Qué hace un motor de ascensor y por qué es importante elegir

El motor del ascensor es el corazón de cualquier sistema de ascensor: es la máquina que convierte la energía eléctrica en el par mecánico necesario para mover la cabina del ascensor, sus pasajeros y su contrapeso hacia arriba y hacia abajo por el hueco del ascensor. Cada parámetro de calidad de viaje que notan los pasajeros (suavidad de aceleración, precisión de nivelación, comodidad de frenado y nivel de ruido) está directamente determinado por el rendimiento del motor de accionamiento del ascensor y su sistema de control asociado. Un motor mal especificado o desgastado produce arranques entrecortados, nivelación imprecisa del piso y ruido mecánico que erosiona la confianza del usuario en la instalación y acelera el desgaste de cuerdas, guías y componentes de frenado.

Para los propietarios de edificios, administradores de instalaciones e ingenieros de ascensores, la decisión de seleccionar el motor conlleva consecuencias que van mucho más allá del costo de instalación inicial. El motor del elevador es el mayor consumidor de energía eléctrica en un sistema de elevación típico de un edificio de media altura, y las diferencias de eficiencia energética entre las tecnologías de motor pueden traducirse en miles de dólares por año en costos operativos en una instalación de varios elevadores. El tipo de motor también determina los requisitos de la sala de máquinas (o si es necesaria una sala de máquinas), los intervalos de mantenimiento, los niveles de ruido y vibración transmitidos a la estructura del edificio y la facilidad de una futura modernización a medida que evoluciona la tecnología de accionamiento.

La industria de los ascensores ha experimentado una transición tecnológica sustancial en las últimas tres décadas, pasando de motores de inducción predominantemente con engranajes a sistemas de motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) sin engranajes con variadores de frecuencia variable (VFD). Comprender toda la gama de tecnologías de motores de ascensores disponibles (sus principios operativos, características de rendimiento, fortalezas y limitaciones) es esencial para tomar decisiones informadas sobre nuevas instalaciones, proyectos de modernización y estrategias de mantenimiento.

Motores de ascensor con engranajes y sin engranajes: la división fundamental

La clasificación más fundamental en motor de ascensor La tecnología divide los sistemas de propulsión en configuraciones con y sin engranajes. Esta distinción afecta a casi todos los aspectos de la instalación: tamaño de la sala de máquinas, nivel de ruido, consumo de energía, velocidad de la polea del cable y requisitos de mantenimiento.

Sistemas de accionamiento de ascensores con engranajes

En un ascensor con engranajes, el eje del motor acciona un engranaje helicoidal o una unidad reductora de engranajes helicoidales, que reduce la alta velocidad de rotación del motor (normalmente de 900 a 1500 RPM para un motor de inducción estándar) a la baja velocidad de la polea (normalmente de 30 a 100 RPM) necesaria para impulsar los cables de elevación a la velocidad correcta del cable. La relación de reducción de engranajes suele ser de 15:1 a 40:1 para máquinas de engranajes helicoidales y de 5:1 a 12:1 para unidades de engranajes helicoidales. Esta configuración permite que un motor de inducción de velocidad estándar, relativamente pequeño, desarrolle suficiente torque en la polea del cable a través de la ventaja mecánica de la relación de transmisión. Los motores de ascensores con engranajes son predominantemente motores de inducción de CA o CC que van desde 5 kW para ascensores residenciales pequeños hasta 75 kW para ascensores comerciales de mediana altura con velocidades de cable de hasta 2,5 m/s. Las principales ventajas de los accionamientos por engranajes son el menor coste inicial, el uso de componentes de motor estándar ampliamente disponibles y la compatibilidad con la fuente de alimentación trifásica estándar del edificio sin necesidad de accionamientos inversores especializados en instalaciones antiguas de CA de dos velocidades.

Las desventajas de las máquinas con engranajes son importantes y explican por qué la tecnología está decayendo en las nuevas instalaciones. La unidad de engranaje helicoidal introduce pérdidas mecánicas del 30 al 50% (los engranajes helicoidales son inherentemente ineficientes), lo que significa que un motor de ascensor con engranajes debe ser considerablemente más grande que su equivalente sin engranajes para entregar la misma potencia de movimiento de un automóvil. El aceite para engranajes requiere monitoreo y reemplazo periódico (generalmente cada 3 a 5 años), y la superficie de desgaste del engranaje helicoidal genera calor y ruido que aumentan con el tiempo a medida que se degrada la malla del engranaje. Las máquinas con engranajes también tienen velocidades de cable limitadas (la mayoría no son económicas por encima de 2,5 m/s) y normalmente requieren una sala de máquinas dedicada encima del hueco del ascensor para la caja de engranajes, el motor y el gabinete de control.

