m.- e6 “mantenimiento y operación de máquinas y equipos eléctricos”

CENTRO EDUCATIVO SALESIANOS TALCA
SEDE SUR: 2 SUR 1147 – FONOS (71 615416 - FAX (71) 615411
SEDE NORTE: 11 ORIENTE 1751 – FONO (71) 615454 – FAX (71) 615411
TALCA – VII REGIÓN
M.- E6
“MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN DE MÁQUINAS
Y EQUIPOS ELÉCTRICOS”
TIEMPO sugerido:
Total
: 200 horas.
Semanal
: 5 horas
CURSO
PROFESOR
ALUMNO
RUN
:TERCER AÑO C
: Juan Gabriel S. Castro Guerrero.
Especialidad
: Electricidad
Nº
-
TALCA 2008
INTRODUCCION
Este módulo está asociado a las áreas de competencia “Realizar proyectos eléctricos en baja
tensión y control” “Montar, instalar y desmontar componentes, dispositivos máquinas y equipos
eléctricos”, “Operar, programar y mantener dispositivos, máquinas y equipos eléctricos”. Es de
carácter obligatorio y para su desarrollo requiere 160 horas.
En el presente módulo, el estudiante:
•
•
•
•
•
•
•
Adquiere habilidades para la manipulación de herramientas e instrumentos de medición
que le permita detectar e interpretar datos para verificar el funcionamiento adecuado de
una máquina, equipo o sistema eléctrico.
Identifica las funciones de los diferentes componentes eléctricos que intervienen en un
proceso productivo
Relaciona los distintos factores y parámetros que permiten el funcionamiento de
maquinas, equipo o sistemas eléctricos.
Arma y desarma máquinas eléctricas de acuerdo a pautas o procedimientos
sistemáticos y ordenados para identificar fallas en partes o componentes.
Lee e interpreta catálogos y especificaciones técnicas.
Realiza procedimientos de mantenimiento correctivo de acuerdo a especificaciones.
Elabora programas de mantención preventiva de acuerdo a especificaciones técnicas
y/o exigencias de un proceso productivo
El presente módulo se desarrolla a partir de los conocimientos y destrezas adquiridas en los
módulos de medición y análisis de circuitos eléctricos, electrónicos e instalaciones eléctricas ya
que son requisitos indispensables para el trabajo en maquinas, instalaciones y sistemas que
funcionan con este tipo de energía.
Respecto a la relación con otros sectores de la formación general el módulo presenta la
oportunidad de reforzar y complementar en un contexto de aplicación a los siguientes:
•
•
Física (electromagnetismo y electricidad en régimen continuo y alterno)
Lenguaje y Comunicación (lectura comprensiva de catálogos y especificaciones
técnicas, elaboración de informes y conclusiones a partir de observaciones)
En este módulo los alumnos deben desarrollar actividades que les permitan familiarizarse con el
principio de funcionamiento y los efectos que se producen al accionar una máquina eléctrica.
Debido a esto, se hace necesario contar con equipamiento e instrumental que permita desarrollar
experimentos y verificar las principales pruebas de laboratorio en máquinas.
Las actividades deben estar preferentemente orientadas a la experimentación que permita al
alumno desarrollar procesos de reflexión, evitando caer solo en actividades de montaje y
desmontaje o manipulación, con el objetivo de obtener habilidades manuales o de mera repetición
de acciones que no podrán ser aplicadas en forma exacta a nivel de trabajos prácticos en la
empresa.
Un aspecto importante de considerar al tratar el tema de las máquinas eléctricas es que están
trabajan acopladas a un sistema, conjunto o mecanismo que requiere de energía mecánica o
eléctrica, por lo que su análisis debe ser siempre realizado considerando estas condiciones de
funcionamiento
2
INDICE DE CONTENIDOS
CONTENIDO
Págin
a
Índice
Material de consulta
Conceptos generales
Aprendizaje esperado (1/3)
Diagnostica problemas de funcionamiento en dispositivos eléctricos, motrices, de
iluminación y calefacción.
3
4
5
7
DISPOSITIVOS ESTÁTICOS
Principio de funcionamiento del TRANSFORMADOR
7
7
Refrigeración
Estructura informe escrito
SISTEMA ELECTRICO
Construcción motor trifásico
Calculo de la corriente
Conexión de receptores trifásicos
Tabla de intensidades
RODAMIENTOS
Pauta de evaluación
3
Material de consulta
Materiales
Cacel. WWW
Elementos de electricidad
Tecnología eléctrica
Reparación de motores
autor
año
1986
1982
ELEMENTOS NECESARIOS DE CARGO DEL ALUMNO
Materiales
Guardapolvo Blanco.
Cuaderno de 60 Hojas cuadriculado
Lápiz grafito o Portaminas HB
Lápiz de Pasta, rojo y azul
Goma
Calculadora
Lápices de colores
FECHA DE REQUERIMIENTO
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CONCEPTOS GENERALES
LA ONDA SENOIDAL:
En la figura se representa gráficamente una onda de tensión alterna.
(v) Volts.
(T) Seg.
1.- Ciclo:
Un ciclo de corriente esta formado por (2) dos semiciclos uno (1) positivo y el otro negativo
2.- FRECUENCIA:
Es la cantidad de ciclos que se generan en el tiempo de un segundo.
F= Hertz(HZ)
3.-PERIODO:
Representa el tiempo necesario para que se cumpla un ciclo.
T=1/f (Seg.)
T=1/50=0,02 Seg.
= 20mSeg
5
4.- VALOR MAXIMO:
Durante
un
ciclo
se
producen (2)
dos valores máximos, uno (1) positivo y otro negativo
5.-VALOR EFICAZ:
Es aquel valor de corriente alterna capaz de produce el mismo efecto térmico que un valor conocido de
corriente continua.
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1.- APRENDIZAJE ESPERADO (1/3)
DIAGNOSTICA PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO EN DISPOSITIVOS ELECTRICOS, MOTRICES,
DE ILUMINACIÓN Y CALEFACCIÓN.
FECHA DE INICIO
TERMINO
TOTAL HORAS
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CRITERIO DE EVALUACIÓN:
1. Interpreta instrucciones de operación verificando condiciones de funcionamiento.
2. Observan condiciones de funcionamiento de las partes o piezas que presentan desperfectos.
3. Mide parámetros eléctricos necesarios para detectar fallas de funcionamiento.
4. Informa y documento diagnóstico de funcionamiento.
1.- DISPOSITIVOS ESTÁTICOS
1.2.- TRANSFORMADOR
Los transformadores son dispositivos estáticos, es decir, sin partes móviles encargados de transferir
energía eléctrica de un circuito en otro, a la misma frecuencia pero a distinto voltaje y corriente.
Se puede decir que el transformador no es, propiamente una máquina eléctrica, pues la palabra “máquina”
nos indica órganos en movimiento y el transformador es, como hemos dicho, un dispositivo estático.
En su forma más sencilla, un transformador está constituido por un circuito magnético, formado por chapas
apiladas, éstas arrollan dos bobinas que llamaremos Bp y Bs. Si conectamos la bobina Bp a los terminales
de un generador de corriente alterna (G) y cerramos el circuito de la bobina Bs a una fuente consumidora
(impedancia Z), la bobina Bp actúa como una inductiva que, al ser atravesada por la corriente del
generador (G) se produce un flujo alterno que circula por el circuito magnético, induciendo una (f.e.m), en
el otro extremo del núcleo en la bobina Bs, a la misma frecuencia aplicada en la bobina Bp. Como
consecuencia, por el circuito eléctrico constituido por Bs y Z, pasa una corriente. Es decir, que por
inducción mutua, sea por medio de un flujo magnético una potencia alterna pasa de un circuito eléctrico a
otro circuito eléctrico, separado del primero. Como solamente un flujo variable puede producir una fuerza
electromotriz inducida y el transformador no tiene partes móviles, es fácil deducir que el transformador
solamente puede funcionar con corriente alterna, ya que la corriente alterna es la que se produce el flujo
alterno necesario para el funcionamiento del transformador.
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Transformador Eléctrico
Ya hemos establecido que el t/f es un dispositivo estático que consta de una bobina de cable situada junto
a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA)
aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la fuente de energía se
llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador
cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario
es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de
intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un
transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la
correspondiente disminución de corriente.
El transformador tiene su principal aplicación como
variador de la tensión en las líneas de transporte de
la energía eléctrica, en su doble versión de elevador
y reductor. En la central transformador T1 actúa
como elevador de tensión, mientras que, al final de
la línea de transporte, T2 funciona como reductor.
Desde el final de la línea de transporte hasta su
conexión a los receptores, la energía eléctrica es
sometida a varia transformaciones, con sucesivas
reducciones de tensión, por lo que jugara un papel
primordial al rendimiento del transformador.
El transformador intercalado en las líneas de
transporte y distribución pertenece al campo de las
maquinas de potencia, por lo que las explicaciones
sucesivas se centraran en este tipo de
transformador.
Fig.1 Utilidad de los Transformadores de Potencia
Esquema de distribución eléctrica
8
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR
Cuando pasa corriente alterna por una bobina se produce en torno a ella un campo magnético alterno. Este
campo magnético alterno se extiende desde el centro de la bobina y luego se contrae para volver a ella se
produce en la bobina una fuerza electromotriz autoinducida.
El sentido de la corriente autoinducida es opuesto ala fuerza electromotriz aplicada si el campo magnético
alterno generado por una bobina, es cortado por el arrollamiento secundario se producirá una fuerza
electromotriz en esta bobina.
Esta fuerza generada se llama fuerza electromotriz inducida y a la sección de generar esta fuerza, a esta
fuerza se le denomina acción transformadora.
1 Nota: Las bobinas del transformador están eléctricamente separadas y magnéticamente unidas.
2 Nota: Los transformadores se alimentan de corriente alterna, puesto que el funcionamiento del
transformador esta basado en el principio de circulación y este se produce solo ante variaciones del flujo
magnético. La corriente continua no crea un campo magnético variable.
La corriente continua no produce variación de campo magnético.
El transformador está basado en los
fenómenos de inducción electromagnética:
producción de f.e.m. por variación de flujo
en un circuito estático o por corte de flujo a
un circuito en movimiento.
Un transformador elemental de un núcleo
de chapas magnéticas al que rodean dos
devanados, denominados primario y
secundario, respectivamente.
TRANSFORMADOR ELEMENTAL
Al conectar el devanado primario a una red
de c.a., se establece un flujo alterno en el
circuito magnético que, a su vez, inducirá las
f.e.m. E1 y E2 en los devanados primarios y
secundarios respectivamente.
El devanado primario recibe la potencia
activa de una red y por tanto se comporta
como un receptor. Por el contrario, el
devanado secundario se conecta al circuito
de utilización, y por ello podrá considerarse
como
un
generador.
El
máximo
aprovechamiento del flujo se consigue
disponiendo las bobinas alrededor del
circuito magnético cerrado, formado por un
apilado de chapas magnéticas de grano
orientado.
CIRCUITO MAGNÉTICO DEL
TRANSFORMADOR
Aplicaciones del transformador.
9
Además de los transformadores de potencia son necesario los transformadores de medida, bien
sea de tensión bien de corriente, destinados a alimentar aparatos de medida, contadores y, por
extensión, relés u otros aparatos análogos.
También tienen su campo de aplicación en el aislamiento de tensiones como transformador de
aislamiento, destinado a separar el circuito de utilización de la tensión de alimentación, evitando
así los posibles peligros por contacto.
El campo de utilización de estos aparatos se completa con los transformadores especiales,
como autotransformadores, transformadores con tomas variables, etc.
Clasificación de los transformadores.
La clasificación de transformadores puede
hacerse atendiendo a varios criterios, como
sistemas de corriente, variación de tensión, tipo
de construcción, sistema de refrigeración, etc.
Según el sistema de corriente utilizados en la
conexión de los devanados, se clasifican en
monofásicos, bifásicos, trifásicos, trifásicos –
hexáfasicos, etc.
Transformador Trifásico
Según el sentido de variación en la tensión, pueden ser elevadores y reductores. Un mismo
transformador pueden se elevador o reductor; dependerá de la conexión a la red: así, en el
primero, la tensión inducida en el devanado secundario será superior a la del devanado primario,
mientras que, al funcionar como reductor, la tensión en el arrollamiento secundario será inferior
a la del primario.
En el aspecto constructivo se dividen en
acorazados y de columnas. En el acorazado,
el paquete de chapas que constituyen el
núcleo rodea los devanados y los envuelve
generalmente casi por completo. En el de
columnas, el circuito magnético esta
compuesto por dos o mas núcleos en forma
de columnas.
Tipos de Transformadores: Acorazado y de columnas
Valores nominales y características de funcionamiento de los transformadores.
Dada la importancia de unificación de criterios genérales, se indican a continuación las
relaciones normalizadas de aplicación a transformadores.
•
Servicio nominal. Conjunto de los valores numéricos de las características eléctricas,
relacionadas con su duración y secuencias en tiempo, asignadas al aparato por el fabricante
e indicadas en la placa de características, estando el transformador de acuerdo con las
condiciones especificadas.
10
•
Valor nominal. Valor numérico de una característica incluida en el servicio nominal.
•
Potencia nominal. Valor numérico de la potencia incluido en el servicio nominal. Viene dado
por el producto del la tensión nominal secundaria y de la intensidad nominal secundaria y de
un factor que tiene en cuenta el numero de fases. La potencia nominal se expresa en VA o
en KVA.
•
Tensión nominal primaria. Tensión de alimentación del transformador y que viene escrita
en la placa de características. Un transformador puede estar provisto para ser alimentado
con varias tensiones.
•
Tensión nominal secundaria. Tensión secundaria entre fases, funcionando alimentado a la
tensión nominal primaria, a la frecuencia nominal e intensidad secundaria nominal, bajo un
factor de potencia igual al a unidad.
•
Frecuencia nominal. Frecuencia para la cual el transformador ha sido construido.
•
Intensidad nominal primaria. Intensidad primaria correspondiente a la frecuencia nominal, a
la tensión nominal primaria, a la intensidad nominal secundaria y con un factor de potencia
igual a la unidad.
•
Intensidad nominal secundaria. Intensidad secundaria para la que el transformador ha sido
construido.
