Potencia aparente de un motor: ejemplo a carga parcial

Potencia aparente de un motor: ejemplo a carga parcial

Para estimar la potencia aparente en un punto de operación, toma la potencia activa eléctrica absorbida y el factor de potencia de ese mismo estado. El kW de placa puede describir la salida mecánica del eje, no la entrada que toma el motor de la red.

ABB compara un motor de 11 kW y seis polos a plena carga y al 40 %, con la eficiencia y el factor de potencia correspondientes a cada punto. Los kVA que aparecen aquí se derivan de esos datos redondeados; ABB no los publica como resultados. El modelo P/S figura en ABB §1, p. 3, y los datos del motor en §7.1, pp. 14–15.

Primero confirma qué significa el kW de la placa

En el ejemplo ABB, 11 kW es la potencia nominal de salida. La entrada eléctrica debe cubrir también las pérdidas del motor, así que depende de la eficiencia en el punto considerado. Por eso no basta con tratar los 11 kW mecánicos como potencia activa absorbida.

ABB no divide directamente el kW de placa por cosφ. Para su motor de 11 kW y seis polos, el ejemplo aplica un punto de carga del 40 %. La sección 7.1 indica ηn≈0,86 y usa un coeficiente de reducción de 0,9 para llegar a η≈0,77 en ese estado. Es un caso ilustrativo del fabricante, no una prueba sobre el motor del lector.

ABB estima la potencia activa de entrada con esta relación:

P absorbida = carga relativa × potencia nominal ÷ eficiencia

Para el punto parcial, ABB informa Pa=5,68 kW y calcula la entrada a partir de la carga relativa, Pn y η. Al 40 % de 11 kW, la salida mecánica es 4,4 kW; no debe confundirse con la entrada eléctrica. El 0,77 de eficiencia está redondeado: al usarlo directamente, la división de 4,4 kW no reproduce exactamente el Pa publicado. Por eso conservamos los 5,68 kW que ABB informa en vez de sustituirlos por una recomputación de precisión aparente.

Se puede comprobar el redondeo con los datos visibles: 0,86×0,9≈0,774 y 4,4/0,774≈5,68 kW. Si se divide por el 0,77 ya redondeado, el resultado es 5,71 kW. ABB no muestra más decimales internos; por eso la cuenta con cifras visibles no reproduce exactamente el valor publicado.

En la guía, Pn es la potencia nominal, Pa la potencia activa absorbida, η la eficiencia y cosφ el factor de potencia. Aunque Pn y Pa usen kW, representan puntos distintos: localiza la carga y la eficiencia antes de elegir Pa; luego toma el cosφ asociado a ese estado. S es la potencia aparente derivada, no otra forma de nombrar la potencia del eje.

El factor de potencia también corresponde al punto de carga

El factor de potencia cambia con la carga en este ejemplo. ABB indica cosφn≈0,77 a plena potencia y aplica un coeficiente de 0,67 al 40 %, con un resultado cercano a 0,52. Para derivar S en ese punto, se combina ese cosφ con Pa=5,68 kW. Usar el factor nominal con la entrada parcial mezclaría dos estados.

Si se usara por error el 0,77 nominal con los 5,68 kW parciales, el cociente sería 5,68/0,77≈7,38 kVA. No es el valor del ejemplo: mezcla la potencia de un estado con el factor de otro. La fuente distingue 0,77 nominal y ≈0,52 al 40 %; esos datos deben permanecer emparejados.

ABB relaciona cosφ con P/S en §1, p. impresa 3. En el modelo sinusoidal, OpenStax también define el factor de potencia mediante el desfase entre tensión y corriente (§15.4). OpenStax trata aquí el modelo sinusoidal. En un motor con distorsión, esta cuenta no basta: primero hay que identificar cómo define la fuente el factor de potencia y qué magnitudes corresponden al punto medido.

ABB advierte que el factor de potencia depende de la carga y que el valor aproximado de 0,52 no debe leerse con precisión instrumental.

Comparar los dos estados sin mezclar sus datos

En el punto nominal, ABB da 11 kW de salida, ηn≈0,86 y cosφn≈0,77. La entrada activa estimada es 11/0,86≈12,79 kW; al dividirla por el cosφ del mismo estado resulta S≈16,61 kVA. Para el punto parcial, la guía informa Pa=5,68 kW y cosφ≈0,52, de modo que S≈10,92 kVA. Los dos resultados son cuentas propias con entradas redondeadas; ABB no publica esos kVA como resultados ni como lecturas de red.

El 40 % no produce el 40 % del kVA nominal. La entrada activa parcial equivale a 5,68/12,79≈44,4 % de la nominal porque la eficiencia cambia; la aparente queda en 10,92/16,61≈65,7 % porque también cambia el factor de potencia. La relación permite comparar ambos puntos de la tabla, pero no describe horas de uso ni energía consumida.