Motores de ascensor sin engranajes

En un accionamiento de ascensor sin engranajes, el eje del motor está acoplado directamente a la polea del cable, sin necesidad de una caja de cambios intermedia. Por lo tanto, el motor debe funcionar exactamente a la baja velocidad requerida por la polea (normalmente 30 a 100 RPM) mientras desarrolla un par muy alto directamente en el eje. Esta configuración de accionamiento directo elimina todas las pérdidas mecánicas, el ruido y el mantenimiento relacionados con los engranajes, y es la razón por la que los motores de ascensor modernos sin engranajes logran eficiencias generales del sistema del 75 al 90 % en comparación con el 45 al 60 % de los equivalentes con engranajes. Las máquinas sin engranajes se utilizan para velocidades de cable superiores a 1,0 m/s en aplicaciones de media y gran altura y ahora también se utilizan ampliamente en ascensores de media y baja altura sin sala de máquinas (MRL), donde el paquete de motor compacto se instala directamente en el hueco del ascensor o en la pared del hueco, eliminando por completo la sala de máquinas. El diseño sin engranajes requiere un motor de baja velocidad y alto torque especialmente diseñado (generalmente una máquina síncrona de imán permanente) o un motor de inducción de baja velocidad especialmente diseñado; los motores estándar del catálogo no se pueden usar sin una caja de engranajes porque giran a la velocidad incorrecta.

Tipos de motores de ascensor: un desglose detallado

Dentro de las categorías con y sin engranajes, se utilizan varias tecnologías de motores distintas en aplicaciones de ascensores, cada una con características de rendimiento, perfiles de eficiencia e idoneidad de aplicación específicos.

Motor síncrono de imán permanente (PMSM): el estándar moderno

El motor síncrono de imanes permanentes se ha convertido en la tecnología dominante para las nuevas instalaciones de ascensores en todo el mundo, y se utiliza en la gran mayoría de accionamientos de ascensores sin engranajes MRL y de salas de máquinas. En un PMSM, el rotor lleva imanes permanentes (normalmente neodimio-hierro-boro, NdFeB) que crean un campo magnético constante sin requerir corriente en el devanado del rotor, lo que elimina las pérdidas de cobre del rotor y mejora drásticamente la eficiencia. El estator recibe alimentación de CA de voltaje variable y frecuencia variable desde un inversor de accionamiento de elevador (VFD) dedicado, que controla con precisión la velocidad y la posición del rotor mediante retroalimentación del codificador. Los motores de ascensor PMSM logran eficiencias energéticas del 92% al 96% con carga nominal, significativamente más alta que cualquier alternativa de motor de inducción. Son compactos y livianos por su par de salida (densidad de potencia entre 2 y 4 veces mayor que los motores de inducción equivalentes), funcionan silenciosamente y permiten un control extremadamente preciso de la velocidad y la posición para arranques y paradas suaves y una nivelación precisa del piso con un margen de ±1 a 2 mm. La principal limitación de los motores de ascensor PMSM es su dependencia de los imanes de tierras raras, que añaden costos y crean consideraciones en la cadena de suministro, y su requisito de un variador compatible: no pueden funcionar directamente desde el suministro sin un VFD.

Motor de inducción de CA con variador de frecuencia (VFD)

Los motores de inducción de CA trifásicos controlados por variadores de frecuencia representan la alternativa moderna y mejorada a los antiguos motores de inducción de velocidad fija en aplicaciones de ascensores con engranajes, y también se utilizan en algunas configuraciones sin engranajes. El VFD ajusta la frecuencia y el voltaje suministrados al motor para controlar su velocidad continuamente, lo que permite perfiles de aceleración suaves y un control de velocidad preciso sin los sistemas de control de velocidad reostáticos o de motor-generador que desperdician energía utilizados en instalaciones más antiguas. Los motores de inducción de CA para ascensores con VFD logran eficiencias totales del sistema del 65 al 80 % en instalaciones con engranajes y hasta el 85 % en configuraciones optimizadas sin engranajes, significativamente mejores que los sistemas de CA de dos velocidades o de CC Ward-Leonard que reemplazaron. Sus principales ventajas sobre el PMSM son el menor costo del motor, la no dependencia de imanes de tierras raras y la capacidad de modernizar las instalaciones existentes más fácilmente, ya que múltiples fabricantes ofrecen bastidores de motor y configuraciones de devanado estándar sin necesidad de la cadena de suministro de imanes especializada de PMSM.