•
Tensión de cortocircuito. Tensión que es preciso aplicar al arrollamiento primario para que
su intensidad nominal circule por el arrollamiento secundario cuando éste está cerrado en
cortocircuito. La tensión de cortocircuito se expresa, generalmente, en tanto por ciento de la
tensión nominal primaria.
•
Masa: se entiende por masa del transformador todas las partes metálicas exteriores.
TRANSFORMADOR EN SU FORMA MÁS SENCILLA.
El circuito magnético de los transformadores esta formado por fierro, silicona, laminado en chapas. Todos
los transformadores pueden servir para elevar o reducir tensiones o corrientes eléctricas sin variar la
frecuencia.
TRANSFORMADOR REDUCTORES:
Es aquel en que
la tensión en la bobina primaria es mayor que la tensión que hay en la bobina secundaria.
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TRANSFORMADOR ELEVADOR:
El transformador elevador es aquel en que la tensión de la bobina primaria es de menor valor que la
tensión de la bobina secundaria
DISTRIBUCION DE ENERGIA
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15 kv
200 Mw
200 Kv
200Mw
10.000 A
500 Kv
200 Mw
600 A
200 Kv
200 Mw
260 A
600 A
25/66/125/200 Kv
Según consumo.
10.000 A
*Nota: Se trasmite en A.T. para disminuir la pérdida de potencia.
ANTECEDENTES GENERALES DE UN TRANSFORMADOR.
La bobina Bp que actúa como generadora del flujo la llaman arrollamiento primario, o también devanado
primario; la bobina Bs que actúa como receptora del flujo se denomina arrollamiento secundario o
devanado secundario. El circuito eléctrico constituido por el generador y el arrollamiento primario (buchín
de A.T.), es el circuito primario, también se le puede llamar primario del transformador, de esta manera el
circuito eléctrico constituido por el arrollamiento secundario y la carga, es el circuito secundario o, el
secundario del transformador. Se llama tensión primaria, corriente primaria, a la tensión aplicada al
primario y a la corriente que atraviesa dicho circuito y se llama tensión secundaria y corriente secundaria a
la tensión que aparece entre los bornes del secundario y a la corriente que atraviesa este circuito cuando se
le conecta una carga.
Sin duda y, por lo general, los valores de las tensiones primaria y secundaria son diferentes y también se
establece una distinción en los devanados correspondientes, llamándolos como devanado de alta tensión y
devanado de baja tensión, incluso ambos devanados pueden ser considerados de una forma absoluta, de
alta tensión como por ejemplo, en un transformador cuya tensión primaria sea de 220 KV. y la tensión
secundaria sea de 15 KV. (En este ejemplo, ambos devanados son de alta tensión), también puede suceder
que ambos devanados sean de baja tensión, por ejemplo en un transformador para timbre cuya tensión
primaria son 220 V. y la tensión secundaria de 12 V.
Cuando el devanado primario es también el devanado de alta tensión, se trata de un transformador
reductor, es decir, que reduce la tensión; por el contrario, si el devanado primario es el devanado de baja
tensión, se trata de un transformador elevador, ya que la tensión de salida es más elevado que la tensión
primaria (entrada).
TAPS (CONMUTADOR DE TENSIONES)
El conmutador de alta tensión suele ser accionable desde el exterior (excepto en los transformadores
monofásicos alimentados en el borne de alta por 7620 V) y permite obtener un número de posiciones
distintas a la posición normal. Básicamente, el comnutador consta de seis barras conductoras dispuestas
circularmente sobre un tambor aislante y unos rodillos que penetran sucesivamente cada dos barras
consecutivas. La presión de contactos está asegurada por la acción de fuertes resortes, su diseño es
siempre sencillo y robusto lo que permite una gran seguridad de maniobra.
Los transformadores salen de la fábrica constructora con el conmutador (Taps) en la posición
correspondiente a la tensión principal o nominal o posición uno.
Para proceder a accionar el conmutador (Taps) el transformador debe estar adecuadamente desconectado
de la red de alta tensión, esta maniobra se realiza bajando los desconectadores XS y luego se efectúa
fácilmente por medio del mando situado sobre la tapa del transformador.
Para poder efectuar esta maniobra se debe hacer en la siguiente forma:
a).- Conocer la tensión que llega y sale del transformador.
b).- Ver en la placa de característica, cual es la posición taps y sus posiciones.
c).- Desconectar el transportador de la red de alta tensión.
d).- Desconectar la carga del transformador en la parte de baja tensión.
e).- Girar el mando hasta que su índice quede frente al número que corresponde a la posición elegida.
f).- Apretar el enclavamiento del tornillo que actúa como seguro cuidado que queda dentro del hueco
dispuesto para este seguro.
Actualmente se emplean como conmutadores (Taps) de tensión, dispositivos automáticos que se
autorregulan conectándose al valor adecuado de alta tensión según las vigencias de la línea.
Los transformadores deberán contar con su respectiva placa de características.
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Datos de la placa de características:
a).- Nombre del fabricante o marca que permita facilitar su identificación.
b).- Número de fabricación de la serie.
c).- Fecha de fabricación.
d).- Peso total en kilogramos, peso del aceite en litros.
e).- Potencia nominal en K V A.
f).- Calentamiento del Cu y aceite en grados Celcius.
g).- Temperatura ambiente máxima.
h).-.Conexión del transformador.
i).- Nivel del grado de aislamiento.
j).- Posición de los conmutadores para los diferentes valores de tensión.
k).- Intensidad de corriente en el arrollamiento de alta.
l).- Valor de la tensión en baja intensidad.
TIPOS DE TRANSFORMADORES
1.- Transformador de potencia.
2.- Transformador de aislación.
3.- Transformador de medida.
4.- Transformador de potencial.
5.- Transformador de corriente.
6.- Autotransformador.
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Según su armado:
Estabilizador:
1º 2º
Punto medio en 1º:
1º 2º
Punto medio en 2º:
1º 2º
Autotransformador:
1º 2º
De salida múltiple:
P S
Conexión por puentes:
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TIPOS DE NUCLEO
Núcleo tipo columna:
Este transformador de núcleo consta de dos columnas y dos jugos. Alrededor de una columna se aloja el
bobinado del primario y en la otra el bobinado del secundario.
Núcleo tipo acorazado:
Este tipo de núcleo esta formado por tres (3) columnas y dos (2) jugos. El la columna central van ubicados
los bobinados Primario y Secundario respectivamente.
Laminación F
Laminación en E
Las bobinas tienen diferentes formas y tamaños. Están aisladas entre si y del núcleo. En algunos casos las
bobinas van enrolladas sobre carretes diferentes, o en un solo carrete.
Chasis del Bobinado. (Carrete – Cojinete)
El carrete es la armazón de material aislante en donde se montan las espiras de los bobinados. Las
dimensiones del hueco del eje del carrete están de acuerdo con las dimensiones de las piernas del núcleo
al que van a ser montados, las dimensiones de la casa posteriores y tapa, van de acuerdo con las medidas
de la abertura o ventana del núcleo.
Núcleo de Madera: El núcleo de madera es el apoyo del chasis del bobinado, es en cierto sentido el
reemplazante de la pierna del núcleo en la etapa de bobinado.
Sus dimensiones van estrechamente relacionadas con la medida de la pierna del núcleo. Posee un orificio
circular en el centro, por donde atraviesa en eje de donde se monta el carrete.
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RELACIONES DEL TRANSFORMADOR
En un transformador, como en cualquier dispositivo mecánico o eléctrico, y de acuerdo con la Ley de la
transformación de la energía, tiene.
ENERGÍA DE ENTRADA = ENERGÍA DE SALIDA
Como se sabe, la potencia en la unidad de tiempo, en un transformador se tiene:
Potencia primaria = Potencia secundaria
1.-Relación de tensión:
Cuando la tensión salida es mas alta que la tensión de entrada el transformador es elevador y el Nº de
espiras en el Secundario es mayor que en el Primario.
Cuando la tensión de salida es menor que la de entrada el Nº de espiras del Primario es mayor que las del
Secundario.
Vp = Tensión Primario
Vs = Tensión Secundario
Np = Nº de espiras Primario
Ns = Nº de espiras Secundario
Ejemplo:
Si el transformador es monofásico se tendrá:
V1/1 = V2I2
Y si es trifásico:
V1/1 = V2I2
En ambos casos:
En un transformador ya construido, se tiene que la tensión es proporcional al flujo magnético y el número
de espiras, o sea:
= flujo magnético
N = número de espiras
V1 = K1 X n1
V2 = K2 X n2
Y como el flujo magnético es común, se obtiene:
V1 = K1 X n1
V2 = K2 X n2
De donde:
V1 = n1
V2
n2
O sea, que la relación de tensiones es igual a la relación del número de espiras. Es decir, se obtiene:
V1 X n2 = V2 X n1
Teniendo en cuenta que:
V1 = I 2
V2
I1
Obtuvimos que:
n1 = I 2
n2
I1
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De donde:
I1 X n1 = I 2 X n2
Se llama relación de transformación r t a:
r t = n1
n2
Por lo tanto, tenemos:
V1 = r t
V2
Y además:
I1 = 1
ó
I2 = rt
I2
rt
I1
De todas formas, las relaciones fundamentales halladas pueden considerarse suficientemente aproximadas
para muchos cálculos prácticos y, desde luego, resultan de gran importancia manejarlos para comprender
el funcionamiento del transformador. Por ejemplo de la relación:
V1 = I 2
V2
I1
Podemos deducir inmediatamente que si el denominado primario es el de alta tensión, por el devanado
secundario pasará una corriente mayor que por el devanado primario de la relación:
I 1 X n1 = I 2 X n2.
A.- Calcular la relación de espiras
2.-Relación de Potencia:
Si ignoramos la pérdida en el transformador, la potencia en el Secundario es la misma que la potencia en el
Primario. Si bien el transformador puede elevar la tensión no puede elevar la potencia.
P Primario = P Secundario
Pp = Potencia Primario
Ps = Potencia Secundario
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3.-Relación de Corriente:
Su transformador que eleva tensión debe al mimo tiempo reducir la corriente. Si no fiera así se obtendría
mas potencia en el secundario que en el Primario.
Se deduce fácilmente que el devanado atravesado por la corriente más elevada, tendrá menos número de
espiras. Como anteriormente se ha deducido que el devanado de baja tensión está atravesado por una
corriente más elevada, resulta que el devanado de baja tensión tiene menos número de espiras y, además,
habrán de ser de mayor sección ya que, como se ha dicho, la corriente es más elevada.
DEVANADO DE ALTA TENSIÓN
Devanado A.T.
Intensidad
Menor
Nº de espiras
Mayor
Sección conductor
Menor
Devanado B.T.
mayor
Menor
mayor
PERDIDAS EN EL TRANSFORMADOR
Los transformadores son unos dispositivos muy eficaces. Suele ser normal una eficacia de un 90% o
superior. No obstante, el transformador tiene cierta perdida.
1.-Perdidas del Núcleo:
Perdida por corriente de “FOUCAULT”, ”PARASITOS”
Los núcleos de los transformadores se hacen generalmente con Hierro dulce o acero. Debido que el hierro
y el acero son buenos conductores, puede inducirse una corriente el en núcleo al someterse éste a un
campo magnético en movimiento.
Esta corriente se denomina corriente de FOUCAULT o Parásitos
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Las Cte. Parásitas pueden reducirse alterando la confección del núcleo .La Cte. Parásita produce una
pérdida de potencia que es proporcional al cuadrado de la corriente.
Las corrientes parásitas pueden reducirse empleando muchas chapas metálicas delgadas para formar el
núcleo, estas chapas se revisten con un barniz aislante para que no haya corriente entre la chapas. Debido
a que lo sección transversal de la chapa es muy pequeña, la resistencia de cada chapa individual es
relativamente alta esto mantiene las corrientes a un bajo valor.
2.- Pérdida por Histéresis:
Cuando no esta magnetizado el hierro, sus partículas magnéticas quedan dispuestas al azar. Pero al aplicar
una fuerza magnetizadora las partículas se alinean en dirección con el campo magnético. Al invertir el
campo magnético, las partículas también invierten su dirección. Así pues, las partículas invierten su
dirección muchas veces por segundo, y tienen que superar la fricción e inercia, esto hace que se disipe una
cierta cantidad de potencia en forma de calor.
3.- Perdida en el Cobre (Cu):
Esta perdida esta causada por la R. de C.A. del “Hierro de Cobre” en los bobinados primarios y
secundarios. Debido a la longitud del hilo y su pequeña sección transversal la R. de C.A. podrá ser muy
elevado, al fluir una corriente por ella se disipara una cierta cantidad de calor.
4.-Perdidas por inducción externa:
Al expandirse y contraerse el campo magnético alrededor del transformador, podrá cortar a menudo un
conductor externo. Si se induce una corriente en el conductor, se perderá cierta potencia en el circuito del
transformador. La interferencia causada por la inducción de un transformador puede reducirse colocando un
blindaje metálico.
Debido a la perdida anteriormente mencionada, se aplica mas potencia al primario del transformador que la
que se obtiene en el secundario. La eficiencia de un transformador es la relación entre la potencia de salida
(útil) y la potencia de entrada (aplicada).
Eficiencia =
Ps
Pp
%deeficiencia =
Ps
x100
Pp
Ejemplo:
20
Pp = 110W
Ps = 105W
% eficiencia = 95 %
% eficiencia = 80%
Pp = 40W
Determinar Ps: % eficiencia Ps/Pp x 100
POLARIDAD DE LOS TRANSFORMADORES.
Las marcas de polaridad en los t/f indican el orden en que salen los conductores del interior del t/f, y
muestran también las polaridades respectivas de los conductores al interior del T/f en un instante de tiempo
cualquiera
Bornes “Homólogos”: La marca de polaridad en los transformadores indican el orden en que salen los
conductores del interior del transformador, y muestran también las polaridades respectivas de los
conductores del interior del transformador en un instante cualquiera.
