motor de CC de 24 V: Potencia segura y eficiente para sus dispositivos

Ventajas en materia de seguridad de los motores de CC de 24 V: cumplimiento de la norma SELV y reducción del riesgo del sistema

¿Por qué los 24 V de corriente continua se encuentran dentro de los límites de Voltaje de Seguridad Extra-Bajo (SELV) según las normas IEC 61800-5-1 y UL 508A?

Los sistemas que funcionan a 24 voltios de corriente continua se clasifican, según las normas IEC 61800-5-1 y UL 508A, como «Tensión de Seguridad Extra-Baja» (SELV, por sus siglas en inglés). La clasificación SELV significa básicamente circuitos cuyos valores permanecen por debajo de ciertos límites, normalmente no superiores a 50 voltios de corriente alterna ni a 120 voltios de corriente continua durante el funcionamiento habitual. Esto sitúa nuestro sistema de 24 V CC directamente dentro de la zona segura en cuanto al contacto accidental con partes conductoras. Para la mayoría de las instalaciones industriales, esto implica que no necesitamos cajas conectadas a tierra ni capas de aislamiento complejas que, de otro modo, serían obligatorias. Otra ventaja importante es la reducción del riesgo de arcos eléctricos. Dado que la intensidad del arco eléctrico aumenta con el cuadrado del nivel de tensión, una instalación de 24 V CC presenta menos del 1 % del peligro asociado a un sistema que funcione a 240 V CA. Esta característica hace que los sistemas de 24 V CC sean especialmente adecuados para equipos en los que las personas trabajan en estrecha proximidad con las máquinas, como los robots colaborativos utilizados en la fabricación o diversos dispositivos médicos donde la seguridad del paciente es primordial, pero también son esenciales tiempos de respuesta rápidos y un control preciso.

Aislamiento simplificado, menor riesgo de arco y mayor seguridad del operador en entornos próximos a personas

El cumplimiento de SELV permite tres ventajas clave en materia de seguridad:

• Demandas reducidas de aislamiento , lo que permite recubrimientos más finos de los devanados y diseños de motor más compactos
• Potencial despreciable de arco eléctrico —Los cálculos de energía incidente según NFPA 70E arrojan valores inferiores a 8 cal/cm² a 24 V, frente a más de 40 cal/cm² a 120 V
• Eliminación más rápida de fallas , posible mediante interruptores automáticos estándar en lugar de protecciones especializadas

Los beneficios en materia de seguridad se vuelven realmente evidentes cuando los trabajadores deben interactuar directamente con los equipos a diario. Tomemos como ejemplo las líneas de embalaje. Según informes de la OSHA, las plantas que pasaron a motores de corriente continua de 24 V vieron reducirse sus problemas de seguridad eléctrica aproximadamente un 60 % el año pasado, lo cual es bastante impresionante comparado con lo que ocurre en sistemas de mayor tensión. Esto resulta especialmente relevante en lugares como hospitales, donde están en funcionamiento equipos de resonancia magnética (RM), o en fábricas de alimentos, donde los riesgos de contaminación deben mantenerse al mínimo absoluto. Al eliminar toda esa tensión peligrosa, desaparece por completo el riesgo de descargas eléctricas y tampoco se produce esa molesta interferencia electromagnética que altera el funcionamiento de instrumentos delicados durante las reparaciones. Y tampoco debemos olvidar el proceso de certificación. El procedimiento UL para estos sistemas de menor tensión reduce aproximadamente un 30 % la documentación habitual requerida para configuraciones estándar de 120 V. Esto significa que los productos llegan más rápido a los estantes y que las empresas dedican menos tiempo a sortear trámites burocráticos.

Eficiencia energética y ahorro de costes operativos con sistemas de motores de CC de 24 V

Eficiencia superior en carga parcial frente a motores de CA: datos reales según las referencias NEMA MG-1 e ISO 50001

La mayoría de los motores industriales funcionan, de hecho, por debajo de su capacidad máxima la mayor parte del tiempo, y es precisamente entonces cuando pequeñas mejoras de eficiencia resultan realmente significativas. Según esas normas industriales de las que todos hablan (NEMA MG-1 e ISO 50001), los motores de corriente continua de 24 V suelen ser aproximadamente un 10 % a un 15 % más eficientes que los motores de inducción de corriente alterna convencionales cuando no operan a su salida máxima. ¿Por qué? Pues porque presentan menores pérdidas debidas a efectos electromagnéticos, además de devanados internos mejor diseñados. Al analizar aplicaciones como cintas transportadoras o ventiladores de extracción, donde el par varía constantemente, los motores de corriente continua alcanzan típicamente una eficiencia del 47 %, mientras que los motores de corriente alterna se quedan cerca del 33 %. Pruebas reales también respaldan estos resultados. Empresas que han migrado a sistemas de 24 V en corriente continua han observado una reducción de sus facturas anuales de electricidad entre el 12 % y el 18 % en distintas plantas manufactureras.