Motores de ascensor de CC (control Ward-Leonard y tiristores)

Los motores de corriente continua controlados por conjuntos de motor-generador Ward-Leonard o, más tarde, por rectificadores de tiristores (SCR) dominaron las instalaciones de ascensores de alto rendimiento desde la década de 1930 hasta la de 1990. Los motores de ascensor de serie CC o de bobinado compuesto proporcionaban el excelente par a baja velocidad, el control suave de la velocidad y las características de frenado dinámico necesarias para los ascensores de alta velocidad y gran altura antes de que la tecnología AC VFD madurara lo suficiente como para igualar su rendimiento. Muchas instalaciones antiguas de ascensores comerciales de gran altura y de primera calidad todavía utilizan sistemas de accionamiento de CC que se instalaron en las décadas de 1970 y 1990 y siguen funcionando de forma fiable. Los motores de CC para ascensores ya no se especifican para instalaciones nuevas porque los sistemas VFD y PMSM de CA han igualado o superado su rendimiento a menor costo, mayor eficiencia y con requisitos de mantenimiento significativamente menores (los motores de CC requieren un mantenimiento periódico de las escobillas y del conmutador que los motores de CA eliminan por completo). La base instalada de motores de ascensor de CC representa una gran oportunidad de modernización para los propietarios de edificios que buscan ahorro de energía y mantenimiento reducido.

Accionamientos de ascensor con motor de inducción lineal (LIM)

Los sistemas de ascensores con motor de inducción lineal eliminan por completo el cable y la polea, utilizando un estator plano montado en el hueco del ascensor y un riel de reacción unido a la cabina del ascensor para producir un empuje lineal directo sin ningún componente giratorio. Los ascensores LIM se utilizan en aplicaciones específicas, en particular algunas torres de observación, atracciones en parques de atracciones y sistemas experimentales de transporte vertical, donde la ausencia de cables y contrapesos simplifica la estructura del hueco del ascensor. Sin embargo, los ascensores LIM no han logrado una adopción comercial generalizada en aplicaciones de ascensores de edificios estándar debido a su menor eficiencia en comparación con los sistemas de tracción por cable y a la complejidad de la instalación del bus de energía en el hueco del ascensor. Siguen siendo una tecnología de nicho con ventajas específicas en determinados contextos arquitectónicos.

Unidades de potencia de ascensor hidráulico

Los ascensores hidráulicos utilizan un motor eléctrico para impulsar una bomba hidráulica que presuriza el fluido para extender o retraer un pistón, moviendo la cabina del ascensor. El motor de una unidad de potencia de ascensor hidráulico suele ser un motor de inducción de CA trifásico que funciona a velocidad constante (1450 o 1500 RPM a 50 Hz) y acciona una bomba hidráulica de desplazamiento fijo o variable. Los tamaños de los motores varían desde 5 kW para ascensores domésticos pequeños hasta 45 kW para ascensores hidráulicos comerciales de servicio pesado. Los accionamientos de ascensores hidráulicos se limitan a alturas de elevación bajas (normalmente de 2 a 6 pisos), velocidades bajas (hasta 0,63 m/s) y son muy ineficientes desde el punto de vista energético en comparación con los sistemas de ascensores de tracción: el motor funciona a máxima velocidad incluso durante el descenso, y la energía se disipa en forma de calor en el fluido hidráulico en lugar de recuperarse. Las modernas unidades de potencia hidráulica de velocidad variable con desplazamiento de bomba controlado electrónicamente han mejorado la eficiencia y la calidad de marcha en comparación con los sistemas más antiguos de velocidad fija, pero los ascensores hidráulicos siguen siendo fundamentalmente menos eficientes que las alternativas de tracción y están disminuyendo en nuevas instalaciones, excepto para aplicaciones específicas de poca altura donde la ubicación de la sala de máquinas debajo del ascensor es arquitectónicamente ventajosa.

Especificaciones técnicas clave de un motor de elevación de ascensor

Al especificar o evaluar un motor de ascensor, un conjunto de parámetros técnicos clave define su idoneidad para una aplicación determinada. Comprender estas especificaciones es esencial para realizar comparaciones precisas entre productos y garantizar que el motor seleccionado cumpla tanto con las demandas de la aplicación como con los requisitos reglamentarios.