Figura Nº 1 Bornes de T/F
NOTA:
1.- los terminales H indican el nivel de tensión alto del t/f, ósea el bobinado primario
2.- los terminales X indican el nivel de tensión bajo del t/f, ósea el bobinado secundario
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Figura Nº 1 Bornes de T/F
NOTA:
1.- los terminales H indican el nivel de tensión alto del t/f, ósea el bobinado primario
2.- los terminales X indican el nivel de tensión bajo del t/f, ósea el bobinado secundario
Cuando los conductores terminales de un t/F no están marcados, se puede averiguar si su polaridad es
ADITIVA O SUBSTRACTIVA.
si cuando está alimentado el primario con su tensión nominal el voltímetro marca la diferencia entre las
tensiones del primario y secundario, el t/f tiene polaridad sustractiva y los bornes homólogos se indican en
la figura Nº 2.
si el voltímetro marca la suma de las tensiones de los bobinados primario y secundario, el t/f tiene polaridad
aditiva campo se indica en la figura Nº 3
Figura Nº 2 PRUEBAS DE POLARIDAD
(Los puntos ennegrecidos indican bornes)
Figura Nº 3 PRUEBAS DE POLARIDAD
También esta actividad se puede realizar a través de la imagen que proporciona un osciloscopio.
Imágenes observadas en el OSCILOSCOPIO.
Imagen primer caso
Pruebas de Polaridad:
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Los puntos indican bornes
Cuando los conductos terminales de un transformador no están marcados, se puede averiguar si su
polaridad es aditiva o sustractiva.
Si cuando esta alimentado el primario con su tensión nominal el voltímetro marca la diferencia entre las
tensiones del primario y el secundario, el transformador tiene polaridad sustractiva y los bornes homólogos
se indican en la Fig.1
Si el voltímetro marca la suma de los bobinados primario y secundario tiene polaridad aditiva como se
indica en la Fig.2.
TRANSFORMADOR DE BAJA TENSION.
En principio, las líneas de fuerza en el circuito magnético del transformador deberían quedar encerradas,
sin salida para el mismo, pero como hay que pasar las pla… por dentro de las bobinas nos encontramos
obligados a disponer en aquellas varias líneas de corte, y es en esta ultima donde se manifiesta jugos
magnéticos.
La forma de disminuir los jugos, consiste en “consumir” la energía que se escapa, gracias a una espira en
cortocircuito constituida por una banda de metal, cerrada sobre si misma y alojando todo el transformador.
AISLACION DE UN TRANSFORMADOR.
La realización de los transformadores exigirá tanto mas precauciones para el aislamiento y el bobinado
cuanto mayor sean las tensiones que entren en juego.
Entre espiras y capas de un devanado.
Entre diverso devanado
Entre cada devanado y el circuito magnético.
PROTECCION CONTRA LA HUMEDAD.
La introducción de humedad en un aislante tiene como primer efecto el crear una “fuga de
corriente”.Cuando el bobinado del transformador formado por alambre fino, esta recorrido por una corriente
alterna se establecen débiles corrientes derivados entre la minúsculos falla del esmalte provocando en esta
ultima juntos fenómenos de “Electrolisis” que oxidan al conductor predisponiéndolo a una rotura. La
solución es impregnar los bobinados con un barniz aislante.
Ej.: Barniz transparente ceravolt. Nº 6, ceravolt Nº 5
TAREA:
EN GRUPOS : 2 ALUMNOS
FECHA :
FORMA
: ESTRUCTURA
TEMA : 1.-NUCLEOS PARA TRANSFORMADOR EN PARTICULAR
TIPO ACORAZADO
A) TABLA CON DIMENSIONES COMERCIALES
B) CARACTERISTICAS TECNICAS EN GENERAL
2.-AISLANTES PARA BOBINADOS DEL TRANSFORMADOR
A) NOMBRES Y CARACTERISTICAS
23
REFRIGERACIÓN DEL TRANSFORMADOR
La mayor parte de los transformadores utilizados en distribución son del tipo refrigerados en aceite, dicho
elemento absorbe el calor generado por la transformación y éste lo conduce lejos del núcleo, o sea, a la
carcaza, la cual lo disipa al circular aire a su alrededor. También, existen otros tipos de refrigeración.
a).- Autorefrigeración: es decir, por radiación y convección naturales (símbolo literal SV).
b).- Ventilación independiente, o sea, circulación de aire por medio de ventiladores (símbolo literal FV.)
c).- Circulación forzada de aceite (símbolo literal WV) por medio de bombas.
Tipo de refrigeración natural
Funcionamiento de la refrigeración por aire ambiental.
Forzada por aire
Un ventilador impele el aire sobre el transformador.
Natural y por circulación de aceite
Se bombea aceite a través de los elementos refrigerados, que se refrigeran mediante una corriente de aire
natural.
Forzada por aire y por circulación de aceite
Se bombea aceite a través de los elementos refrigeradores que se refrigeran mediante aire.
Por agua y por circulación de aceite
Se bombea aceite a través de los elementos refrigeradores, que se refrigeran mediante agua.
EL ACEITE
El aceite es una parte vital del aislamiento del transformador. Los efectos aislantes se definen con las
condiciones y características siguientes:
1.- Naturaleza:
Los aceites para transformadores son de naturaleza mineral, procedente de la dilatación fraccionada de
petróleos, a la que sigue un proceso de refino. La composición química depende de la procedencia que
básicamente se trata de una mezcla compleja de hidrocarburos.
Por lo expuesto, se comprende que resulte difícil y que carezca de valor práctico, su análisis químico,
según proporciones de unas y de sus moléculas se habla de aceites con bases parafínicas o aromáticas.
2.- Pureza y Color:
El aceite nuevo es transparente y completamente claro (sin enturbiamiento alguno)
3.- Peso específico:
Es el peso específico, a la temperatura de 20 º C, no debe ser superior a 0,92, aunque se aconseja que no
pase 0,89.
4.- Viscosidad:
La viscosidad no debe ser superior a ocho grados engler a 20 º C, y dos grados engler a cincuenta grados
celcius.
5.- Punto de congelación:
El punto de congelación no debe ser superior a – 25 º C.
6.- Punto de inflamación:
El punto de inflamación no debe ser inferior a 125 º C.
7.- Rigidez dieléctrica:
La rigidez dieléctrica medida según la correspondiente aplicación, según su ensayo no debe ser superior a
90 KV/cm., para los aparatos en funcionamiento. Dicha rigidez, con aceite seco o dispuesto para ser
introducido en los aparatos, no debe ser superior a 120 KV/cm.
8.- Pérdida de peso por evaporación:
La pérdida por evaporación debe ser inferior a 0,2 % después de calentarlo durante cinco horas a 100 º C.
9.- Indice de tendencia al envejecimiento:
El aceite experimenta un proceso de envejecimiento, significa que, con el tiempo se altera, se oxida, forma
productos ácidos y puede llegar a crear lodos.
Además existen factores varios, siendo los principales: el aire (oxígeno), temperatura (sobre cargas,
calentamientos locales, etc.) la luz y las radiaciones ultravioletas (las muestras de aceite se guardan en
botellas opacas evitando que sean de plástico y que estén totalmente llenas.
Con el envejecimiento, el aceite empeora en cuanto a características aislantes y refrigerantes, llegando a
resultar inservible. Para alargar el proceso, modernamente se emplean en ocasiones, productos químicos
inhibidores (nombre comercial: topanal, paranox, parabax, etc.)
24
La buena conservación del aceite implica evitar sobre cargas fuertes y prolongadas, refrigeraciones
inadecuadas (Tº ambientes excesivas, cantidad de refrigerantes suficientes.)
FORMULAS CÁLCULO DEL TRANSFORMADOR
1.- Número de espiras
N1=
E1 × 1018
4,44 × f × B × S fe
220ν × 10000000
= 4,44 × 50 × 12.000 × Sfe
Nota: B se trabaja por tablas, siendo los valores más comunes de 12.000, 11.000 y 10.000 Gauss.
2.- Sección del fierro
Sfe = 1,2 ×
P
1,2 → 20% de pérdidas
3.- Número de espiras del secundario.
N2 =
N1 × E 2
E1
Nota: Sfe = A x B (cm2) en los transformadores acorazados se calcula como en la figura.
Núcleo del transformador
4.- Potencia del transformador por sección del núcleo.
P=
P2
(1,2) 2
25
5.-Intensidad de corriente en:
5.1.- En el primario
I1 =
P
P
=
E1 × cos ϕ × η 220ν × 0,85 × 0,9 a 0,95
5.2.-En el secundario
I2 =
P
P
=
E 2 × cos ϕ × η 48ν × 0,85 × 0,9 a 0,95
6.- Sección del conductor de cobre Cu.
S Cu =
I
Dc
Nota: Dc densidad del conductor normalmente se utiliza 3 A/cm y esto se da por tabla
φCu =
Sc × 4
π .
26
CUESTIONARIO TRANSFORMADORES
PREGUNTAS
A continuación se plantea un conjunto de preguntas relacionadas con los ensayos realizados y que
constituye un ejercicio de aprendizaje muy recomendable para los alumnos.
1.- A partir de la información de los puntos 1 y 2, describir cada uno de los transformadores ensayados.
Transformador monofásico:
Transformador trifásico:
2.- ¿De qué formas desde el punto de vista constructivo podría diferenciar un transformador trifásico
respecto de uno monofásico?
3.- ¿De qué forma podría diferenciar un devanado AT y BT en un transformador?
4.- Con la información del punto 3 determine la relación de transformación y la corriente de vacío como
porcentaje de la corriente nominal.
5.- A partir de los ensayos realizados en el punto 4 determine el número de vueltas de cada devanado y la
densidad de flujo (Tesla) a la cual opera el transformador.
6.- ¿Por qué razones un transformador se calienta?
7.- Justifique las diferencias observadas entre el núcleo macizo y el laminado.
8.- Dibuje circuito de trabajo del punto 6 y determine la potencia consumida por la carga.
9.- Describa dos aplicaciones donde se utilice un transformador monofásico y trifásico.
El transformador monofásico:.
Transformador trifásico:
10.- ¿Porqué la potencia de un transformador se expresa en KVA y no en KW.
11.- ¿De qué manera la sociedad se beneficia con la existencia de los transformadores?
27
II.- MÁQUINAS DINÁMICAS
DESARROLLO DEL MOTOR ELECTRICO
En 1821 Michel Faraday (1791-1867), logró producir un movimiento circular continuo mediante su aparato
de rotación. En este aparato, una barra magnética rota alrededor de un cable conductor fijo, o bien, puede
también rotar un cable móvil alrededor de un imán fijo.
En 1822 apareció un trabajo escrito por el Ingles Peter Barlow (1776-1862) acerca de la rueda que, más
tarde, fue denominada rueda de Barlow, en su honor.
El electroimán era conocido desde 1825, pero pasaron unos seis años antes de que los investigadores
reconocieran su utilidad en la construcción de Máquinas Eléctricas. Con la ayuda de uno o más
electroimanes se obtuvo en los primeros aparatos un movimiento de balancín o pendular.
FIG. 1. Modelo de motor eléctrico
Todos esos aparatos mostraban ya el principio técnico o básico del motor eléctrico: Los electroimanes
deben ser comandados por la misma máquina, es decir, un mecanismo interruptor unido eje rotatorio debe
conectarlo y desconectarlo - o invertir los polos periódicamente. El desarrollo del colector (conmutador) se
inició ya en 1831. Un segundo tipo entre los primeros motores eléctricos funcionan con un movimiento de
inmersión, que imitaba el conjunto émbolo - cilindro de la máquina a vapor.
Entre 1832 y 1867 surgió una serie de máquinas construidas bajo este principio de inmersión, entre las que
se cuenta un motor diseñado por el Escocés R. Davidson, con el que, en 1839, se hizo funcionar una
locomotora eléctrica.
La tercera línea de desarrollo partió de la construcción en la que, al igual que en los motores actuales, la
parte móvil es rotatoria. El primer motor utilizable de este tipo fue construido en 1834 por Moritz Hermann
Jacobi.
Los primeros modelos de motores tuvieron más bien el carácter de juguetes, con ello se pudo demostrar
que con electricidad se podía lograr, en principio, un movimiento permanente. A Moritz Jacobi le interesó
desde un comienzo la aplicación técnica de su máquina, dejó en claro que el consumo de su motor era
menor mientras más rápido se lo hiciera rotar; explicó este comportamiento a través de las corrientes
contrarias. De hecho es así: Como las bobinas móviles se mueven en un campo magnético, en ellas se
induce una corriente que se opone a la corriente que llega desde afuera.
Después de la construcción de la primera máquina, cuya potencia, medida por medio de un freno de roce
(freno de Prony), era de aproximadamente 18 watt, se esforzó Jacobi por conseguir quien le financiara una
exposición donde quería mostrar lo apropiado que era su motor para la propulsión de vehículos.
28
El problema de todos los primeros motores era la fuente
de energía eléctrica: era necesario utilizar elementos
galvánicos que en los electroimanes de esa época sólo
podían producir corrientes muy débiles. Jacobi trabaja
con los potentes elementos de zinc-platino, que eran
extremadamente caros. En relación a su costo de
funcionamiento, los metales y los ácidos de los elementos
galvánicos de los motores eléctricos no podían competir
con el carbón de la máquina a vapor. Un cálculo hecho
por R. Hunt, en el año 1850, indica que la propulsión
eléctrica era 25 veces más cara que la propulsión a
vapor. Además surgieron problemas con la potencia: a
mediados del siglo 19, las corrientes potentes sólo podían
ser transportadas a distancia del orden de 10 a 20 metros,
de modo que la fuente de energía debía estar cerca del
motor.
FIG. 2. Modelo de motor eléctrico de inducción
Así, la irrupción del motor eléctrico se produjo recién después de que Werner V. Siemens inventara la
dínamo, en 1866. En esta máquina, que se autoactiva por medio del magnetismo remanente del acero,
aplicó V. Siemens el inducido en doble T, construido por el mismo ya en 1856. En general, se llama
inducido a la parte donde se induce corriente en una máquina eléctrica.
Heinrich Lenz (1804 - 1865) había ya en 1833 reconocido la reversidad fundamental entre el motor y el
generador, aun cuando este conocimiento se utilizó bastante más tarde: los motores eléctricos se
construyeron como seguidores de la exitosa dínamo. En 1872 desarrolló Friedrich von Hefner-Alteneck,
entonces jefe de constructores de Siemens, el inducido de tambor. Con éste se logró mejorar
considerablemente el rendimiento del dínamo de Siemens, ya que no se requería de un núcleo de hierro
masivo, sino que se tenía un embobinado de acero sobre un núcleo de madera, a fin de evitar el
calentamiento por las corrientes parásitas. Al ser utilizado el inducido de tambor en el motor eléctrico, se
lograba un funcionamiento más parejo que con el inducido en doble T.
En 1879 llevó V. Siemens la primera locomotora eléctrica a la exposición industrial en Berlín. El original se
puede ver actualmente en el Deutsches Museum en München.