Decide qué dato representa el kW disponible

Antes de calcular, identifica de dónde viene el kW. En S04, los 11 kW son salida nominal en el eje. Pa, en cambio, es potencia activa eléctrica absorbida. Los dos valores llevan la misma unidad, pero no describen el mismo lado del motor. Si se parte de salida mecánica, hace falta la eficiencia correspondiente para llegar a la entrada.

Si ya se midió la entrada eléctrica en el punto consultado, aplicar otra vez η contaría las pérdidas por segunda vez.

ABB explica que un motor transforma energía eléctrica en trabajo mecánico y que la diferencia se pierde, sobre todo, como calor. También separa pérdidas que considera constantes de otras que dependen de la carga. Las pérdidas en el hierro del núcleo y las de ventilación y fricción permanecen aunque el eje entregue menos potencia.

En cambio, las pérdidas de cobre del estator aumentan con la corriente; las del rotor dependen del deslizamiento, y las pérdidas adicionales están relacionadas con flujos inducidos por las corrientes de carga. Por eso no se puede aplicar la eficiencia nominal como si fuera un descuento idéntico a cualquier nivel de carga.

Para el motor de S04, ABB presenta datos específicos en nominal y al 40 % de Pn: en el segundo punto da tanto la entrada activa como el factor de potencia. Eso permite mantener alineados ambos datos. Si una ficha distinta solo ofrece η nominal, no demuestra cuánto consume un motor que trabaja a media carga.

Hace falta una eficiencia publicada para ese punto, una medida de entrada en esa condición u otra evidencia del fabricante que realmente cubra el estado.

Comprueba si la eficiencia y el factor de potencia son comparables

El nombre del campo no basta para combinar dos cifras. Anota si cada número es nominal, un valor de catálogo, un dato de ensayo o una lectura de la instalación. ABB señala en su guía de 2018 que distintos métodos de ensayo pueden producir valores de eficiencia diferentes y que la documentación debe indicar el método utilizado. La guía cita normas de 2014; no uso ese pasaje como resumen de la normativa vigente hoy.

Para contrastar dos η, conviene confirmar que se refieren a la misma máquina y que su base de ensayo y condiciones nominales son compatibles.

El mismo cuidado se aplica a cosφ. La guía ABB dice que lo determina midiendo potencia de entrada, tensión y corriente cuando el motor entrega su potencia de salida nominal. Ese pasaje explica de dónde sale el valor de referencia, pero no convierte el cosφ nominal en lectura de cualquier carga. Tampoco cubre el arranque.

En una máquina instalada, si la cifra de potencia viene de una medición eléctrica, conserva junto a ella el punto de carga y el estado en que se leyó el factor de potencia. Si los valores se tomaron en momentos o condiciones distintas, no hay base para tratarlos como una pareja del mismo punto.

Una ficha mínima de cálculo puede registrar cuatro cosas: qué motor o documento se consultó; si el kW es salida mecánica o entrada eléctrica; a qué carga y condiciones corresponde η; y qué cosφ se empareja con ese punto. Si se usa una lectura real, añade si es potencia de entrada medida o una inferencia desde el eje. Es una forma de dejar visible el origen de cada dato, no un formato de inspección prescrito por ABB.

La fuente disponible marca hasta dónde llega la cuenta. La fila nominal permite una estimación nominal; una fila parcial del mismo modelo permite una estimación para esa carga concreta; y una lectura de entrada junto con cosφ del mismo estado describe un punto observado. Si falta η parcial o el cosφ coincidente, llega hasta la cifra respaldada y deja el resto sin calcular.

ABB llama típicos a los factores de la Tabla 4.8 y dice que los valores garantizados se suministran a petición; esa tabla no corresponde al motor S04 de 11 kW. Si falta un dato para el motor consultado, usa la entrada de su catálogo específico o solicita el valor garantizado, en vez de trasladar una fila solo porque su cosφ se parece. ABB, Low voltage motors: Motor guide, §2.1, p. 11; §§4.9–4.10, pp. 51–52 y Table 4.8, p. 54.

Una lectura puntual no es el promedio del ciclo

También importa el intervalo que representa el dato. ABB distingue entre leer directamente el factor de potencia de una carga y calcular un promedio a partir de las diferencias de los contadores de energía activa y reactiva al principio y al final de un ciclo de trabajo. Para ese promedio, el documento aconseja tomar lecturas en distintos momentos del ciclo; su sección trata tanto una carga como un grupo de cargas.

Es otra respuesta posible, pero no equivale al cosφ instantáneo de una fila de catálogo ni identifica el kVA máximo del motor. ABB, Power factor correction and harmonic filtering in electrical plants, §6, p. 12.

Si el contador solo ofrece kWh y kvarh acumulados, la diferencia entre dos lecturas describe energía transcurrida en ese intervalo. No revela cuánto tiempo el motor estuvo en el punto nominal o al 40 %, ni la potencia aparente en un instante concreto. En el ejemplo ABB, los dos puntos son estados de cálculo publicados; no hay un perfil de horas ni un registro de operación.