Motores de ascensor sin sala de máquinas (MRL): cómo el diseño compacto cambió la industria

La introducción de la tecnología de ascensores sin sala de máquinas a mediados de la década de 1990, facilitada por el desarrollo de motores de ascensor PMSM compactos y sin engranajes de alto par, cambió fundamentalmente la práctica de instalación de ascensores y el diseño de los edificios. Antes de los sistemas MRL, cada instalación de ascensor de tracción requería una sala de máquinas dedicada, generalmente ubicada directamente encima del hueco del ascensor, que contenía la máquina de tracción, el panel de control y el regulador. Esta sala de máquinas ocupaba terrenos valiosos (normalmente entre 10 y 20 m² por ascensor), requería un soporte estructural capaz de soportar el peso del motor y la maquinaria e imponía restricciones de altura del techo en el último piso del edificio.

Los motores de ascensor MRL están diseñados específicamente para su instalación en el propio hueco del ascensor, ya sea en la pared lateral del hueco en el rellano superior, en la parte inferior del techo del hueco o en una estructura elevada poco profunda, sin una sala de máquinas separada. Esto es posible porque los motores sin engranajes PMSM modernos tienen un disco muy plano o un perfil tipo panqueque (la longitud axial a menudo es inferior a 300 a 400 mm incluso para máquinas de 15 a 20 kW) y su baja velocidad de funcionamiento (30 a 80 RPM) elimina la necesidad de la caja de cambios grande y pesada que daba volumen a las máquinas tradicionales. El motor y el sistema de control están integrados en unidades compactas que, en la mayoría de los casos, pueden ser instaladas por mecánicos de ascensores estándar sin equipo de grúa especializado.

Los beneficios de las instalaciones de ascensores MRL son sustanciales: la eliminación de la sala de máquinas ahorra entre 10 y 20 m² de superficie neta utilizable por ascensor (muy valioso en edificios comerciales y residenciales urbanos), reduce el coste estructural al eliminar la necesidad de un suelo de sala de máquinas con capacidad de carga de viga de grúa, y el paquete de motor compacto con accionamiento VFD y recuperación de energía puede reducir el consumo de energía entre un 40 y un 70 % en comparación con los antiguos sistemas de CA con engranajes o CC Ward-Leonard que reemplazan en los proyectos de modernización. Hoy en día, los ascensores MRL propulsados ​​por motores PMSM compactos sin engranajes representan la mayoría de las nuevas instalaciones de ascensores en edificios de hasta aproximadamente 10 a 15 pisos de altura, y su tecnología se ha extendido progresivamente hacia edificios más altos a medida que la densidad de potencia del motor continúa mejorando.

Eficiencia energética y accionamientos regenerativos en sistemas de motores de ascensores

Los motores de los ascensores se encuentran entre las cargas eléctricas más grandes en los edificios de varios pisos, y el consumo de energía en los sistemas de ascensores ha recibido una atención cada vez mayor a medida que los códigos de energía de los edificios se han vuelto más estrictos y el costo de la electricidad comercial ha aumentado. Comprender el rendimiento energético de las diferentes configuraciones de motores y accionamientos de ascensores ayuda a los propietarios de edificios a tomar decisiones informadas sobre nuevas instalaciones e inversiones en modernización.

Cómo los motores de ascensor consumen y recuperan energía

Un motor de ascensor actúa como motor durante algunas fases operativas y como generador durante otras, dependiendo de la dirección de desplazamiento de la cabina y del peso relativo de la cabina más los pasajeros frente al contrapeso. Cuando el ascensor se mueve en la dirección del lado más pesado (por ejemplo, una cabina cargada sube o una cabina vacía baja), el motor de accionamiento consume energía de la red. Cuando el ascensor se mueve contra el lado más pesado (una cabina vacía sube contra un contrapeso pesado, o una cabina cargada baja), el motor es esencialmente impulsado por la carga: actúa como un generador y produce energía eléctrica. En un accionamiento convencional no regenerativo, esta energía generada se disipa en forma de calor en las resistencias de frenado. En una unidad regenerativa (también llamada unidad frontal activa o unidad de recuperación de energía), esta energía generada se devuelve al sistema de distribución eléctrica del edificio para que la utilicen otras cargas, un proceso llamado frenado regenerativo o recuperación de energía.