Ya en 1825 había observado Francois Arago (1786-1853) que la aguja de una brújula giraba cuando, bajo
ella y muy cerca, se hacía girar una lámina de cobre. Como Faraday recién en 1831 descubrió la inducción,
este efecto no se pudo comprender. Hoy sabemos que el campo magnético de la brújula, inicialmente en
reposo, induce corriente sobre la placa de cobre en movimiento. Estas corrientes producen, a su vez, otro
campo magnético. Su dirección es tal que ejerce atracción sobre el polo de la brújula y la hace moverse.
Podemos explicar también este fenómeno por la Ley de Lenz: El efecto de un fenómeno de inducción se
opone a su causa.
La causa de la inducción es el giro de la placa de cobre respecto de la aguja de la brújula. Sin embargo, la
velocidad relativa disminuye cuando la aguja sigue el movimiento de la placa.
Una aplicación directa del efecto descubierto por Arago es el tacómetro de un auto o de una bicicleta, que
es movido por un eje flexible. Allí se mueve el imán y la lámina se mueve junto con él.
29
En 1850 descubrió Galileo Ferrari que con dos
bobinas, montadas perpendicularmente y recorridas
por corrientes alternas desfasadas en 90º, se podía
generar un campo magnético rotatorio. Cuando él
colocaba en este campo un cilindro de cobre capaz
de girar, éste giraba en el mismo sentido que el
campo rotatorio. Así se descubrió el motor de
inducción o asincrónico. Ferrari construyó según
este principio el contador de revoluciones (contador
de Ferrari) que se utiliza aún hoy. En 1889
construyó V. Dolivodobrowoski, en AEG en Berlín,
el primer motor asincrónico. Una vez que se logró
transportar corrientes eléctricas en grandes
distancias, se difundió rápidamente el sistema
rotatorio y el motor asincrónico.
FIG. 3. Motor eléctrico moderno
30
ARRANQUE DE MOTORES
Arranque directo: de motores eléctricos, absorbe una intensidad de corriente de 5 a 7
veces la intensidad nominal (In). El arranque directo se efectúa en motores cuya potencia
no supere según código eléctrico los 3 KW. Ver Normativa eléctrica vigente.
CARACTERÍSTICA
Desconecta intensidades 15 veces
mayor a la In en 0.2 segundos.
ESQUEMA
CARACTERÍSTICA
Su capacidad nominal está comprendida
entre 1.5 y 3 veces la In del motor
protegido. En condiciones que la partida
sea severa 4 veces la In.
Dependiendo
de
las
Interruptor de línea, se ubica a la vista
a
del motor, fácilmente accesible al actuar
realizar se hará la elección del tipo
debe dejar sin corriente al motor. Estos
de interruptor a utilizar.
interruptores
características
del
trabajo
pueden
ser
monopolar,
bipolar, tripolar y tetrapolar.
Existen en el comercio
Guardamotor
podrá
hacer
partir
o
guardamotores termomagnéticos
detener el motor y deberá tener una
con bobina de apertura a
capacidad de ruptura suficiente como
distancia; intensidad regulada de
para abrir el circuito con motor trabado.
1.9 a 25 A.
El guardamotor o partidor debe ser
individual por cada motor.
Protección
operar
de
sobrecarga:
al
Todo motor de régimen permanente de
deberá
interrumpir
la
potencia superior a 1 HP debe estar
circulación de corriente al motor.
protegido contra sobrecarga al valor de
su In o regulada la protección a 1.25
veces la In del motor. Se debe colocar
en
cada
conductor
activo
de
la
alimentación del motor.
Protección
contra
contacto
El protector diferencial, su sensibilidad
indirecto detecta las fugas de
se
determina
según
el
lugar
y
corriente a tierra.
condiciones de empleo. Normalmente se
utiliza el de 30 mA.
2
(La sección mínima para la alimentar motores fijos será de 1.5 mm )
31
MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
Motor de corriente continua
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica,
principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores
eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción
sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.
Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de
posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y
automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de
corriente alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el
consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente continua sigue y se usan
en aplicaciones de trenes o tranvías
La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde
vacío a plena carga.
Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un
estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica.
En el estator además se encuentran los polos, los cuales pueden estar devanados sobre la periferia del
estator, o pueden estar de forma saliente. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado.
Principio de funcionamiento
Según la segunda Ley de Laplace, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un
campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere introducir dentro de otro campo
magnético.
F: Fuerza en Newtons
I: Intensidad que recorre el conductor en Amperios
l: Longitud del conductor en metros
B: Inducción en Teslas
Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor
Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de
fuerza, es el efecto generador
La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.
Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay
fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura.
32
Número de escobillas
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina
tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha de
ser igual al número de polos de la máquina.
En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.
Los motores de corriente continua encuentran frecuente aplicación como accionamiento de bombas
hidráulicas, máquinas herramientas, etc., pero se utilizan principalmente siempre que es necesario un
ajuste continuo de la velocidad (por ejemplo, en prensas de imprimir, ferrocarriles eléctricos, ascensores,
etc.). Se fabrican de potencia comprendida entre 1/100 CV y varios miles de CV.
Fig.1 Motor de corriente continúa
1.
Tipos de Motores de C.C:
Hay tres tipos de motores de C.C.: El motor serie, el motor shunt o derivación y el motor coumpond. Los
tres son de aspecto exterior semejante, y sólo difieren entre sí por la construcción de las bobinas inductores
y por la manera de conectarlas al arrollamiento del inducido.
Fig.2 Tipos de motores de corriente continúa
El motor serie; tiene las bobinas inductores formadas por unas pocas espiras de alambre grueso,
conectadas en serie al arrollamiento del inducido. Este motor posee un par de arranque elevado y una
característica de velocidad suave (todo aumento de carga provoca una disminución de la velocidad y
viceversa). El motor serie se emplea generalmente para accionar grúas, trenes eléctricos, etc.
El motor shunt o derivación, tiene las bobinas inductores compuestas por muchas espiras de alambre fino,
conectadas en paralelo con el arrollamiento del inducido. Este motor posee un par de arranque mediano y
una característica de velocidad dura (la velocidad es prácticamente independiente de las variaciones de
carga). Por lo que encuentra aplicación en accionamiento que exigen una velocidad constante, como en
taladradora, tornos, etc. Los motores derivación de ciertas potencia suelen estar provistos de un pequeño
arrollamiento adicional en serie con el inducido, el cual tiene por objeto evitar el embalamiento eventual del
motor o bien conseguir una ligera reducción de la velocidad cuando la carga aumenta. Los arrollamiento de
estos motores derivación estabilizados están conectados como en un motor compound.
33
El motor compound, en este motor cada bobina inductora está formada por dos arrollamientos
independientes, uno de los cuales van conectado en serie al inducido, y el otro en paralelo con el inducido y
el arrollamiento serie. De este modo el campo inductor resultante es una combinación de los campos
creados por cada arrollamiento inductor parcial. El motor compound reúne las características de los
motores serie y shunt.
Inversión del sentido de giro del motor
El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes
circulantes por los devanados inductor e inducido, por tanto, para cambiar el sentido de rotación de un
motor de corriente continua hay que invertir la corriente en el inducido o en el inductor. En los motores serie
y paralelo lo normal es invertir el sentido de la corriente en el inducido, basta con permutar los terminales
de los portaescobillas para conseguir la inversión deseada.
La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo
magnético o de la corriente del inducido.
Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.
Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la
caja de bornas de la máquina.
Para la inversión de marcha en los motores compound hay que invertir todo el circuito del inducido
(inducido y arrollamiento serie), pues si se invierten solamente los terminales en los portaescobillas se
producirán chispas en las escobillas y el inducido se calentará excesivamente, provocando que el motor no
funcione normalmente.
Reversibilidad
Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos
elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.
Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el
devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.
En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de
delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza
contraelectromotriz en energía mecánica.
MOTOR UNIVERSAL
MOTORES UNIVERSALES
Este motor esta construido de manera que cuando los devanados inducidos e inductor están unidos en
serie y circula corriente por ellos, se forman dos flujos magnéticos que al reaccionar provocan el giro del
rotor, tanto si la tensión aplicada es continúa como alterna. Este motor que puede funcionar indistintamente
con corriente continua y con corriente alterna monofásica sin que su velocidad sufra variación, suelen ser
de potencia no superior a un caballo, y se emplean principalmente para el accionamiento de aspiradores de
polvo, molinillos domésticos, barrenas y máquinas de cocer. Se trata de motores serie, con elevado par de
arranque y características de velocidad variable. En vacío alcanzan una velocidad peligrosa (se embalan),
por cuyo motivo forman siempre una sola unidad con el mecanismo o aparato que accionan. Hoy se
construyen distintos tipos de motores universales. El mas conocido es similar al motor serie bipolar, y lleva
dos arrollamientos inductores concentrados; otro tipo lleva el arrollamiento inductor distribuido en ranuras,
como el motor.
Construcción del motor universal
Las partes principales del motor universal con arrollamiento inductor concentrado son: 1, la carcaza; 2, el
estator; 3, el inducido; 4, los escudos.
La carcaza suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición con dimensiones
adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los polos suelen estar afianzados a la carcaza con
pernos pasantes. Con frecuencia se construye la carcaza de una pieza, con los soportes o pies del motor.
El estator o inductor, que se presenta junto con otras partes componentes en la figura 2, consiste en un
paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y fijadas mediante remaches o pernos.
Como puede verse en la figura 3, las mismas chapas forman los núcleos polares inductores.
El inducido es similar al de un motor de corriente continua pequeña. Consiste en un paquete de chapas que
forma un núcleo compacto con ranuras normales u oblicuas, y un colector al cual van conectados los
34
terminales del arrollamiento inducido. Tanto el núcleo de chapas como el colector van sólidamente
asentados sobre el eje.
Los escudos, como en todos los motores, van montados en los lados frontales de la carcaza y asegurados
con tornillos. En los escudos van alojados los cojinetes, que pueden ser de resbalamiento o de bolas, en los
que descansan los extremos del eje. En muchos motores universales puede demostrarse solo un escudo,
pues el otro está fundido junto con la carcaza. Los porta escobillas van por lo regular sujetos al escudo
frontal mediante pernos, como indica la figura 4.
35
MOTORES DE INDUCCIÓN
SISTEMA ELECTRICO
A modo de focalizar el tema a tratar daremos a conocer los datos básicos de un motor eléctrico,
constitución y función de partes más importantes, para el correcto entendimiento de los conceptos que el
apunte entrega para análisis, como el motor eléctrico es en la actualidad la máquina eléctrica más
empleada entre las máquina industrial existente, el conocerla, es de vital motivación internarse en ella para
lograr su pleno conocimiento y así obtener un armonioso desarrollo de toda la actividad a desarrollar sobre
sistemas trifásicos de producción. Además de tocar el tema del transporte de la energía con sus
transformaciones hasta los centro de consumo
CONSTITUCION DEL MOTOR TRIFASICO
Cubierta interior rodamiento.
Placa de bornes.
Chaveta.
Circuito magnético.
Árbol (eje de acoplamiento).
Cubierta exterior rodamientos
Rodamiento bolitas.
Estator.
Golilla prisionera fijación.
Espira de rotor jaula de ardilla
Rotor.
Bobinado estator
Tapa descanso.
Caja de bornes
Patas
de
carcaza.
Ventilador
fijación
TIPO DE MOTORES DE INDUCCION DE C.A
A continuación se presenta una clasificación de los motores de inducción de C.A.:
Monofásicos
1. Inducción
♦ Rotor jaula de ardilla Espira de sombra
Fase partida
♦ Rotor bobinado
Repulsión
Repulsión en el arranque
Repulsión inducido
2. Sincrónicos
♦ Imán permanente
♦ Reluctancia
♦ Histéresis
Polifásicos
1. Inducción
♦ Rotor en cortocircuito
Jaula de ardilla y doble jaula
♦ Rotor devanado
♦ Rotor mixto
Con anillos de arranque
Con anillos de regulación
2. Sincrónicos
Universales
36
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN
Motor de inducción Motor en que la corriente alterna pasa a través de una bobina de cable compacta. Así
se crea un flujo magnético variable, que a su vez genera una corriente inducida en una bobina secundaria.
Esta gira debido a la interacción con el campo magnético variable y esta rotación pasa al brazo del rotor.
Definición de campo
Magnético giratorio:
El campo magnético
giratorio,
es
un
campo
magnético
que gira alrededor
de su eje con una frecuencia de giro constante.
Motor Monofásico de inducción: Sabemos que
el giro en el motor de inducción se basa en el principio del campo magnético giratorio. Ahora bien, si en un
motor Monofásico existe una bobina recorrida por una corriente alterna en ella aparecerá un campo alterno
o pulsátil. Este es un campo magnético fijo en el espacio cuyo valor varía con continuidad y cuyo sentido se
invierte periódicamente. Por tanto, no se trata de un campo giratorio.
Ahora bien, en base a esta explicación, en el motor de corriente alterna el campo magnético giratorio, se
obtiene gracias al uso de componentes adicionales, tales como: condensadores, resistores o bobinas
reactivas, basándose siempre en el principio de que el punto máximo de las intensidades de corriente en
las bobinas no debe ser al mismo tiempo, (desfase de 90ª producido por el condensador).
Motor
Trifásico de
inducción:
El giro de este motor se realiza mediante la
colocación de tres bobinas desplazadas en 120º unas de otras y recorridas por corrientes trifásicas que dan
origen a un campo magnético giratorio. Recordemos que cada una de las fases de sistema trifásico, nunca
llega al punto pick al mismo tiempo que las otras dos.
37
Electrotecnia de potencia Curso Superior
Enciclopedia de la Ciencia 2.0
Enciclopedia Encarta 99
Funcionamiento.
1- Bobinas iguales colocadas en circulo a 120º una de la otra, están alimentadas por una red trifásica.
2- Los tres campos alternos que ellos generan (uno después del otro) forman un campo giratorio de una
intensidad constante (H).
Las barras de una jaula metálica son atravesadas por el campo giratorio H; esto produce en ellas corrientes
inducidas intensas.
Estas corrientes reaccionan entre el campo H y tienden a escapar unidas al torque del motor. Esto pone en
movimiento la jaula, la que comienza a rotar hasta llegar cerca de la velocidad del campo H.