Pérdidas I²R minimizadas y compatibilidad con fuentes de alimentación modernas conmutadas de 24 V

Las pérdidas resistivas, conocidas como I al cuadrado R, disminuyen considerablemente en los sistemas de corriente continua de 24 V, ya que consumen menos corriente en conjunto. Al combinar estos sistemas con fuentes de alimentación modernas de alta eficiencia conmutadas (o SMPS, por sus siglas en inglés), se logran eficiencias de sistema que, en la práctica, suelen superar el 90 %. La última generación de modelos de SMPS de 24 V mantiene realmente una regulación muy precisa de su tensión de salida, típicamente con una ondulación inferior al 5 %, lo que significa un funcionamiento más estable, una entrega de par constante y una menor acumulación de calor en los componentes. Al reunir todos estos factores, se obtiene aproximadamente un 20 %, e incluso hasta un 30 %, menos de energía desperdiciada en comparación con los diseños tradicionales de fuentes de alimentación lineales. Y existe otro beneficio adicional: la capacidad de frenado regenerativo, que contribuye a mejorar la sostenibilidad al recuperar parte de esa energía cinética cuando el sistema reduce su velocidad, todo ello manteniendo un control estable de la velocidad y unas buenas características de par durante todo el proceso.

Selección del tipo adecuado de motor de CC de 24 V para los requisitos de su aplicación

En serie frente a derivación frente a imán permanente de CC: compensaciones entre par, regulación de velocidad y ciclo de trabajo

Elegir el motor de corriente continua de 24 V adecuado depende, en realidad, de tres factores principales: la cantidad de par necesaria, si la velocidad debe mantenerse constante y qué tipo de carga soportará el motor a lo largo del tiempo. Los motores de excitación en serie son excelentes cuando se requiere mucha potencia al arranque, lo que los hace ideales para aplicaciones como cintas transportadoras que deben ponerse en marcha desde el reposo. ¿Su inconveniente? No regulan bien la velocidad ante fluctuaciones de carga. Por otro lado, los motores de excitación en derivación mantienen bastante estables sus revoluciones por minuto incluso cuando varía la carga, aunque carecen de la misma potencia al arranque. Los motores de imán permanente (IP) ocupan una posición intermedia. Estos motores suelen ser muy eficientes, responden de forma predecible a los cambios tanto de velocidad como de par y, en general, ofrecen buenas opciones de control. Especialmente destacables son las versiones sin escobillas, que funcionan excepcionalmente bien en aplicaciones que requieren funcionamiento continuo, como los sofisticados sistemas servo que vemos en las instalaciones modernas de fabricación. Al final del día, adaptar las especificaciones del motor a las exigencias reales de la aplicación sigue siendo absolutamente fundamental para lograr el éxito.

• Tareas intermitentes de alto par (por ejemplo, polipastos industriales): de excitación en serie
• Operaciones continuas a velocidad estable (por ejemplo, mezcladores de precisión): de excitación en derivación
• Entornos de control de precisión (por ejemplo, equipos de laboratorio automatizados): motores de imanes permanentes (PM), especialmente variantes sin escobillas que alcanzan una eficiencia superior al 90 %

Cuándo integrar reductores: mejora del par de arranque y reducción de la velocidad sin sacrificar el control

Cuando las aplicaciones requieren más par de arranque o velocidades de salida más bajas, pero aún desean un buen control, los reductores se vuelven realmente importantes. Tanto los sistemas de engranajes planetarios como los de engranajes rectos pueden aumentar el par entre 3 y 5 veces, reduciendo proporcionalmente las RPM. Esto permite que motores de CC de 24 V más pequeños manejen cargas más pesadas, como las presentes en brazos robóticos o en trenes motrices de vehículos guiados automáticamente (AGV). La verdadera ventaja radica en evitar la necesidad de motores más grandes, lo que ahorra espacio valioso en diseños de sistemas embebidos compactos. Además, mantener la relación de inercia entre el rotor y la carga por debajo de aproximadamente 10:1 ayuda a preservar tanto la respuesta como la estabilidad durante el funcionamiento. Estos tipos de configuraciones funcionan bien en diversas aplicaciones industriales, entre ellas...

• Bombas de dosificación médica que requieren repetibilidad a nivel de micrómetro
• Vehículos guiados automáticamente que necesitan par para superar pendientes y aceleración suave
• Maquinaria de embalaje con ciclos sincronizados de arranque y parada, y ventanas de tiempo ajustadas

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la clasificación SELV según la norma IEC 61800-5-1 y la norma UL 508A?

SELV significa Tensión de Seguridad Extra-Baja, lo que indica circuitos que permanecen por debajo de ciertos límites, típicamente no más de 50 voltios en corriente alterna o 120 voltios en corriente continua durante el funcionamiento normal.

¿Por qué los motores de corriente continua de 24 V son más eficientes a cargas parciales en comparación con los motores de corriente alterna?

los motores de corriente continua de 24 V suelen ser un 10 % a un 15 % más eficientes debido a menores pérdidas electromagnéticas y diseños de devanados más eficaces, especialmente en condiciones de carga parcial.

¿Cuáles son las ventajas de los sistemas de 24 V en corriente continua respecto al riesgo de arco eléctrico?

Debido al menor voltaje, los sistemas de 24 V en corriente continua presentan un riesgo reducido de arco eléctrico, con menos del 1 % del peligro asociado a los sistemas de 240 V en corriente alterna.

¿Cómo mejoran los reductores de velocidad el rendimiento de los motores de corriente continua de 24 V?

Los reductores de velocidad aumentan el par de arranque y reducen la velocidad, manteniendo al mismo tiempo el control, lo que permite que motores más pequeños manejen cargas más pesadas de forma eficaz.