Ahorros de energía gracias a los accionamientos regenerativos de ascensores

Los accionamientos regenerativos de ascensores combinados con motores PMSM de alta eficiencia representan lo último en rendimiento energético de ascensores. La energía recuperada durante las fases de frenado regenerativo, que puede representar entre el 20% y el 35% de la entrada total de energía del motor en un ciclo de trabajo típico, se devuelve a la red del edificio en lugar de desperdiciarse en forma de calor. Combinado con la mayor eficiencia básica de un motor PMSM (92–96%) en comparación con un motor de inducción con engranajes más antiguo (45–60% del sistema total), una modernización completa del accionamiento regenerativo PMSM puede reducir el consumo de energía del ascensor entre un 60% y un 75% en edificios con sistemas hidráulicos o de CA de dos velocidades con engranajes más antiguos. Para un edificio típico de mediana altura con 2 a 4 ascensores, esto puede traducirse en un ahorro anual de electricidad de 10 000 a 30 000 kWh por ascensor, lo que representa una reducción significativa de los costos operativos con las tarifas eléctricas comerciales actuales. Los estándares de prueba de consumo de energía para ascensores, incluidos ISO 25745 (global) y VDI 4707 (norma alemana que influyó en ISO 25745), proporcionan un marco estandarizado para medir y comparar el consumo de energía de los ascensores entre productos y tipos de instalación.

Consumo de energía en modo de espera e inactivo

Un aspecto que con frecuencia se pasa por alto en el consumo de energía del motor de un ascensor es la energía de reserva: la electricidad consumida por el sistema de control del ascensor, la iluminación, la ventilación y la electrónica de accionamiento cuando el ascensor está inactivo (sin realizar un viaje). En muchos edificios comerciales, el ascensor está realmente inactivo entre el 60% y el 80% de las 24 horas del día, lo que significa que la energía de reserva puede representar una fracción significativa del consumo total de energía del ascensor. Los sistemas modernos de control de ascensores con modos de suspensión, iluminación LED de cabina, ventilación controlada por demanda y modos VFD de espera de bajo consumo pueden reducir el consumo de energía en espera a tan solo 50 a 100 W por ascensor en comparación con los 200 a 600 W de los sistemas más antiguos, una diferencia que se acumula significativamente a lo largo de la vida operativa del ascensor.

Selección del motor del ascensor: adaptación del variador a la aplicación

Seleccionar el motor de ascensor adecuado para una aplicación de edificio específica requiere un enfoque sistemático que evalúe varios parámetros interdependientes. Hacer esto bien en la etapa de diseño evita tanto la subespecificación (rendimiento inadecuado, sobrecalentamiento, desgaste prematuro) como la sobreespecificación (costo de capital desperdiciado, baja eficiencia de carga parcial).

Calcular la potencia requerida del motor

La potencia mínima requerida del motor del ascensor se puede calcular a partir de la ecuación fundamental: P = (Q × g × v) / (η_system × 1000), donde Q es la carga neta (carga nominal de la cabina menos desequilibrio del contrapeso, en kg), g es la aceleración gravitacional (9,81 m/s²), v es la velocidad nominal de la cabina (m/s) y η_system es la eficiencia total del sistema de transmisión, incluido el motor, el inversor de transmisión y las pérdidas por fricción entre polea y cable. El contrapeso generalmente se establece en el peso de la cabina vacía más entre el 40 y el 50 % de la carga nominal, lo que significa que el motor solo necesita controlar el desequilibrio entre la cabina más la carga y el contrapeso en lugar de levantar el peso de la carga completa. Para un elevador de carga nominal de 1000 kg a 1,6 m/s con un desequilibrio de contrapeso del 40% y una eficiencia total del sistema del 85%, la potencia del motor requerida es aproximadamente (400 × 9,81 × 1,6) / (0,85 × 1000) ≈ 7,4 kW. Luego se seleccionaría un motor de 10 a 11 kW para proporcionar un tamaño de catálogo estándar con un margen de potencia de 30 a 35 % para aceleración, operación de emergencia y reserva térmica.

Categoría de velocidad y tipo de aplicación

La especificación de velocidad del vehículo es el parámetro más importante para determinar qué tecnología de motor es la adecuada. Como pauta general: para velocidades de hasta 0,63 m/s (ascensores residenciales y comerciales de poca altura), son comunes los accionamientos hidráulicos o pequeños motores de inducción con engranajes y VFD; para 0,63–2,5 m/s (comerciales y residenciales de mediana altura), los sistemas PMSM MRL sin engranajes dominan el mercado; para 2,5 a 10 m/s (edificios comerciales y de uso mixto de gran altura), las máquinas PMSM sin engranajes más grandes en salas de máquinas convencionales o en salas de máquinas de áticos son estándar; Por encima de 10 m/s (edificios muy altos), se requieren máquinas sin engranajes de alta velocidad diseñadas específicamente por fabricantes especializados (Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi), a menudo con configuraciones de cable personalizadas, características de protección sísmica y sistemas activos de amortiguación de ruido.