NOTAS
Una carcaza de acero o fierro fundido sirve de soporte y protege todos los elementos del motor.
B) El estator está formado por chapas ranuradas de fierro silicoso y bobinas generadoras del campo
giratorio.
Las bobinas del estator forman tres grupos, los cuales están alimentados por las fases de la red trifásica
alterna.
D) La jaula donde se producen las corrientes inducidas está en el interior de un cilindro de acero laminado
con el objeto de concentrar las líneas de fuerza del campo giratorio.
TRANSPORTE.
La energía eléctrica se produce en grandes centros de generación, llamados centrales eléctricas de todo
tipo, pero casi en su totalidad ubicadas a grandes distancias de estos centros de consumo. Debido a este
fenómeno es que se debe n de realizar múltiples de accione como las transformaciones de la tensión
eléctrica, a través de transformadores eléctricos que permiten la elevación de las tensiones y las
reducciones necesarias, todos estos se realiza con la finalidad de evitar las perdidas de potencia que el
transporte produce.
CALCULO DE LA CORRIENTE EN LA DISTRIBUCIÓN.
Como se ha mencionado anteriormente todas las transformaciones son realizadas en los t/f describiremos
como esta máquina reduce drásticamente la pérdidas de potencia.
Transformador de distribución
Además de transformador de distribución que nos permite obtener el neutro, para utilizar los receptores que
provocan los consumos desequilibrados en los redes eléctricas.
CONEXIÓN DE RECEPTORES TRIFASICOS EQUILIBRADOS
Está formado por tres elementos simples o monofásicos de un mismo valor de resistencia entre ellos.
Las dos formas mas comunes de conectar estos aparatos a la red es en conexión estrella o en conexión
triángulo.
¿De que depende el uso de uno u otro tipo de conexión?
Depende la tensión a que deberán quedar sometidos cada uno de los receptores. Es decir, que sus bobinas
están calculadas para soportar una tensión determinada.
Conexión estrella.
38
Si sabemos la tensión entre líneas (V1) y si deseamos saber la tensión (V2) a que queda sometido cada
receptor, debemos fijarnos que estos están conectados en serie, por tanto, la tensión de cada uno de ellos
será 1,732 veces menor que la tensión de línea. V2 = V1/1,732
Conexión triángulo
En este caso vemos que la tensión de línea V1 es igual a la tensión de cada receptor V2.
V2 = V1.
Conclusión
La tensión de los receptores en la conexión estrella es 1,732 veces menor que la tensión de línea.
La tensión de los receptores en la conexión triángulo es igual a la tensión de línea.
En la conexión de receptores trifásicos equilibrados pueden ser entre otros:
• motores
• transformadores
• otros receptores
Al construir los paquetes de bobinas de un motor o transformador, el constructor coloca denominaciones a
cada uno de los terminales que van a la placa de bornes, lo que permite realizar las conexiones exteriores
sin dificultades.
Nombre y cantidad de los receptores.
Inicialmente el constructor marca las entradas y salidas para darles después denominaciones
internacionales.
Conexión a la placa del motor
Cada terminal marcado se conectará al borne que le corresponde en la placa del motor.
La continuidad se ubicará entre los bornes: U-X , V-Y , W-Z.
Para prueba de continuidad y aislación no deberá haber ningún puente entre los bornes.
Cambio de posición de los nombres en la placa del motor.
Los terminales no cambian de nombre
La continuidad no cambia de nombre
La ubicación de la continuidad es en sentido contrario al de la placa superior
Este tipo de conexión lo utilizan algunos fabricantes.
Conexión de receptores trifásicos equilibrados
Habiéndose estudiado la continuidad de las bobinas y la conexión a la placa del motor nos resta por ver
como se ejecutan los puntos sobre la placa en las conexiones estrella y triángulo, según su placa de
características.
Conclusión
En un receptor (motor) la tensión a que deben quedar sometidas sus bobinas es igual a la menor tensión
indicada en su placa de características.
Conexión de motores trifásicos
En la red del país de tensión 380 V entre fases este motor debe conectarse siempre en 220V triángulo y
380V estrella.
En la red del país de tensión 380V entre fases, este motor debe conectarse para trabajar siempre en
triángulo a 380V triángulo y 660V estrella.
Inversión sentido de rotación de un motor trifásico
Esta operación es muy importante y se ejecuta a menudo en la práctica. Para intervenir el sentido de
rotación tan solo hay que intercambiar la conexión de dos fases V y W.
El sentido de rotación de un motor está determinado por la rotación del campo magnético y por la
distribución de los arrollamientos y sentido de las corrientes que entran a estos arrollamientos
Generalmente se intercambia en la entrada del motor ósea en la caja de bornes. También se puede en los
bornes del interruptor. U V W
Nunca se debe hacer el intercambio en las fases R-S-T de la línea pues son conductores vivos y hay
peligro de un accidente, salvo que se corte la energía.
El (interruptor) intercambio se hace entre dos fases solamente.
Por ejemplo:
R S T el original, rota en sentido universal.
(M)
R T S 1ª posibilidad se ha cambiado la segunda por la tercera
(CM)
S R T 2ª posibilidad se ha cambiado la primera fase por la segunda (CM)
T S R 3ª posibilidad se ha cambiado la primera fase por la tercera
(CM)
39
Inversión sentido de rotación de un motor trifásico: Si
se quiere cambiar el sentido de rotación a un motor
trifásico, basta intercambiar dos fases Esta operación
es muy importante y se ejecuta a menudo en la
práctica. Para intervenir el sentido de rotación tan solo
hay que intercambiar la conexión de dos fases V y W.
FIG. 4. Cambio de sentido de giro del motor
Las recomendaciones a seguir al cambiar el sentido de rotación de un motor son:
Generalmente se intercambia en la entrada del motor ósea en la caja de bornes. También se puede en los
bornes del interruptor.
Nunca se debe hacer el intercambio en las fases R -S-T de la línea pues son conductores vivos y hay
peligro de un accidente.
El (interruptor) intercambio se hace entre dos fases solamente.
Hay aparatos de control que permiten hacer la inversión directamente sin necesidad de hacerlo
manualmente
2.
Esquema de conexión motor
Fig.5 MOTOR TRIFASICO. Esquemas de conexión
Nota
40
Hay aparatos de control que permiten hacer la inversión directamente sin necesidad de hacerlo
manualmente.
Seguridad:
Asegúrese de que el interruptor esta “abierto” antes de hacer la inversión en la caja de bornes del motor.
CUESTIONARIO
1. La corriente a plena carga en una partida directa a cuantas veces la corriente de placa.
2. La corriente a plena carga en una partida con actuador estrella - triángulo es de cuantas veces la
nominal de la placa.
3. Cómo se realiza la inversión del sentido de giro de un motor trifásico.
41
DESLIZAMIENTO
INTRODUCCIÓN
En la teoría del campo rotatorio se explica que la velocidad de rotación del campo es función de la
frecuencia y del número de polos. Así, la velocidad con que rota el campo es:
Esta velocidad es la que se llama velocidad sincrónica.
En tabla aparecen a velocidades sincrónicas para una frecuencia de 50 cic. /seg.
Si un inducido cuyos conductores forman un circuito cerrado, se coloca dentro de un campo magnético
rotatorio, desarrollará un par, puesto que las corrientes inducidas están actuando en conjunto con el campo
magnético rotatorio.
De acuerdo a lo dicho anteriormente, es condición básica esta diferencia de velocidad entre campo
rotatorio y rotor, a esta diferencia se le llama deslizamiento del motor. Ejemplo: si tenemos un motor de
cuatro polos, la velocidad para 50 ciclos será 1.500 r.p.m. si este motor gira a una velocidad de 1.440
r.p.m. su deslizamiento es la diferencia de 1.500 – 1.440 r.p.m.
Este deslizamiento se designa con la letra “s”, se expresa en porcentaje (%) y relaciona la velocidad del
motor con la sincrónica.
s=
ns − n
* 100%
ns
Donde:
S = deslizamiento
NS = velocidad sincrónica.
N = velocidad del motor.
También podemos decir que: n = ns (1 – s) r.p.m. que será la velocidad del motor en función del
deslizamiento.
El deslizamiento a plena carga de los motores industriales varía entre 1 y 10 % según la potencia y tensión.
La diferencia (ns – n) nos aclara más aún la idea de movimiento relativo en el principio de funcionamiento
de los motores de inducción.
Si para el ejemplo dado más arriba tenemos una diferencia de 60 r.p.m.; esto significa, como decíamos,
suponer que los polos están fijos y que el disco o rotor están girando a una velocidad de 60 r.p.m. Este será
el movimiento relativo suficiente para que los conductores corten líneas de fuerza y haya torque.
Elementos de electricidad
Reparación de motores eléctricos.
Electrotecnia de potencia
El Motor Eléctrico Manual de ENDESA
CONDENSADORES PARA MOTORES MONOFÁSICO
Los motores eléctricos monofásicos, de arranque con condensador, utilizan condensadores electrolíticos,
de conexión momentánea, sólo durante el periodo de la partida.
La finalidad de estos condensadores, es producir el desfasaje en la corriente, entre el devanado auxiliar de
partida y el devanado de trabajo, es decir, provocar un adelantamiento de la corriente en la bobina de
trabajo permanente, lo que se traduce en la determinación del sentido de giro y del momento, parar sacar
de la inercia al rotor del motor.
Este defasaje es del orden de 90º y es indispensable para poder provocar el arranque del motor, ya que en
caso contrario al rotor permanecería estático, vibrando bajo los efectos del campo magnético del estator,
calentándose, terminando por quemarse.
El condensador electrolítico, contiene en su interior materias químicas, por lo tanto al permanecer
conectado mayor tiempo que el necesario (3”) estos líquidos se calientan, llegando a hervir y terminar por
evaporarse, produciendo con esto la rotura de la carcaza plástica del condensador. Igual problema se
podría producir al conectar el condensador en tensiones mayores que las indicadas por el fabricante, e
indicadas en el mismo condensador
El tiempo que permanece conectado el condensador, está regulado en forma automática por medio del
“interruptor Centrifugo” que como su nombre lo indica se desconecta por efecto de la fuerza centrifuga, al
girar conjuntamente con el rotor, ya que va montado sobre el eje del mismo.
42
Un interruptor centrífugo defectuoso, permitirá que el condensador este mayor tiempo del requerido, lo que
producirá la falla inmediata en él e incluso daños en la bobina auxiliar de partida.
Los condensadores se conectan en serie o en paralelo con la bobina auxiliar y el tipo de conexión depende
del fabricante y de la tensión de aislación del condensador elegido.
Este tipo de motor, se recomienda para un número de no más de 20 partidas y paradas hora, no siendo
recomendable su uso en trabajos de mayor número de partidas, como por ejemplo en tornos o similares.
Se adjunta un cuadro con las capacidades en Microfaradios necesarios para la partida de los motores más
usados y para tensiones de aislación 110/125 y 220 volts.
Tabla condensadores
Para motor
110 v
125 v
220 v
de :
1/8 HP
75 Mfds
---------18 Mfds
1/6 HP
97 Mfds
---------25 Mfds
1/4 HP
124 Mfds
108 Mfds 31 Mfds
1/3 HP
158 Mfds
130Mfds
40 Mfds
1/2 HP
216 Mfds
161 Mfds 54 Mfds
3/4 HP
324 Mfds
243 Mfds 80 Mfds
1 HP
400 Mfds
341 Mfds 100 Mfds
1,5 HP
640 Mfds
450 Mfds 150 Mfds
MOTORES SINCRÓNICOS
INTRODUCCIÓN
Los motores sincrónicos polifásicos grandes se muestran en la figura 1. Se hace un uso amplio de normas
debido a que la utilización equivocada de los motores, puede producir una interpretación de
especificaciones no relacionadas con las normas.
Motores Sincrónicos
De Rotor Cilíndrico
De tipo Turbina
De Inducción-Sincrónicos
De Polos Salientes
De una Velocidad
De varias Velocidades
Figura 1.
La energía eléctrica se obtiene principalmente de máquinas sincrónicas. Según el tipo de corriente que se
desea obtener, se emplean generadores sincrónicos de corrientes trifásicas, también llamados alternadores
trifásicos (véase en la figura 2), o generadores síncronos de corriente monofásica, también llamados
alternadores monofásicos. Las máquinas síncronas pueden funcionar como motores, sin embargo, el motor
síncrono solo se aplica en accionamientos especiales. La llamada máquina síncrona viene del hecho de
que, al funcionar como motor, el rotor de la máquina gira a la misma velocidad que el campo giratorio del
estator, o sea, sincrónicamente.
43
Figura 2 Generador Síncrono Trifásico
MOTORES SÍNCRONOS.
Los motores síncronos de corriente alterna, pueden ser monofásicos o polifásicos. Los electromotores
monofásicos síncronos son teóricamente iguales a los alternadores sincronos con los inductores
alimentados por corriente continua y, por consiguiente, como ocurre en las máquinas continuas, son
perfectamente reversibles.
Motores Polifásicos de Inducción: Son motores de corriente alterna, previstos para ser conectados a redes
de alimentaciones trifásicas o bifásicas, ambos tipos son de construcción análoga, y solo difieren las
conexiones internas de sus arrollamientos.
CARACTERÍSTICAS GENERALES.
Motor Sincrónico. Un estator de motor sincrónico con su devanado polifásico, se parece mucho a un motor
de inducción, y tiene la misma función de recibir potencia de las líneas de alimentación para mover la carga
conectada. El rotor se alimenta con excitación de corriente continua, la velocidad de rotación es constante y
no varía con la carga, como en el caso del motor de inducción. La velocidad del motor, en revoluciones por
minuto, se determina por el número de polos para los cuales se embobina el estator y por la frecuencia de
la potencia de alimentación. Véase en la Tabla 1.
Polos
1
N
en
3000
r.p.m
2
3
4
5
6
7
8
9
1500
1000
750
600
500
428.6
375
333.3
... p
3000
p
Tabla 1
Características de los motores Sincrónicos. Estas características indican las propiedades asociadas con el
diseño y el uso de los motores. Las especificaciones deben detallar el rendimiento o los requerimientos de
las características para asegurar la operación económica y satisfactoria de las unidades motrices. Todos
esos datos se basan en los valores del voltaje y la frecuencia nominal de la placa.
Los datos nominales de placa deben contener la siguiente información mínima
1.- Nombre del fabricante y número de serie u otra información adecuada.
