos conectado

¿Cómo puedo reducir la corriente de arranque?

Existen varias formas de reducir la corriente de arranque, como el uso de arrancadores suaves, variadores de frecuencia o sistemas de arranque en estrella-triángulo.

¿Qué tipo de motor tiene la corriente de arranque más alta?

Generalmente, los motores de inducción tienen una corriente de arranque más alta en comparación con otros tipos de motores, como los motores síncronos.