¿Cuál es la diferencia entre el par de arranque y el par de trabajo?
Comparativa entre el par de arranque y el par de trabajo en motores y reductores; cómo calcularlos, señales de falta de par y consejos para seleccionar sistemas de accionamiento.
¿Cuál es la diferencia entre el par de arranque y el par de trabajo?
El par de arranque y el par de trabajo son dos parámetros fundamentales al seleccionar motores, motorreductores y reductores de velocidad. El par de trabajo indica la fuerza de torsión necesaria para que la máquina mantenga su funcionamiento, mientras que el par de arranque debe vencer la resistencia inicial y acelerar todo el mecanismo.
Si la selección se basa únicamente en la potencia o el par de trabajo, el motor podría funcionar correctamente una vez alcanzada la velocidad nominal, pero no tendría la fuerza suficiente para arrancar la carga.
¿Qué es el par de arranque?
El par de arranque es el par que genera el motor en el momento en que comienza a girar, cuando la velocidad del eje es igual o cercana a 0.
Para motores asíncronos con arranque directo, este parámetro también se conoce como:
Starting torque
Locked-rotor torque
Par de arranque
Par de rotor bloqueado
El par de arranque debe realizar dos tareas simultáneamente:
Vencer la resistencia de la carga en estado de reposo.
Generar aceleración para que el motor y el mecanismo alcancen la velocidad requerida.
La capacidad de arranque de un motor no solo depende de la potencia nominal, sino también de la curva par-velocidad, la tensión, el método de arranque y la carga de la máquina. La norma IEC 60034-12 clasifica por separado las características de arranque de los motores asíncronos trifásicos, incluyendo el par y la corriente cuando el rotor aún no gira.
¿Qué es el par de trabajo?
El par de trabajo es el par necesario para que la máquina mantenga su funcionamiento en condiciones de operación normales.
Es necesario distinguir dos conceptos:
Par de carga: el par que requiere el mecanismo de la máquina en un momento específico.
Par nominal: el par que el motor o el reductor puede suministrar de forma continua en condiciones nominales.
En funcionamiento estable, el par del motor se equilibra con el par de carga y las pérdidas mecánicas. En ese punto, la velocidad es prácticamente constante.
El par nominal del motor se puede calcular aproximadamente a partir de la potencia y la velocidad:
T = 9.550 × P / n
Donde:
T: par, Nm
P: potencia, kW
n: velocidad, rpm
Por ejemplo, un motor de 1,5 kW que funciona a 1.450 rpm tiene un par nominal aproximado de:
T = 9.550 × 1,5 / 1.450 ≈ 9,88 Nm
Comparación entre el par de arranque y el par de trabajo
Criterio | Par de arranque | Par de trabajo |
|---|---|---|
Momento de aparición | Cuando el motor comienza a girar | Cuando la máquina ya está en funcionamiento |
Velocidad del eje | Igual o cercana a 0 | A la velocidad de trabajo |
Objetivo | Vencer la resistencia y acelerar la carga | Mantener el movimiento |
Duración | A corto plazo | Continua o cíclica |
Dependencia principal | Características del motor, fuente de alimentación, método de arranque | Características de la carga, velocidad y eficiencia |
Riesgo por falta de par | El motor no arranca, aumento de corriente, sobrecalentamiento | La máquina reduce su velocidad, sobrecarga o se detiene |
Impacto en el reductor | Genera un par máximo al arrancar | Genera carga continua sobre engranajes y rodamientos |
¿Por qué el par de arranque puede ser mayor que el par de funcionamiento?
Cuando la máquina funciona de forma estable, el motor principalmente necesita suministrar el par para vencer la carga y las pérdidas mecánicas.
Al arrancar, el motor también debe acelerar:
El rotor del motor
Engranajes y ejes
Acoplamientos
Piñones, poleas o tambores de enrollado
Cintas transportadoras y materiales
Agitadores
Toda la masa giratoria o en movimiento de la máquina
La relación dinámica básica es:
Tmotor − Tcarga = J × α
Donde:
Tmotor: par del motor
Tcarga: par resistente de la carga
J: momento de inercia equivalente
α: aceleración angular
La diferencia entre el par del motor y el par de la carga se utiliza para acelerar el sistema. Si el par del motor es igual al par de la carga, la máquina prácticamente no tiene par excedente para acelerar. La relación entre el par total, el momento de inercia y la aceleración angular es el principio fundamental de los sistemas de accionamiento eléctrico.
¿El par de arranque es siempre mayor que el par de funcionamiento?
No todas las aplicaciones requieren un par de arranque significativamente mayor que el par de funcionamiento.
El nivel de par necesario depende de las características de la carga.