No conviertas, por tanto, uno de esos valores en consumo de energía sin la duración correspondiente.

Para una estimación puntual hacen falta datos que describan el mismo estado: entrada activa y factor de potencia, o salida de eje junto con la eficiencia y el factor de potencia aplicables a ese punto. Una medida de potencia media a lo largo de un turno puede contestar otra pregunta. El documento fuente no la convierte automáticamente en kVA máximo, ni permite reconstruir los cambios entre cargas dentro del periodo.

Leer el porcentaje de carga en la tabla ABB

En §7.1, localiza la fila del motor de 11 kW y seis polos; el diagrama aplica coeficientes distintos a eficiencia y factor de potencia. El eje horizontal expresa carga respecto de Pn: el 40 % no es corriente ni duración, sino el punto que determina qué coeficientes corresponden a la salida mecánica indicada. La tabla de compensación cercana responde otra pregunta y no aporta datos para este cálculo. Esta lectura se limita a la edición ABB citada.

Para reutilizar el ejemplo, mantén juntos el estado, Pa y cosφ. En una máquina instalada, registra cuáles son datos publicados y cuáles derivaciones; no combines potencia y factor medidos en condiciones diferentes.

Funcionamiento y arranque son estados distintos

El cosφ del ejemplo ABB corresponde al punto nominal. La guía define la corriente de arranque RMS estable una vez que decaen los transitorios. Para arranque directo, indica que esa corriente suele ser varias veces la nominal y que el pico transitorio puede rondar 2,5 veces la corriente de arranque estable. La razón 2,5 compara corrientes, no kVA.

ABB no aporta el cosφ ni una traza de tensión y corriente del arranque del motor de 11 kW, así que no se puede derivar el kVA de ese evento. ABB, Low voltage motors: Motor guide, §§4.5–4.5.1, p. 36, y §4.10, p. 52.

Un caso diferente de Schneider informa 4.762 kVA al arrancar directamente un motor de 800 kW y 5,5 kV, con relación de corriente de arranque 5 y cosφ de arranque 0,15. En ese ejemplo, la aportación vectorial de otras cargas se compara con el límite de entrada de red de 6.000 kVA, y Schneider concluye que el arranque directo cabe en ese contexto.

Es un resultado del motor y la red descritos, no un factor que pueda trasladarse al ejemplo ABB ni una regla de selección. Schneider Electric, Motorpact application guide, doc. AMTED303042EN, p. 3 del visor.

ABB declara sus potencias de catálogo para servicio continuo S1 salvo indicación distinta. Esa condición identifica la referencia del catálogo; no convierte el 40 % de Pn del diagrama en un porcentaje de tiempo ni entrega la duración de un ciclo real. La sección basta para distinguir la carga del punto ABB del régimen declarado, sin necesitar recorrer toda la taxonomía S1–S4. ABB, Low voltage motors: Motor guide, §4.7, p. 46.

Límites del ejemplo

Los kVA calculados corresponden a puntos de funcionamiento. La fuente de arranque describe otra condición, pero no da el cosφ para el motor ABB de 11 kW. Estas cifras no determinan cableado, protección ni compensación.

¿Cómo se calcula la potencia aparente de un motor en marcha?

Usa la potencia activa eléctrica absorbida en el punto de operación y su factor de potencia. No dividas directamente la potencia nominal de salida: primero distingue carga, eficiencia y factor de potencia del mismo estado.

¿Puedo dividir los 11 kW por el cosφ nominal?

No si 11 kW identifica la potencia de salida del eje, como en el ejemplo ABB. Estima primero la potencia eléctrica de entrada dividiendo por ηn; luego usa el cosφ nominal del mismo estado. Con valores redondeados, 11/0,86/0,77≈16,61 kVA. Es una cuenta propia, no una cifra impresa por ABB ni una lectura de red.

¿Qué significa el 40 % de carga del ejemplo ABB?

No es una fracción del tiempo de funcionamiento ni de la corriente. ABB usa 40 % como carga relativa a la potencia nominal Pn; el eje del diagrama no mide horas. Ese porcentaje fija el punto al que aplica los coeficientes de eficiencia y cosφ. No permite inferir cuánto dura ese estado durante la jornada ni convertirlo directamente en energía.

¿ABB publica los kVA nominal y parcial?

No. Para el punto parcial, ABB informa 5,68 kW absorbidos y cosφ≈0,52; 5,68/0,52≈10,92 kVA es un cálculo propio. El resultado nominal de ≈16,61 kVA también se deriva aquí de los valores redondeados de salida, eficiencia y cosφ; ninguno de los dos kVA aparece impreso en la guía.

¿El kVA en marcha sirve para calcular el arranque?

No. ABB define la corriente de arranque RMS una vez desaparecen los transitorios, pero no aporta el factor de potencia ni una traza del evento para derivar kVA de arranque del motor de 11 kW.