2.- La potencia de salida.
3.- La capacidad de Tiempo.
4.- Elevación de Temperatura.
5.- Velocidad a plena carga.
6.- Frecuencia.
7.- Número de Fases.
8.- Voltaje.
9.- Corriente nominal por Terminal.
10.- Corriente nominal de Campo.
11.- Voltaje nominal del excitador.
12.- Factor de Potencia Nominal.
EL PAR
Además del par a plena carga y a rotor bloqueado, tiene otros significados en el uso de motores
sincrónicos. Las definiciones son:
44
El par de ajuste a sincronismo de un motor sincrónico, es el máximo par constante con el que el motor
moverá su carga de inercia conectada para llevarla a sincronismo, al voltaje y frecuencia nominal, cuando
se aplica su excitación de campo.
La velocidad a la que el motor llevara su carga, depende de la potencia requerida para moverla, y el hecho
de que si el motor pueda poner la carga en paso partiendo de esta velocidad depende de la inercia de las
partes que giran.
El par Límite de un motor sincrónico es el par sostenido máximo que desarrollará el motor a velocidad
sincrónica, voltaje nominal, frecuencia nominal y con la excitación normal.
Los pares a rotor bloqueado, de ajuste a sincronismo y el crítico para motores de polos salientes con voltaje
y frecuencia nominales aplicados, se muestran en la Tabla 2.
Velocidad
HP
, r.p.m
Factor
Potencia
de
Pares*
Rotor
Bloqueado
100
100
60
60
200 o menos
1.0
150 o menos
0.8
250-1000
1.0
500- 1800
200-1000
0.8
1250
o
1.0
40
mayores
0.8
40
450
o Todas
las
1.0
40
menos
capacidades
0.8
40
*Porciento de par nominal de plena carga (mínimo).
Tabla 2.
Ajuste
a
Crítico
Sincronismo
100
150
100
175
60
150
60
175
30
150
30
30
30
175
150
200
El Factor de Servicio, indica la sobrecarga permisible que puede soportar un motor. Deben respetarse las
condiciones bajo las cuales se aplica el factor de servicio.
MOTORES SINCRÓNICOS GRANDES
Los tipos de motores sincrónicos grandes usados comercialmente son: (1) De rotor cilíndrico y (2) de polos
salientes. Los diseños del estator y de los devanados, son semejantes en los dos tipos, pero los diseños de
rotor son bastante diferentes.
El motor de rotor cilíndrico, puede ser uno de los dos tipos. El tipo de alta velocidad de 3600 r.p.m, por
ejemplo, tiene un rotor de acero magnético macizo de alta resistencia, forjado, con devanado eléctrico
embutido axialmente en ranuras maquinadas, como un turbogenerador. El devanado eléctrico en el rotor es
del tipo de rotor de turbogenerador, (Figura 3) quiere decir que no es un devanado polifásico. El devanado
del rotor se distribuye en ranuras y es sacado hacia dos anillos colectores para el suministro de excitación
con corriente continua. Este tipo de motor no se usa para acelerar cargas de gran inercia.
Figura 3.
Rotor Liso de un Turbogenerador.
El motor sincrónico de polos salientes, tiene un rotor de prominencias o polos hechos de láminas delgadas
de acero,(véase figura 4) una junto a otra, en el que se devanan las bobinas de excitación aisladas. Estos
45
devanados, alimentados con corriente continua hacen de los polos de acero, fuertes imanes de polaridad
alterna Norte y Sur. El número de polos del rotor es igual al número de polos para el que se enrolla el
devanado del estator. Durante la operación normal los polos magnéticos del rotor se sincronizan y se
“traban” con el campo magnético producido por el devanado del estator.
Figura 4 Rotor con Polos Salientes.
COMPORTAMIENTO DE REGIMEN
Cuando se conecta el devanado del estator de una máquina síncrona trifásica y se impulsa el rotor con un
motor de arranque el rotor continuará girando con la frecuencia de giro del campo. Las máquinas
sincrónicas pequeñas poseen devanados auxiliares para que el motor pueda arrancar asincrónicamente.
Estos devanados actúan entonces como el inducido en cortocircuito de un motor de rotor en jaula de ardilla.
Cuando la frecuencia de giro sea suficientemente grande, la máquina pasará al funcionamiento síncrono. Si
se cortocircuita el devanado excitador, la máquina podrá arrancar del modo que acabamos de describir,
pues dicho devanado se comportará como un inducido en cortocircuito. Cuando se ha alcanzado una
velocidad constante, se elimina el puente de cortocircuito y se conecta la excitación, con lo que la máquina
también pasara a funcionar sincrónicamente. El polo Norte adelantado del estator, tirará del polo sur del
rotor, y el polo sur retrasado del estator empujará. Cuando se sobrepasa el par máximo o de desenganche
del motor, el motor se para (cae fuera de fase).
La frecuencia de giro de los motores síncronos no varía cuando fluctúa la carga. Cuando se sobrecargue el
motor se desenganchará (perderá el sincronismo), y la frecuencia de giro se reducirá a n = 0.
46
DENOMINACIÓN BORNES Y CABLES
La denominación de bornes y cables de la red para máquinas de corriente continua tiene en la actualidad
importancia fundamental para la conexión de máquinas y la posterior mantención que se hará necesaria
aplicar en el futuro
A
MÁQUINA
A–B
Inducido
C–D
Excitación en derivación
E–F
Excitación en paralelo
G–H
Polos auxiliares o de compensación
Si están separados:
GH – HW Polos auxiliares
GK – HK Arrollamientos de compensación
Conexión de la excitación en serie para el giro a derecha:
EA – FA Si están al lado A del inducido
EB – FB Si están al lado B del inducido
I – K Arrollamientos de excitación independiente
C – D Si la excitación es alimentada por la propia tensión del rotor
Devanados de polos auxiliares
GA – HA Lado del borne A del inducido
GB – HB Lado del borne B del inducido
B
RESISTENCIAS DE ARRANQUE
L Resistencia de arranque o de excitación en el lado que va a la red
R Conexión del arrancador que va a la excitación
M conexión del arrancador
S Reóstato de excitación
T Reóstato de excitación
Q Borne de la red para cortocircuitar el Reóstato de excitación
C
BORNES DE LA RED
P Positivo en cc
N Negativo en cc
Mp Cero, medio o neutro en cc
47
CUESTIONARIO MOTORES DE INDUCCIÓN
A continuación se plantea un conjunto de preguntas relacionadas con los ensayos
realizados y que constituye un ejercicio de aprendizaje muy recomendable para los
alumnos.
1.- identifique las partes constitutivas a partir de la siguiente clasificación
Elementos rotatorios:
§ el eje
§ el arrollamiento.
§ Elementos estáticos:
§ el estator,
§ la carcasa
§ las bobinas.
Elementos de refrigeración
refrigeración natural. Refrigeración propia Refrigeración forzada.
Elementos de protección.
Elementos de protección mecánicos: Elementos de
protección eléctricos:.
Elementos de montaje y traslado
Transporte de motores
2.- Interpretar los datos de placa tanto del motor jaula de ardilla como del rotor bobinado
3.- ¿Qué diferencia observada entre los datos de placa de un motor jaula y un rotor
bobinado?
4.- ¿De qué factores depende la conexión del estator de un motor?
5.- Describa lo observado con la realización del punto “3”.
6.- A su juicio ¿qué sentido tuvo realizar los ensayos del punto “4” y punto “5”.
7.- ¿Porqué es necesario disponer de métodos de partida en motores de inducción.
8.- Describa la forma como hacer partir un motor aplicando una partida estrella – triángulo.
9.- Dibuje circuito de trabajo utilizado para desarrollar el punto “8” y a partir de las
mediciones realizadas compararla con los datos de la placa del motor. Comente
similitudes y diferencias
10.- Se dice que los motores de inducción constituyen un valioso aporte a mejorar la
calidad de vida de las personas .¿De qué manera cree usted que se logra esa mejora?
48
MAQUINAS GENERADORAS
ALTERNADORES
La energía eléctrica se obtiene principalmente
con máquinas sincrónicas. Los generadores
sincrónicos o alternadores son los dispositivos
más empleados para generar energía
eléctrica, pudiendo decir que casi el 100 % de
la energía eléctrica consumida es generada
por alternadores.
Fig.1 Alternador sincrónico trifásico de 780 MVA
Según el tipo de corriente que se desee obtener se emplean generadores sincrónicos de corriente trifásica,
también llamados alternadores trifásicos, o generadores sincrónicos de corriente monofásicos, también
llamados alternadores monofásicos (por ejemplo, para ferrocarriles).
Las máquinas sincrónicas pueden funcionar también como motores; sin embargo, el motor sincrónico sólo
se aplica en accionamientos especiales. La denominación máquina sincrónica viene del hecho de que, al
funcionar como motor el rotor de la máquina girará a la misma velocidad que el campo giratorio del estator,
o sea, sincrónicamente.
1. Funcionamiento
Cuando se haga girar una bobina en un campo magnético homogéneo con frecuencia de giro constante se
inducirá en ella una tensión senoidal. El campo magnético puede generarse mediante bobinas recorridas
por corriente continua o mediante imanes permanentes. Dependiendo de la ubicación de los polos
magnéticos los alternadores reciben el nombre de: Inducido móvil y de inductor móvil
Alternador de inducido móvil: En este tipo de máquinas los polos magnéticos se encuentran en el elemento
exterior, que es el estator. Por ello, se las denomina también máquinas de polos exteriores. En práctica es
más común darle el nombre de alternador de inducido móvil, pues en él las bobinas donde se induce la
tensión, o sea el, inducido, se encuentran en el rotor. Por tanto, en este tipo de máquinas la energía
eléctrica se genera en el rotor, del que deberá tomarse a través de anillos rozantes y escobillas de carbón,
hecho que resulta problemático en las máquinas de grandes potencias.
Alternador de inductor móvil: En este tipo de
máquinas se obtiene el campo magnético
mediante los polos del rotor (polos interiores),
que en este caso es el inductor. En el
devanado del estator (inducido en este caso)
se induce una tensión alterna, que será
senoidal si la inducción magnética en el
entrehierro está distribuida senoidalmente
(campo no homogéneo) y el rotor gira con
velocidad constante.
Fig.2 Alternador sincrónico de inductor móvil e inducido
fijo
49
Esta distribución senoidal de la inducción en el entrehierro
se logra en las máquinas con ruedas polares dándoles
una forma especial a las zapatas polares, y en las
máquinas
de
rotor
liso,
también
llamadas
turboalternadores, disponiendo los diferentes devanados
del inductor retórico de forma especial. La frecuencia f de
la tensión alterna inducida depende del número de pares
de polos y de la frecuencia de giro
Fig.3 Rotor con polos salientes de turboalternador
Considerando esta cuestión desde el punto de vista opuesto podemos decir que para la frecuencia de la red
f = 50 Hz la frecuencia de giro sólo podrá tomar los siguientes valores:
P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
... p
n en r.p.m
3000 1500 1000 750 600 500 428.6 375
333.3
... 3000 / p
En las máquinas de inductor móvil, cuando no se empleen imanes permanentes sino electroimanes, deberá
suministrarse a través de anillos rozantes y escobillas de carbón la potencia de excitación necesaria para la
creación del campo magnético en las bobinas del rotor. La mayoría de las máquinas síncronas que se
construyen son máquinas de inductor móvil, pues su potencia de excitación es reducida.
Cuando la máquina de inductor móvil tenga en el estator tres bobinas desplazadas 120º entre sí se
obtendrán corrientes trifásicas. Si el rotor tuviera más de dos pares de polos se deberá construir el estator
con devanados polifásicos, igual que los motores asíncronos trifásicos.
50
CUESTIONARIO ALTERNADORES
INTRODUCCIÓN
A continuación se plantea un conjunto de preguntas relacionadas con los ensayos
realizados y que constituye un ejercicio de aprendizaje muy recomendable para los
alumnos.
PREGUNTAS
1.- Considerando las actividades descritas anteriormente, enumere las precauciones que
usted debe tener presente para realizar los laboratorios en forma segura.
2.- Enumere las principales partes constitutivas de un alternador y describa las funciones
que cumplen en la máquina.
3.- Considerando la clasificación tecnológica utilizada, ¿cuál es la más utilizada?, ¿porqué
razón?
4.- ¿Cómo está constituido y cómo funciona un alternador del tipo Brush less (sin
escobillas)
5.- ¿Cómo logra desfasar las tensiones generadas en un alternador bifásico y trifásico?
6.- De qué factores depende:
6.1.- La frecuencia de la tensión generada:.
6.2.- La magnitud de la tensión generada:
6.3.- La secuencia de fases de la tensión generada
7.- ¿Cuándo conviene conectar el inducido en estrella?
8.- ¿Cuándo conviene conectar el inducido en triángulo? (
9.- Grafique los valores obtenidos en el punto 5, comente
Ascendente
Descendente
10.- Con la información de los puntos 6 y 7 justifique resultados obtenidos
11.- Considerando los resultados del punto anterior de qué forma es posible mantener
constante la tensión y la frecuencia en un alternador
12.- Describa en orden de sucesión el procedimiento desarrollado para conectar el
alternador en paralelo con la red. Además explique cómo controla P y Q.
El control de la potencia activa:
El control de la Potencia reactiva:
13.- ¿Cuál debe ser la mínima potencia motriz del alternador para que éste pueda operar
con carga nominal?. ¿Qué diferencias existen entre lo teórico y lo real del equipo
utilizado?
14.- De qué factores depende la potencia activa que un alternador puede suministrar a
una carga.
15.- Identifique cinco lugares, máquinas o equipos donde existan alternadores
16.- ¿Porqué razón cree usted que la generación en ca ha superado a la generación cc?
17.- ¿Porqué se da la capacidad de lo alternadores en Kva y no en Kw?
18.- De qué manera la sociedad en su conjunto se beneficia con la existencia y uso de los
alternadores.
19.- De a conocer comentarios o conclusiones obtenidas con el desarrollo de los ensayos
con los alternadores
51
Generador cc.
V
Vo
T
A
t
A
im
M
Maq.Motriz
F
2
2b2
F
1
G
-Se mide la tensión en circuito abierto u o en función de la F de giro n para
la Ie nominal (circuito abierto I = O )
- Se varia la Ie nominal a una P de giro constante n y se va midiendo la
tensión en circuito abierto (Vo)
52
TABLA REGULACIÓN DE GUARDAMOTRES TICCINO
La tablea que presentamos a continuación es útil en el momento de regular protecciones del tipo
guarda moto de teccino
TABLA
53
2.- APRENDIZAJE ESPERADO (2/3)
EJECUTA ACCIONES DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO.