Requisitos de intensidad del tráfico y ciclo de trabajo

El dimensionamiento térmico del motor de accionamiento de un ascensor debe tener en cuenta la intensidad del tráfico esperada: la frecuencia con la que funcionará el ascensor en arranques por hora y cuál será el patrón del ciclo de trabajo de encendido y apagado. Un ascensor residencial con entre 15 y 30 arranques por hora requiere un motor con una masa térmica sustancialmente menor que un ascensor comercial de alto tráfico en un edificio de oficinas durante la hora pico de la mañana, que puede alcanzar entre 120 y 180 arranques por hora. Las clasificaciones de ciclo de trabajo IEC 60034-1 (S3 (servicio periódico intermitente), S4 (servicio periódico intermitente con arranque) y S5 (servicio periódico intermitente con arranque y frenado eléctrico) son el marco estándar para especificar los requisitos térmicos del motor de ascensor. Subdimensionar la clase térmica es una de las causas más comunes de falla prematura del devanado del motor de ascensor en instalaciones de tráfico pesado.

Sistemas de seguridad integrados con motores de ascensor

El motor del ascensor no funciona de forma aislada: está integrado con un conjunto de sistemas de seguridad obligatorios que monitorean, controlan y limitan su funcionamiento para garantizar la seguridad de los pasajeros en todo momento. Comprender estas interfaces de seguridad es esencial tanto para el personal de mantenimiento como para los ingenieros de modernización.

• Freno electromecánico: Todos los motores de los ascensores de tracción están equipados con un freno electromagnético accionado por resorte y liberado eléctricamente que se activa automáticamente cuando se corta la energía, ya sea intencionalmente en un rellano o como resultado de un corte de energía, una interrupción del circuito de seguridad o una condición de falla. El freno debe mantener el automóvil completamente cargado inmóvil en cualquier pendiente sin deslizarse y debe ser capaz de detener un automóvil con exceso de velocidad en conjunto con el gobernador y el sistema de paracaídas. EN 81-20 (norma europea) y ASME A17.1 (norma norteamericana) especifican pares mínimos de retención del freno y requieren circuitos de freno redundantes en instalaciones nuevas. El monitoreo del estado de los frenos (que mide la corriente de liberación del freno, el tiempo de liberación y el desgaste del disco) está cada vez más integrado en los controladores de transmisión modernos como una herramienta de mantenimiento predictivo.
• Monitoreo del regulador de velocidad y codificador: El codificador del motor del ascensor proporciona información continua de velocidad al controlador de accionamiento, que compara la velocidad real con los perfiles de velocidad permitidos durante todo el recorrido. Si se excede el umbral de sobrevelocidad del automóvil (normalmente entre el 115 % y el 125 % de la velocidad nominal), el controlador de conducción inicia una secuencia de parada de emergencia. Un gobernador centrífugo mecánico conectado a la cabina a través de la cuerda del regulador proporciona un sistema secundario e independiente de detección de exceso de velocidad que activa el paracaídas de la cabina (tipo progresivo o instantáneo) para sujetar los carriles guía y llevar la cabina a una parada controlada independiente del motor o sistema de accionamiento.
• Funciones de apagado de par seguro (STO) y accionamiento de seguridad: Los variadores VFD de ascensor modernos incorporan funciones de variador de seguridad IEC 61800-5-2, la más importante es Safe Torque Off (STO), que elimina el voltaje que produce el torque de los devanados del motor sin apagar todo el variador, lo que elimina el riesgo de un reinicio inesperado del motor después de una parada de emergencia mientras el variador permanece en un estado seguro monitoreado. La norma EN 81-20 exige cada vez más funciones de seguridad de nivel superior, incluida la parada segura 1 (SS1) y la supervisión de velocidad segura (SMS) para nuevas instalaciones, y se implementan en el procesador de seguridad del variador sin necesidad de relés de seguridad externos.
• Protección térmica: Los motores de ascensor están equipados con termistores (sensores PTC) o sensores de temperatura de resistencia PT100 integrados en los devanados del estator, que monitorean continuamente la temperatura del devanado e indican al controlador de accionamiento que reduzca la carga o se apague si se acerca al límite térmico. Esta protección evita daños en el aislamiento debido a una sobrecarga sostenida, por ejemplo, un motor funcionando en un día de mucho tráfico durante una ola de calor de verano en una sala de máquinas sin aire acondicionado. Algunos motores de ascensor PMSM modernos también controlan la temperatura del imán para proteger contra la desmagnetización a temperaturas elevadas.
• Protección contra movimientos involuntarios de vehículos (UCM): La norma EN 81-20 introdujo el requisito de protección contra movimientos involuntarios de la cabina: un sistema que detecta cualquier movimiento de la cabina del ascensor alejándose de un rellano con las puertas abiertas y activa un dispositivo de parada dentro de un límite de tiempo y distancia prescrito. La protección UCM se implementa utilizando el codificador del motor para monitorear la posición combinado con un bloqueo de hardware en el sistema de transmisión que evita que se desarrolle fuerza de tracción cuando se indica que la puerta está abierta, con un dispositivo de detención mecánico independiente como respaldo.

