Protección térmica de motores eléctricos
Necesidad de la protección contra sobrecarga
Un motor eléctrico en sobrecarga consume más corriente que la nominal, generando calor excesivo en los bobinados. Si la temperatura supera el límite de la clase de aislación (clase B: 130°C, clase F: 155°C, clase H: 180°C), el barniz aislante se degrada irreversiblemente, provocando cortocircuito entre espiras y falla total del motor. AEA 90364-4-43 §435 exige protección contra sobrecarga para todo motor de potencia superior a 0.5 kW. Esta protección la proporciona el relé térmico (elemento bimetálico) o el guardamotor (interruptor con protección magneto-térmica integrada).
Ajuste del relé térmico
El relé térmico debe ajustarse a la corriente nominal del motor (In), que figura en la placa del motor, no en un cálculo teórico. Si la placa no es legible, se calcula In a partir de la potencia, tensión, eficiencia y factor de potencia. El ajuste se recomienda al 105% de In para permitir variaciones normales de tensión y carga. Si el motor tiene factor de servicio SF=1.15 (puede operar al 115% de carga continuamente), el ajuste puede ser hasta 1.15 × In. En Argentina, donde las variaciones de tensión pueden alcanzar ±10%, un ajuste conservador al 100-105% de In es prudente.
Clases de disparo
La clase de disparo define el tiempo que el relé tolera la sobrecorriente de arranque sin disparar: Clase 10 (dispara en ≤10 segundos a 7.2×In, para motores de arranque rápido como bombas centrífugas), Clase 10A (similar pero sin memoria térmica, estándar industrial), Clase 20 (tolera hasta 20 segundos, para compresores y ventiladores con inercia), Clase 30 (hasta 30 segundos, para cargas de alta inercia como trituradoras y molinos). La clase incorrecta causa: clase muy baja → disparo durante arranque normal; clase muy alta → protección insuficiente contra sobrecargas prolongadas.
Coordinación guardamotor-contactor-fusible
La protección completa de un motor requiere tres elementos coordinados: el fusible o interruptor (contra cortocircuito, poder de corte alto), el contactor (para maniobra, categoría AC-3 para motores), y el relé térmico o guardamotor (contra sobrecarga). La coordinación tipo 2 según IEC 60947-4-1 garantiza que ante un cortocircuito, solo el fusible se reemplaza (contactor y relé no sufren daño). Los fabricantes (Schneider, Siemens, ABB, WEG) publican tablas de coordinación que indican la combinación correcta de fusible + contactor + relé para cada potencia de motor.
Protección PTC por termistores en bobinado
Los termistores PTC (Positive Temperature Coefficient) incrustados en los bobinados del motor proporcionan protección directa contra sobretemperatura, independientemente de la causa (sobrecarga, ventilación bloqueada, temperatura ambiente excesiva, falla de fase en motores trifásicos). Los PTC se conectan a un relé de protección por termistor (como Schneider LT47, Siemens 3RN, ABB CM-MSS) que desconecta el motor cuando la resistencia del PTC aumenta bruscamente al superar la temperatura umbral (~130°C para clase B, ~155°C para clase F). Los motores WEG W22 Premium y Siemens 1LE1 incluyen termistores PTC de fábrica. La protección PTC + relé térmico proporciona doble seguridad: el relé térmico actúa por sobrecorriente (modelo térmico externo) y el PTC por sobretemperatura real en el bobinado (medición directa). En motores de potencia >15 kW y en aplicaciones críticas (bombeo de incendio, climatización de hospitales), la protección PTC es prácticamente obligatoria.
Protección de motores contra desequilibrio y falta de fase
La falta de fase (pérdida de una de las tres fases de alimentación) es una falla frecuente en redes trifásicas argentinas, causada por fusibles quemados, contactos flojos o cortes de la distribuidora. Un motor trifásico que pierde una fase sigue girando pero consume ~1.7× la corriente normal en las dos fases restantes, y se calienta rápidamente. El relé térmico "compensado" detecta el desequilibrio de corrientes entre fases y dispara antes de que el motor se dañe (diferencial de >30% entre fases). Sin embargo, relés simples pueden no detectar la falta de fase si el motor está con poca carga (la corriente no supera el ajuste). Para protección confiable, use: relé de protección de motor multifunción (como Schneider EOCR, ABB CM-MPS, Siemens 3UG46) que monitorea: subtensión, sobretensión, desequilibrio, secuencia de fases, subfrecuencia y corriente del motor. Costo: ~USD 100-200 pero evita la pérdida de un motor de miles de dólares.