FECHA DE INICIO
TERMINO
TOTAL HORAS
40
CRITERIO DE EVALUACIÓN:
1. Prescribe soluciones a los problemas de funcionamiento detectados
2. Selecciona procedimientos de acuerdo a criterios de factibilidad técnica y económica.
3. Repara, reemplaza o cambia componentes, condiciones o unidades.
4. Realiza pruebas de funcionamiento.
III.- MANTENIMIENTO
3.1.- QUÉ ES LA MANTENCION?
Muchas personas piensan que, por ejemplo, una máquina trabaja hasta que no puede más y luego,
solamente hay que reemplazarla .Pero, si nos detenemos un momento y nos miramos a nosotros mismos,
veremos que tenemos ciertos cuidados con nuestro cuerpo, así, cuando llueve no nos gusta mojarnos y si
nos resfriamos tomamos algún remedio.
De la misma manera, cuando una máquina “enferma” a medida que se va haciendo vieja, si la cuidáramos,
podremos tenerla funcionando mucho tiempo más que si la hacemos trabajar hasta que “muera”. La
mantención es, por tanto, todo tipo de cuidados, previsiones y reparaciones que es necesario adoptar con
maquinarias y equipos para evitar o corregir eventuales fallas y, por medio de ellas, posibles accidentes, de
modo tal, que ésos equipos trabajen en forma óptima o interfieran lo menos posible en el proceso
productivo.
3.2.- TIPOS DE MANTENCION:
Existen dos tipos de mantención. El primero es recomendable que se realice en una máquina
periódicamente, para ir observando su desempeño y advertir a tiempo pequeños detalles que indiquen que
algo está funcionando mal. Así podremos corregirlo y evitar que ocurra un deterioro mayor. Este tipo de
mantención se denomina como MANTENCION PREVENTIVA.
El segundo tipo de mantención es obligada, ya que por lo general, la máquina queda en muy mal estado o
inutilizable. Esto obliga que, en algunos casos, se tenga que cambiar hasta las bobinas de un motor con el
consiguiente gasto en su reparación y las pérdidas por no producción. Este tipo de mantención se llama
MANTENCION CORRECTIVA.
3.2.1.- MANTENCION PREVENTIVA:
Como se dijo anteriormente, la Mantención Preventiva es recomendable y, aunque en ocasiones puede
parecer inútil o resultar complicada por lo difícil para acceder al motor, en algunos casos, es preciso que se
tenga un diagnóstico periódico de cada máquina para saber cómo está respondiendo al trabajo que realiza.
Para este tipo de Mantención es recomendable que se confeccionen “hojas de vida” para cada máquina.
En dichas hojas deben ir las características de la máquina, por un lado y por el otro, las revisiones a que ha
sido sometida la máquina, con las fechas, el diagnóstico y los posibles cambios y reparaciones que se le
pudiesen haber efectuado.
3.2.2.- MANTENCION CORRECTIVA:
Si se realiza una buena Mantención Preventiva, es muy probable que la Mantención Correctiva no se tenga
que realizar durante largos períodos de tiempo.
La Mantención Correctiva se realiza cuando la máquina no funciona o lo hace en forma defectuosa, o bien
sus protecciones actúan de manera casi inmediata, después de haber energizado la línea que llega al
motor y sabiendo que ésta línea y los aparatos y artefactos que pueden estar conectados a ella, están
funcionando en forma normal.
En algunos, cuando se advierte que la reparación tiene algún grado de complejidad, lo que va a tener a la
persona a cargo de la máquina ocupada por mucho tiempo en su reparación, optar por mandarla a reparar
afuera, por la necesidad de que el personal cumpla la función para la cual fueron contratados. Pese a ser
más ( ) dichas actividades son necesarias y deben realizarse obligatoriamente y, por lo mismo cuando
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una máquina requiere reparación mayor, como por ejemplo el bobinado, eso se tenga que hacer fuera de la
empresa.
EJEMPLOS DE MANTENCION:
3.3.- APLICACIÓN DE UNA MANTENCION PREVENTIVA:
Existe un motor en la sección de Recepción, el cual se estimaba que tendría que ser revisado ya que,
periódicamente necesitaba recambiarle sus rodamientos. Por tal razón, se aprovechó un día que esa
sección estaría parada por mantención en una máquina que necesitaba repuesto a traer desde otra ciudad;
este mismo tiempo se aprovechó para realizar el recambio indicado más arriba y no tener que cambiarlos
una vez que trabaran el motor por deterioro total de los rodamientos o éstos fueran los causantes de otra
falla mayor.
En primer lugar, se procedió a informar al Jefe de Mantención, el cual autorizó la Mantención y se procedió
de la siguiente manera:
Análisis de la orden trabajo
Ordenar la secuencia de trabajo a aplicar
Aplicar las operaciones necesarias.
Realizar las pruebas para la puesta en marcha
Informar sobre el resultado de operaciones aplicadas.
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RODAMIENTOS
INTRODUCCIÓN
Para el montaje de rodamientos de bolas y de rodillos, es esencial que la operación sea efectuada por
personal competente y en condiciones de rigurosa limpieza, para conseguir así un buen funcionamiento y
evitar un fallo prematuro.
De preferencia deberá efectuarse en una sala con atmósfera seca y sin polvo, alegadas de las máquinas de
trabajar metales o de otras máquinas que produzcan virutas. Es asimismo importante conservar los
rodamientos en sus envases originales hasta inmediatamente antes de montarlos, para evitar que se
ensucien. No es necesario quitar de los rodamientos el recubrimiento antioxidante, a menos de que exista
riesgo de que los rodamientos se hayan ensuciado, por ejemplo si se dañado el envase a causa de la
manipulación incorrecta. En tal caso deberán lavarse los rodamientos con disolventes adecuados,
inmediatamente antes de montarlos.
Los asientos y las piezas adyacentes al rodamiento deberán limpiarse rigurosamente, quitando todas las
rebabas, y las superficies no mecanizadas de los soportes de fundición deberán estar absolutamente
limpias de arena. También deberán verificarse los asientos en cuanto a la precisión de las dimensiones y la
exactitud de la forma, ya que es absolutamente necesario mantener lo ajustes previamente establecidos
para que los rodamientos puedan funcionar a plena satisfacción.
Montaje
Es muy importante que los aros, elementos rodantes o jaulas del rodamiento no reciban golpes directos
fuerte durante el montaje, pues ello podría causar daños. en ningún caso se aplicará presión a un aro para
montar otro aro. Antes de montar los rodamientos, deberán aceitarse ligeramente las superficies de asiento.
Rodamientos con agujero cilíndricos
Generalmente se monta primero el aro que tiene el ajuste más fuerte. Los rodamientos pequeños, para los
cuales se recomienda un ajuste con interferencia no demasiado fuerte, pueden situarse sobre sus asientos
aplicando ligeros golpes de martillo sobre un botador de metal blando o preferentemente sobre un trozo de
tubo contra la cara del aro, cuidando de distribuir uniformemente los golpes para evitar que los rodamientos
se cruce sobre su asiento. Los casquillos de montaje permiten aplicar la fuerza de montaje centrada y por lo
consiguiente uniformemente sobre la cara del aro. Cuando se hayan de montar muchos rodamientos, lo
normal es emplear prensas mecánicas o hidráulicas.
Si un rodamiento no desmontable se ha de calar a presión simultáneamente en eje y alojamiento, se
recomienda colocar un disco de apoyo entre el rodamiento y el casquillo de montaje, de modo que la fuerza
de montaje se aplique uniformemente a las caras de ambos aros, interiores y exteriores. El uso de este
método es de especial importancia cuando se trata de rodamientos a rótula, en los que se ha de evitar que
el aro exterior se cruce en el alojamiento. Como alternativa del disco de apoyo, se puede usar un casquillo
de montaje con dos caras de contacto, un para el aro interior y otra para el exterior. Las dos caras de
contacto, deben estar en el mismo plano.
En el caso de rodamientos desmontables, los aros interior y exterior pueden montarse independientemente,
lo cual facilita considerablemente el montaje; en particular cuando ambos aros tienen ajustes de apriete. No
obstante, cuando se mete el eje con el aro interior ya montado en el alojamiento con el aro exterior, debe
cuidarse de alinearlos correctamente, a fin de evitar que se rayen los caminos de rodadura.
Los rodamientos más grandes que tienen ajustes de apriete en sus asientos, no siempre pueden meterse a
presión sobre el eje o el alojamiento en frío. Debido a la gran fuerza del montaje.
SELECCIÓN DEL TIPO DE RODAMIENTO
INTRODUCCIÓN
Cada tipo de rodamiento tiene propiedades características que lo hacen particularmente adecuado para
ciertas aplicaciones. Sin embargo, no es posible establecer reglas rígidas para la selección del tipo de
rodamiento, pues para ello se han de considerar diversos factores. Las recomendaciones que se dan a
continuación servirán para indicar, en una aplicación determinada, los detalles de máxima importancia para
poder decidir acerca del tipo de rodamiento más adecuado.
Espacio disponible.
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Hay muchos casos en que al menos una de las dimensiones principales del rodamiento, generalmente el
diámetro del agujero, viene determinado por las características del diseño de la maquina a la que va
destinado.
Normalmente se seleccionan rodamientos rígidos de bolas para ejes de pequeño diámetro, mientras que
para ejes de grandes diámetros se pueden considerar los rodamientos rígidos de bolas, y los rodillos
cilíndricos a rótulo.
Cargas sobre el rodamiento.
Magnitud de la carga: este es normalmente el factor más importante para determinar el tamaño del
rodamiento. En general, para unas mismas dimensiones principalmente los rodamientos de rodillos pueden
soportar mayores cargas que los rodamientos de bolas. Estos últimos se usan principalmente para soportar
cargas pequeñas o medias, mientras que los rodamientos de rodillos sean en muchas ocasiones la única
elección posible para cargas pesadas y ejes de grandes diámetros.
Dirección de la carga:
Carga radial: los rodamientos de rodillos cilíndricos con un aro sin pestaña (tipo UN y N) y los rodamientos
de agujas, solamente pueden soportar cargas radiales, todos los demás tipos de rodamientos radiales
pueden soportar cargas tanto radiales como axiales
Carga Axial. Los rodamientos axiales de bolas pueden soportar sólo moderadas cargas axiales puras. Los
Carga combinada: una carga combinada consta de una carga radial y una carga axial que actúan
simultáneamente
Desalineamiento angular:
Cuando existe la posibilidad de desalianeación del eje con respecto al soporte, se necesitan rodamientos
capaces de absorber tal desalineación, es decir, rodamientos de rótula, rodamientos de rodillos a rótulo y
rodamientos axiales de rodillos a rótula.
Límites de velocidad
La velocidad de rotación de un rodamiento viene limitada por la tolerancia máxima de funcionamiento
permisible. Los rodamientos de bajo rozamiento dan lugar a una escasa generación interna de calor y son
los más adecuados apara altas velocidades de rotación
Precisión
Se requieren rodamientos de grado de precisión mayor que el normal para ejes que hayan de funcionar con
rigurosas exigencias de exactitud, por ejemplo, para husillos de maquinas – herramientas y generalmente
también para ejes que giren a velocidades muy elevadas
Funcionamiento silencioso
Aunque el ruido provocado por el funcionamiento de los rodamientos, en general puede considerarse como
muy débil, existen ciertas aplicaciones, por ejemplo motores eléctricos, donde el funcionamiento silencioso
puede constituirse una condición importante. Cuando
Rigidez
La deformación elástica de un rodamiento cargado es muy pequeña y, en la mayoría de los casos,
despreciable. No obstante, en algunos casos la rigidez del rodamiento es factor importante, por ejemplo
para husillos de maquinas – herramientas.
Desplazamiento axial
La disposición normal de los rodamientos en un eje u otro elemento de maquinaría consiste en un
rodamiento posicionador o fijo y uno o más rodamientos libres.
Montaje y desmontaje (Rodamiento con agujero cilíndrico-Rodamiento con agujero cónico)
Rodamientos con agujero cilíndrico: los aros o arandelas de los rodamientos desmontables, 8rodamientos
de rodillos cilíndricos, rodamientos de agujas, rodamientos de rodillos cónicos y todos los tipos de
rodamientos axiales) se montan y desmontan separadamente. Así, cuando se ha de usar una ajuste fuerte
para ambos aros, el interior y el exterior, o cuando se prevé la necesidad de tener que efectuar frecuentes
montajes y desmontajes, estos
Rodamientos con agujero cónico: es fácil montar o desmontar rodamientos con agujero cónicos sobre
asientos cónicos, o sobre asientos cilíndricos usando entonces manguitos de fijación o de desmontajes
Capacidad de carga
Se usa la capacidad de carga dinámica C para los cálculos en que intervienen rodamientos sometidos a
efectuar esfuerzos dinámicos, es decir, al seleccionar un rodamiento giratorio sometido a carga, y expresar
la carga que puede soportar el rodamiento alcanzando una duración nominal (definida más a bajo) de
1.000.000 de revoluciones. Las capacidades de carga dinámica de los rodamientos actuales se ha
determinado de acuerdo con las recomendaciones ISO y son válidas para cargas constantes, tanto en
57
magnitud como en dirección, radiales para rodamientos radiales, y axiales centradas para rodamientos
axiales.
Duración
La duración de un rodamiento s e define con o el número de revoluciones (o de horas a una velocidad
constante determinada) que el rodamiento puede dar antes de que se manifieste el primer signo de fatiga
(desconchado) en uno de sus aros o de sus elementos rodantes.