Tipo de máquina | Características del par de arranque |
|---|---|
Ventilador centrífugo | Generalmente bajo a velocidades bajas |
Bomba centrífuga | Generalmente aumenta con la velocidad |
Cinta transportadora en vacío | De bajo a medio |
Cinta transportadora con carga | Puede ser alto |
Cinta transportadora inclinada | Alto debido a la retención y elevación de la carga |
Agitador | Depende de la viscosidad y el estado del material |
Transportador de tornillo | Generalmente alto si arranca con material |
Trituradora | Alto y puede incluir cargas de impacto |
Tambor de enrollado, cabrestante | Depende de la carga, el radio del tambor y la dirección del movimiento |
Mecanismo de elevación | Requiere verificar la carga, el freno y la capacidad de retención |
Por lo tanto, no se debe aplicar una relación de par de arranque fija para todas las máquinas.
¿Cómo se relaciona el par de arranque del motor con el reductor de velocidad?
El reductor de velocidad reduce la velocidad y aumenta el par en el eje de salida.
El par de salida se puede estimar como:
T₂ ≈ T₁ × i × η
Donde:
T₁: par en el eje del motor
T₂: par en el eje de salida del reductor
i: relación de transmisión
η: eficiencia de transmisión
La relación entre la relación de transmisión, la velocidad y el par es fundamental en los sistemas de accionamiento con caja de cambios. La carga de inercia referida al lado del motor también cambia según el cuadrado de la relación de transmisión.
Por ejemplo, un motor genera un par de arranque de 15 Nm, con un reductor de velocidad de relación 20 y una eficiencia total del 90%:
T₂ ≈ 15 × 20 × 0,9 = 270 Nm
Sin embargo, no se debe concluir que el reductor es adecuado basándose únicamente en este resultado. Es necesario verificar simultáneamente:
Par de salida continuo permitido
Par máximo permitido
Par de arranque o par pico
Número de arranques por hora
Cargas de impacto
Cargas radiales y axiales
Vida útil de rodamientos y engranajes
Un reductor con suficiente par de trabajo aún puede sobrecargarse si el par de arranque o el par de impacto superan los límites a corto plazo.
Influencia del método de arranque
Arranque directo
El motor recibe la tensión de red directamente y genera una característica de par de arranque según el diseño del motor. La corriente de arranque suele ser elevada, por lo que es necesario verificar la fuente de alimentación, los dispositivos de maniobra y la capacidad de carga del mecanismo.
Arranque estrella-triángulo
La tensión aplicada a cada bobinado en la fase de conexión en estrella es menor que durante el funcionamiento en triángulo. Por lo tanto, el par de arranque disminuye considerablemente.
Este método no es adecuado si la carga requiere un par elevado desde el estado de reposo.
Arrancador suave
El arrancador suave reduce la tensión durante el proceso de puesta en marcha para limitar la corriente y los impactos mecánicos. Al reducirse la tensión, el par de arranque del motor asíncrono también disminuye.
Por lo tanto, es necesario configurar el tiempo de rampa de tensión y la tensión inicial adecuados para la carga.
Variador de frecuencia
El variador de frecuencia controla la tensión, la frecuencia y la corriente del motor durante el arranque. La capacidad de generar par a baja velocidad depende de:
Modo V/F o control vectorial
Límite de corriente
Parámetros del motor
Resultado del autotuning
Tiempo de aceleración
Capacidad de sobrecarga del variador
Estado de refrigeración del motor
El par de arranque al utilizar un variador de frecuencia no debe evaluarse únicamente mediante el parámetro de par de rotor bloqueado (locked-rotor torque) del motor en arranque directo.
¿Qué sucede cuando el par de arranque es insuficiente?
Los signos comunes incluyen:
El motor tiene alimentación pero no gira
El motor gira muy lentamente al arrancar
La corriente aumenta significativamente
El relé térmico o el variador indican sobrecorriente
Arranca sin carga pero no puede funcionar con carga
El tiempo de aceleración es excesivamente largo
El motor se calienta rápidamente
El freno se ha liberado pero la carga no se mueve
La cinta transportadora da tirones y se detiene
El acoplamiento, la cadena o la correa vibran fuertemente
Si el motor se mantiene a una velocidad muy baja durante un tiempo prolongado, la corriente y la temperatura pueden aumentar rápidamente, reduciendo la vida útil del devanado.
¿Por qué un motor con la potencia adecuada no arranca?
Un motor con la potencia nominal correcta puede no arrancar debido a:
Par de arranque inferior al par resistente
Tiempo de aceleración configurado demasiado corto
Límite de corriente del variador demasiado bajo
Caída de tensión en la red
Conexión estrella-triángulo incorrecta
Freno electromagnético no liberado completamente
Carga bloqueada mecánicamente
Rodamientos o reductor agarrotados
Engranajes, cadenas o poleas mal instalados
Acumulación de material en el transportador de tornillo o agitador
Momento de inercia de la carga demasiado elevado
Reductor con relación de transmisión inadecuada
Por lo tanto, no se debe intentar solucionar el problema aumentando la potencia del motor sin haber determinado primero la causa.
Cómo seleccionar el motor y el reductor según el par
1. Determinar el par de trabajo
Calcular el par necesario para que la máquina mantenga el funcionamiento a la velocidad requerida.