Preguntas frecuentes
¿Guardamotor o contactor con relé térmico?
Ambas soluciones son normativas. El guardamotor (motor circuit breaker) integra protección magneto-térmica en un solo dispositivo compacto, ideal para tableros con poco espacio y motores hasta ~30 kW. La solución contactor + relé térmico + fusible es más flexible (el contactor se puede maniobrar con señales de control), permite reemplazar componentes individualmente y se usa en arrancadores estrella-triángulo o con variadores. Para motores con arranque pesado (clase 20-30), el relé térmico separado es preferible porque ofrece más opciones de clase de disparo.
¿Cómo verifico que el relé térmico funciona?
La verificación se realiza midiendo la corriente del motor con una pinza amperométrica y comparándola con el ajuste del relé. Si la corriente medida supera el ajuste durante más de unos segundos, el relé debería disparar. No lo pruebe provocando una sobrecarga real. Los fabricantes recomiendan el "test de disparo" presionando el botón de prueba del relé (si lo tiene). Además, todo relé térmico debería verificarse cada 6-12 meses en instalaciones industriales.
¿Puedo usar un variador de frecuencia como protección?
Los variadores de frecuencia (VFD) incluyen protección electrónica contra sobrecarga del motor (medición de corriente + modelo térmico), pero AEA 90364 igualmente exige protección por dispositivo independiente aguas arriba del VFD. El VFD protege el motor, pero no se protege a sí mismo contra cortocircuitos en su salida. Se necesita un fusible ultrarrápido o interruptor con fusible de semiconductor aguas arriba del VFD.
¿Por qué el relé térmico dispara intermitentemente con un motor que parece normal?
Las causas más comunes son: (1) tensión de red baja (el motor compensa con mayor corriente para mantener el par), típico en zonas rurales o redes sobrecargadas en verano en Argentina, (2) ventilación del motor bloqueada (polvo, trapos, hojas), el motor se calienta sin sobrecorriente, pero el relé térmico de ambiente también se calienta en tableros cerrados y mal ventilados, (3) el relé está ajustado demasiado bajo (verificar con pinza amperométrica que In del motor coincide con el ajuste), (4) arranques muy frecuentes que acumulan calor en el bimetálico (memoria térmica). Mida la corriente de las 3 fases: si hay diferencia >5% entre fases, investigue el estado de los contactos del contactor y la calidad del suministro.
¿Cuál es la temperatura ambiente máxima del tablero donde se instala el relé?
Los relés térmicos estándar están calibrados para funcionar a una temperatura ambiente de referencia de 40°C. Si el tablero tiene temperatura interna mayor (común en tableros cerrados IP55 expuestos al sol o en salas de máquinas calientes), el relé dispara con menos corriente de lo indicado (la curva de disparo se "desplaza" hacia abajo). Los relés "compensados en temperatura ambiente" (disponibles en Schneider LRD, ABB TF, Siemens 3RU) mantienen la calibración entre -20°C y +60°C de ambiente. Para tableros industriales en ambientes calientes, siempre use relés compensados.
¿Qué pasa si el motor arranca pero no alcanza velocidad nominal (rotor trabado)?
Si el motor arranca pero la carga mecánica impide que alcance velocidad (rotor trabado o sobrecarga mecánica extrema), la corriente se mantiene en el valor de rotor bloqueado (5-8× In) continuamente. El relé térmico debe detectar esta condición y disparar antes de que los bobinados se dañen. La clase de disparo determina cuánto tiempo tolera: clase 10 → 10 segundos, clase 20 → 20 segundos. Si el relé no dispara a tiempo (ajuste incorrecto o clase demasiado alta), el motor se quema. Por seguridad adicional, los guardamotor con protección magnética de alto umbral (10-14× In) también cortan si la corriente de bloqueo persiste.