Mantenimiento del motor del ascensor: qué inspeccionar y con qué frecuencia

El mantenimiento preventivo adecuado del motor de tracción del ascensor es esencial para una operación segura, el cumplimiento legal y lograr la vida útil de diseño del motor de 25 a 40 años para las máquinas PMSM modernas. El programa de mantenimiento y el contenido de la inspección varían según el tipo de motor, la intensidad del tráfico y los requisitos de las regulaciones locales de ascensores (que generalmente exigen una inspección periódica por parte de un ingeniero de ascensores certificado, independientemente del programa de mantenimiento interno del propietario).

Controles mensuales y trimestrales de rutina

Las comprobaciones mensuales de los motores de ascensores PMSM sin engranajes deben incluir escuchar ruidos anormales durante el funcionamiento del motor (retumbar de los cojinetes, ruido de los frenos o vibración resonante), verificar que el conjunto del motor y el freno no muestren signos de ingreso de aceite o humedad y verificar la pantalla de temperatura del motor o el registro del controlador para detectar cualquier evento térmico desde la última inspección. Las verificaciones trimestrales deben incluir una inspección visual de todas las terminaciones de los cables eléctricos en la caja de conexiones del motor para detectar aprietes y signos de sobrecalentamiento (decoloración, agrietamiento del aislamiento), verificación de los ajustes de la separación del freno según las especificaciones del fabricante utilizando galgas de espesores y una inspección manual del cable en la polea para detectar reducción del diámetro del cable, roturas de cables o contaminación del lubricante que podría aumentar el desgaste de la polea.

Tareas de mantenimiento anual

El mantenimiento anual de un motor de ascensor sin engranajes debe incluir pruebas de resistencia de aislamiento de los devanados del motor utilizando un megaóhmetro de 500 V o 1000 V; la resistencia de aislamiento mínima aceptable es 1 MΩ por 1 kV de voltaje nominal, con valores inferiores a 10 MΩ que justifican una mayor investigación y tendencias. La condición de los rodamientos debe evaluarse mediante la medición de la vibración (utilizando un analizador de vibraciones portátil en los escudos del motor) y compararse con las lecturas de referencia tomadas en la puesta en servicio o en el último reemplazo del rodamiento. Se debe realizar la lubricación de los rodamientos, ya sea engrasando los rodamientos del motor según las especificaciones del fabricante (normalmente 15 a 25 g de grasa de complejo de litio cada 2000 a 4000 horas de funcionamiento) o verificación del estado de sellado de por vida de los rodamientos. Para las máquinas con engranajes, la inspección anual incluye muestreo de aceite de engranajes para análisis de partículas metálicas (pruebas ferográficas para detectar el desgaste de los engranajes antes de fallar), medición del juego del engranaje helicoidal según las especificaciones e inspección del estado del sello de la carcasa del engranaje.

Señales de que es necesario reemplazar el motor de un ascensor

Los indicadores clave de que un motor de tracción de ascensor ha llegado al final de su vida útil y deben reemplazarse en lugar de repararse incluyen: resistencia de aislamiento consistentemente por debajo de 1 MΩ a pesar del rebobinado o tratamiento (lo que indica daño irreversible por humedad o ruptura del aislamiento), desgaste del orificio de la carcasa del cojinete que no se puede corregir sin reemplazar la carcasa, desmagnetización del imán del rotor PMSM indicada por la pérdida de par constante del motor y confirmada por pruebas de contraEMF sin carga, desgaste de las ranuras de la polea más allá del límite de desgaste del fabricante (que requiere el reemplazo de la polea, lo que a menudo hace que la máquina entera reemplazo económico), o un sistema de control que ya no cuenta con el soporte del fabricante y para el cual no hay repuestos disponibles. En muchos casos, la modernización completa de la máquina (reemplazar el motor, el variador y el sistema de control como un paquete) es más económica en un horizonte de 15 a 20 años que reparar una máquina vieja y actualizar por separado el sistema de control, particularmente teniendo en cuenta los ahorros de energía disponibles con los variadores PMSM modernos.