2. Determinar el par resistente al arranque
Comprobar si la carga arranca en vacío o a plena carga, y si existen fricción estática, fuerza de elevación, material endurecido o presión inicial.
3. Calcular el momento de inercia
Evaluar la masa y las dimensiones de los componentes giratorios como tambores, volantes, platos giratorios, poleas y ejes de la máquina.
4. Determinar el tiempo de aceleración
Cuanto más corto sea el tiempo de aceleración, mayor será el par de aceleración requerido.
5. Comprobar las características del motor y del controlador
Es necesario confirmar que el motor y el equipo de control puedan generar suficiente par durante todo el proceso de aceleración, no solo en el momento del arranque.
6. Comprobar el reductor
El reductor debe cumplir con:
Par continuo
Par de arranque
Par máximo
Ciclo de arranque
Cargas de impacto
Cargas externas sobre el eje
7. Comprobar el freno y el antirretorno
En transportadores inclinados, cabrestantes o mecanismos de elevación, es necesario verificar adicionalmente la capacidad de retención de carga cuando el motor se detiene o se produce un corte de energía.
Errores comunes en la selección
Seleccionar solo según la potencia en kW
La potencia no refleja completamente la capacidad de arranque. Dos motores con la misma potencia pueden tener características de par de arranque diferentes.
Comprobar solo el par nominal
El par nominal representa la capacidad de funcionamiento estable y no sustituye la comprobación del par de arranque y el par máximo.
Suponer que cuanto más grande sea el reductor, mejor
Un reductor más grande puede aumentar la capacidad de carga, pero también incrementa la inercia, el tamaño y el coste. Se debe seleccionar correctamente según la carga real.
Reducir el tiempo de aceleración demasiado
Un tiempo de aceleración corto aumenta el par de aceleración y la corriente requerida.
Ignorar el estado de la carga durante el arranque
Un transportador de tornillo vacío y uno lleno de material tienen requisitos de arranque muy diferentes.
Usar el par máximo para evaluar el funcionamiento continuo
El par máximo generalmente solo se permite durante un tiempo breve. No debe utilizarse como sustituto del par de trabajo continuo.
Preguntas frecuentes
¿El par de arranque es el par máximo?
No. El par de arranque es el par en el momento en que la velocidad es cero. El par máximo puede aparecer a una velocidad diferente en la curva característica del motor.
¿El par de trabajo es el par nominal?
No exactamente. El par de trabajo es el par real requerido por la carga. El par nominal es la capacidad de suministro continuo del motor o del reductor bajo condiciones nominales.
¿Es suficiente que el par nominal del motor sea mayor que el de la carga?
No. Es necesario verificar adicionalmente el par de arranque, el tiempo de aceleración, la inercia de la carga y el par máximo.
¿Aumentar la relación de transmisión ayuda a que el motor arranque más fácilmente?
Aumentar la relación de transmisión generalmente incrementa el par en el eje de salida y reduce el par de carga referido al motor. Sin embargo, la velocidad de salida disminuirá y se deben verificar los límites del reductor.
¿El variador de frecuencia aumenta el par de arranque?
El variador de frecuencia puede mejorar el control del par a baja velocidad cuando se selecciona y configura correctamente. La capacidad real sigue estando limitada por la corriente, el motor, el modo de control y la capacidad de sobrecarga del variador.
¿Es posible que un reductor tenga suficiente par de trabajo pero carezca de par de arranque?
Sí. El reductor puede soportar la carga continua pero no tener la capacidad suficiente para soportar el par pico durante el arranque, el bloqueo de carga o la inversión de giro.
MDriveTech: asesoramiento en la selección de motores y reductores
MDriveTech ofrece asistencia en la selección de motorreductores y reductores DSK, Nara Samyang y NK para:
Cintas transportadoras
Transportadores de tornillo
Agitadores
Máquinas de envasado
Tambores de enrollado
Mesas giratorias
Equipos de elevación
Sistemas de transmisión industrial
Para una selección precisa, los clientes deben proporcionar:
Potencia y velocidad del motor
Velocidad de salida
Par o características de la carga
Carga de arranque en vacío o a plena carga
Tiempo de aceleración
Número de arranques por hora
Si la carga presenta impactos o inversión de giro
Tipo de montaje y dimensiones del eje
Imágenes o planos de la máquina
Línea directa: 0868 789 647
Correo electrónico: [email protected]
Conclusión
El par de arranque es el par necesario para vencer la resistencia inicial y acelerar el sistema. El par de trabajo es el par requerido para mantener la máquina funcionando a la velocidad deseada.
Al seleccionar un motor y un reductor, es necesario verificar simultáneamente el par de arranque, el par de trabajo, el par máximo, la inercia de la carga, el tiempo de aceleración y el ciclo de operación. Seleccionar únicamente basándose en la potencia en kW puede resultar en un sistema con suficiente potencia pero incapaz de realizar el arranque.