Comparación de las principales tecnologías de motores de ascensores una al lado de la otra

Para ingenieros, propietarios de edificios y equipos de adquisiciones que evalúan opciones de motores de ascensores, esta tabla comparativa resume los factores diferenciadores clave entre las principales tecnologías de motores que se utilizan en la actualidad.

Modernización de motores de ascensores: cuándo actualizar y qué esperar

La decisión de modernizar el sistema de motor de accionamiento de un ascensor, en lugar de seguir manteniendo la instalación existente, está impulsada por una combinación de factores: mayores costos de mantenimiento, menor calidad de conducción, rendimiento energético que no cumple con los requisitos actuales de certificación de edificios, obsolescencia de repuestos y cambios en los estándares de seguridad que requieren mejoras de cumplimiento. Comprender las opciones de modernización y sus resultados probables ayuda a los propietarios de edificios a tomar decisiones de inversión bien informadas.

• Modernización únicamente del variador (control y reemplazo del inversor): Reemplazar el controlador del ascensor y el variador inversor manteniendo el motor y la máquina existentes es la opción de modernización menos disruptiva y de menor costo, adecuada cuando el motor y la máquina están mecánicamente en buen estado pero el sistema de control es obsoleto o poco confiable. Este enfoque puede mejorar significativamente la calidad de marcha (al reemplazar el control de contactor de dos velocidades con perfiles de aceleración VFD suaves) y puede reducir el consumo de energía entre un 15% y un 25%, pero las ganancias de eficiencia son limitadas si el motor existente es del tipo de inducción con engranajes de baja eficiencia.
• Modernización completa de máquinas y accionamientos: Reemplazar toda la máquina de tracción (motor, freno, polea) junto con el sistema de transmisión y control ofrece la máxima mejora en rendimiento, eficiencia y confiabilidad. Para una instalación de motor de inducción con engranajes existente con sala de máquinas, reemplazarlo con una máquina PMSM y un accionamiento regenerativo generalmente logra una reducción de energía del 50 al 70 %, elimina el mantenimiento del aceite para engranajes, reduce el ruido y proporciona 25 años de vida útil adicional. El costo de esta opción varía ampliamente según el tamaño de la máquina y la dificultad de acceso, pero generalmente se recupera en ahorros de energía en un plazo de 5 a 8 años para edificios comerciales con alta intensidad de tráfico.
• Conversión sin sala de máquinas: Algunos proyectos de modernización convierten las instalaciones existentes de la sala de máquinas a la configuración MRL reubicando la nueva máquina PMSM compacta en el hueco del ascensor, lo que permite reutilizar la antigua sala de máquinas como espacio rentable. Esta conversión es arquitectónicamente significativa y puede generar ingresos por alquiler que aceleran sustancialmente el retorno financiero de la inversión en modernización, pero requiere una evaluación cuidadosa de la estructura y del hueco del ascensor para verificar que la estructura del riel guía pueda soportar las cargas de montaje de la nueva máquina.
• Conversión hidráulica a tracción: La conversión de un ascensor hidráulico existente a un sistema de tracción (impulsado por cable) con un motor PMSM sin engranajes es una modernización más amplia que aborda tanto la ineficiencia energética del accionamiento hidráulico (la eficiencia del sistema suele ser del 25 al 40 %) como la responsabilidad medioambiental del aceite hidráulico y el cilindro. La conversión de tracción elimina el cilindro hidráulico y el fluido, aumenta la capacidad de velocidad de desplazamiento y reduce el consumo de energía entre un 50% y un 70%. El proyecto implica la instalación de una nueva máquina elevada, rieles guía aptos para cargas de tracción, un nuevo bastidor y contrapeso de cabina, y la remoción completa del sistema hidráulico y eliminación de fluidos, un costo sustancial del proyecto que generalmente se justifica para ascensores con una vida útil restante significativa y una alta intensidad de tráfico.