SELECCIÓN DEL TAMAÑO DEL RODAMIENTO
Fórmulas de la duración
Ejemplo de cálculo
Duración requerida para un rodamiento
Influencia de la temperatura en el material del rodamiento
Carga dinámica equivalente
Carga axial en los rodamientos de rodillos cilíndricos
Carga mínima para rodamientos axiales
Carga estática equivalente
Capacidad de carga estática necesaria
LIMITES DE VELOCIDAD
La máxima velocidad de rotación de admisible en los rodamientos de bolas y de rodillos depende del tipo
de rodamiento y de su tamaño, de la carga y de su lubricación, de las condiciones de refrigeración, del tipo
de jaula y del juego interno del rodamiento. El principal factor limitador, sin embargo, es la temperatura de
funcionamiento admisible del lubricante. Los limites de velocidad para lubricantes con grasa y para
lubricantes con aceite (baño de aceite) que se dan en las tabla de rodamientos son los valores
recomendados, válidos siempre que la carga aplicada al rodamiento sea pequeña (L10h ≥ 100000 horas) y
que las condiciones de refrigeración sean normales: por ejemplo cuando el rodamiento está alojado en el
bastidor de una máquina.
La influencia de las cargas pesadas (L10h ∠ 100000 horas) cuando se trata de rodamientos grandes (dm
10h ≥ 100 mm) de una duración nominal L10h ≤ 50000 horas en tales casos, los limites de velocidad que
se dan en las tablas de los rodamientos, deberán multiplicarse por un coeficiente f obtenido del diagrama
de la página anterior.
Para rodamientos de rodillos a rótula sometidos a carga axial, los limites de velocidad de corrección, el cual
depende de la relación existente entre la carga axial y la relación radial, de acuerdo con la siguiente tabla
Fa / Fr
Factor
0,3
1
0,6
0,8
En el caso de rodamientos de rodillos a rótula que funcionen sometidos a grandes cargas axiales Fa/Fr
>0,6, conviene consultar al proveedor
Siempre que se tomen precauciones especiales, existente la posibilidad de rebasar los limites de velocidad
recomendados.
Conviene consultar al proveedor sobre cualquier aplicación en la que exista esta necesidad.
En general, pueden permitirse incrementos moderados de velocidad si se presta especial atención a la
lubricación se recomienda la lubricación por circulación de aceite que además puede ser refrigerado. Para
incrementar mayores pueden usarse la lubricación por neblina de aceite o por chorro de aceite. También es
necesario frecuentemente emplear rodamientos con jaulas especiales, tales como las empleadas en la
mayoría de los rodamientos de precisión, o con mayor juego radiales interno para tener una idea de los
incrementos máximos posibles en aquellos tipos de rodamientos en los que las recomendaciones anteriores
son practicables, se multiplican los limites de velocidad para lubricación con aceite, por los coeficientes
dados en la tabla siguiente
TIPO DE RODAMIENTO
Rodamiento rígido de bolas
Rodamiento de bolas a rótula
Rodamiento de una hilera de bolas con contacto angular
Rodamiento de rodillos cilíndricos
Rodamiento axiales de bolas
Rodamiento axiales de rodillos cilíndrico
Rodamientos axiales de agujas
Rodamientos axiales de rodillos a rótula
COEFICIENTE
3
1,5
1,5
2,2
1,4
2
2
2
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LUBRICACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS RODAMIENTOS
INTRODUCCIÓN
El cojinete es una pieza que no necesita mantenimiento durante su vida útil nominal. Si este es estanco, al
Aceite y al polvo bastara con un llenado perfecto para que este funcione en forma correcta. Teniendo
siempre en cuenta el nivel del aceite, la introducción de cuerpos extraños y el cerrar bien la tapa.
Si se observan cuerpos extraños lo más conveniente será retirar el aceite sucio para sustituirlo por uno
nuevo.
Siempre sea prudente al llenarlo, fíjese de llegar a la línea marcada por el fabricante. Y compruebe que el
aceite se mantenga dentro, es decir, que no salga al exterior quedando el cojinete sin aceite.
Además hay que señalar que los cojinetes desgastados producen un descentramiento en el inducido. Para
revisar esto debe verificarse el juego del eje sobre el cojinete intentando mover verticalmente el extremo
sobrante del eje.
Los rodamientos se lubrican con grasa consistente.
Es muy importante que esto rodamiento se lubriquen, ya que es perjudicial la falta de grasa, como también
lo es el exceso de esta, pues sale por sus ranuras y penetra al interior de los arrollamientos estropeando los
aislamientos.
Los rodamientos deben lubricarse para evitar que se produzca contacto metálico entre los elementos
rodantes, los caminos de rodadura y las Jaulas y para proteger al rodamiento contra la corrosión y el
desgaste.
La temperatura de funcionamiento más favorable para un rodamiento se obtiene cuando se usa el mínimo
de lubricante necesario para garantizar una lubricación fiable. No obstante, la cantidad usada depende
también de las funciones adicionales que se exijan, por ejemplo, obturación, refrigeración, etc.
Las propiedades del lubricante se deterioran como resultado del envejecimiento y de las condiciones
mecánicas y además todos los lubricantes llegan a contaminarse en servicio y deben reponerse o
cambiarse de vez en cuando.
Los rodamientos pueden lubricarse con grasa o con aceite, y en casos especiales con un lubricante sólido.
Los rodamientos axiales de rodillos a rótula deberán lubricarse con aceite, debido a su diseño, aunque para
velocidades lentas y en ciertos casos especiales se puede usar grasa
La elección del lubricante depende principalmente de las velocidades y del campo de temperatura a que
vaya a trabajar el rodamiento.
LUBRICACIÓN CON GRASA
En los rodamientos de bolas y de rodillos se usa generalmente lubricación con grasa cuando trabajan a
velocidades, temperaturas y condiciones de carga normales. La grasa tiene ciertas ventajas en
comparación con el aceite: es más fácil de retener en el alojamiento del rodamiento, y contribuye a la
obturación para evitar la entrada de humedad y de otras impurezas.
En general, el espacio que queda libre en el rodamiento y en el alojamiento deberá llenarse sólo
parcialmente con grasa (del 30 al 50%). Un exceso de grasa producirá un rápido aumento de la
temperatura a velocidades elevadas.
Cuando los rodamientos han de funcionar a velocidades lentas, puede obtenerse una buena protección
contra la corrosión llenando completamente el soporte con grasa
LUBRICACIÓN CON ACEITE
Se usa en general la lubricación con aceite cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de
funcionamiento no permiten el uso de la grasa, cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor
generado por él o el de origen externo, o cuando las piezas adyacentes de la máquina, por ejemplo ruedas
dentadas, están lubricadas con aceite.
MÉTODO DE LUBRICACIÓN CON ACEITE
El método simple es por baño de aceite, pero solamente es adecuado para velocidades bajas. El aceite es
recogido por los elementos giratorios del rodamiento, y después de circular a través de éste vuelve a caer
al depósito de aceite. Cuando el rodamiento no gira el aceite deberá tener un nivel ligeramente por debajo
del centro de la bola o del rodillo que ocupe la posición más baja
Al aumentar la velocidad, aumenta la temperatura de funcionamiento del rodamiento y se acelera la
oxidación del aceite. Para evitar el tener que cambiar frecuentemente el lubricante, se puede usar un
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sistema de circulación de aceite. Después de pasar el aceite lubricante a través del rodamiento, se filtra, y
en algunos casos se refrigera antes de volver al rodamiento. La refrigeración del aceiten puede se de
utilidad para disminuir la temperatura del rodamiento. Normalmente se requiere una bomba para hacer
circular el aceite
Para elevadas velocidades, es importante asegurar la llegada de suficiente cantidad de aceite a los
componentes del rodamiento, y también que el aceite sea capaz de disipar el calor generado por
rozamiento, los inyectores de chorro de aceite proporcionan un sistema de lubricación muy eficaz, en el
cual se inyecta el aceite en el rodamiento por un lado. La velocidad del chorro de aceite (≥ 15 m/s) deberá
ser tal que al menos parte del aceite penetre a través del aire que rodea al rodamiento en régimen
turbulento.
La lubricación con niebla de aceite consiste en el transporte de gotitas de aceite al rodamiento, por medio
de una corriente de aire. La niebla de aceite se produce en un atomizador. Aire comprimido seco,
procedente de una conducción, es filtrado en el atomizador, ajustándose su presión a un calor comprendido
entre 0.05 y 0.1 Mpa. La niebla obtenida se transporta luego a través de tubería hasta los rodamientos.
Boquillas de condensación montadas en las tuberías, delante mismo de cada rodamiento permiten la
llegada del aceite al rodamiento en forma de gotitas. La corriente de aire que penetra en el alojamiento
sirve también para refrigerar el rodamiento y producir una presión ligeramente más s alta en el alojamiento,
evitando la entrada de impurezas. Este procedimiento permite efectuar la lubricación con pequeñas
cantidades de aceite, dosificadas con exactitud, con lo cual resulta despreciable el rozamiento debido al
lubricante. Este método se usa con mucha frecuencia para rodamiento que giran a gran velocidad, por
ejemplo en husillos rectificadoras.
MONTAJE Y DESMONTAJE DE LOS RODAMIENTOS
INTRODUCCIÓN
Para el montaje de rodamientos de bolas y de rodillos, es esencial que la operación sea efectuada por
personal competente y en condiciones de rigurosa limpieza, para conseguir así un buen funcionamiento y
evitar un fallo prematuro.
De preferencia deberá efectuarse en una sala con atmósfera seca y sin polvo, alegadas de las máquinas de
trabajar metales o de otras máquinas que produzcan virutas. Es asimismo importante conservar los
rodamientos en sus envases originales hasta inmediatamente antes de montarlos, para evitar que se
ensucien. No es necesario quitar de los rodamientos el recubrimiento antioxidante, a menos de que exista
riesgo de que los rodamientos se hayan ensuciado, por ejemplo si se dañado el envase a causa de la
manipulación incorrecta. En tal caso deberán lavarse los rodamientos con disolventes adecuados,
inmediatamente antes de montarlos.
Los asientos y las piezas adyacentes al rodamiento deberán limpiarse rigurosamente, quitando todas las
rebabas, y las superficies no mecanizadas de los soportes de fundición deberán estar absolutamente
limpias de arena. También deberán verificarse los asientos en cuanto a la precisión de las dimensiones y la
exactitud de la forma, ya que es absolutamente necesario mantener lo ajustes previamente establecidos
para que los rodamientos puedan funcionar a plena satisfacción.
Montaje
Es muy importante que los aros, elementos rodantes o jaulas del rodamiento no reciban golpes directos
fuerte durante el montaje, pues ello podría causar daños. en ningún caso se aplicará presión a un aro para
montar otro aro. Antes de montar los rodamientos, deberán aceitarse ligeramente las superficies de asiento.
Rodamientos con agujero cilíndricos
Generalmente se monta primero el aro que tiene el ajuste más fuerte. Los rodamientos pequeños, para los
cuales se recomienda un ajuste con interferencia no demasiado fuerte, pueden situarse sobre sus asientos
aplicando ligeros golpes de martillo sobre un botador de metal blando o preferentemente sobre un trozo de
tubo contra la cara del aro, cuidando de distribuir uniformente los golpes para evitar que los rodamientos se
cruce sobre su asiento. Los casquillos de montaje permiten aplicar la fuerza de montaje centrada y por lo
consiguiente uniformemente sobre la cara del aro. Cuando se hayan de montar muchos rodamientos, lo
normal es emplear prensas mecánicas o hidráulicas.
Si un rodamiento no desmontable se ha de calar a presión simultáneamente en eje y alojamiento, se
recomienda colocar un disco de apoyo entre el rodamiento y el casquillo de montaje, de modo que la fuerza
de montaje se aplique uniformemente a las caras de ambos aros, interiores y exteriores. El uso de este
método es de especial importancia cuando se trata de rodamientos a rótula, en los que se ha de evitar que
el aro exterior se cruce en el alojamiento. Como alternativa del disco de apoyo, se puede usar un casquillo
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de montaje con dos caras de contacto, un para el aro interior y otra para el exterior. Las dos caras de
contacto, deben estar en el mismo plano.
En el caso de rodamientos desmontables, los aros interior y exterior pueden montarse independientemente,
lo cual facilita considerablemente el montaje; en particular cuando ambos aros tienen ajustes de apriete. No
obstante, cuando se mete el eje con el aro interior ya montado en el alojamiento con el aro exterior, debe
cuidarse de alinearlos correctamente, a fin de evitar que se rayen los caminos de rodadura.
Los rodamientos más grandes que tienen ajustes de apriete en sus asientos, no siempre pueden meterse a
presión sobre el eje o el alojamiento en frío. Debido a la gran fuerza del montaje.
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3.- APRENDIZAJE ESPERADO (3/3)
DESARROLLA ACCIONES DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y/O CORRECTIVO DE ACUERDO
PAUTAS SUGERIDAS.
FECHA DE INICIO
TERMINO
TOTAL HORAS 60
CRITERIO DE EVALUACIÓN:
1. Lee e interpreta instrucciones.
2. Selecciona materiales, herramientas e instrumentos
3. Ejecuta procedimientos de mantenimiento de acuerdo a pautas.
4. Registra la información sobre procedimientos y resultados de las acciones realizadas
INTRODUCCION
En el último cuarto de siglo, el proceso de mantenimiento ha evolucionado, quizá más que cualquier otra
disciplina gerencial. Estos cambios se deben principalmente al importante aumento en número y variedad
de los activos físicos (planta, equipamiento, edificaciones) que deben ser mantenidos en todo el mundo,
diseños más complejos, aplicación de tecnología de tercera generación, nuevos métodos de
mantenimiento, y una óptica cambiante en la organización del mantenimiento y sus responsabilidades.
El Mantenimiento también está respondiendo a expectativas cambiantes, éstas influyen en una creciente
toma de conciencia para evaluar hasta qué punto las fallas en los equipos afectan a la seguridad y al medio
ambiente; conciencia de la relación entre el mantenimiento y la calidad del producto, y la presión de
alcanzar una alta disponibilidad en la planta y mantener acotado el costo.
Estos cambios están llevando al límite las actitudes y habilidades en todas las ramas de la industria. EI
personal de mantenimiento se ve obligado a adoptar maneras de pensar completamente nuevas. Al mismo
tiempo las limitaciones de los sistemas de mantenimiento se hacen cada vez más evidentes, sin importar
cuánto se hayan informatizado.
DESCRIPCION DEL TEMA:
Una de las misiones básicas de la mantención en la empresa pasa por la propuesta de “Hacer bien y
oportunamente sólo los trabajos esenciales
que requieren los equipos, es decir, no hacer sobre
mantención. Se pide analizar este planteamiento en función de la incertidumbre que contiene el concepto
respecto de las fallas que pueden ocurrir al dejar fuera de control los equipos en servicio, considere y
fundamente la aplicación de tecnologías de diagnósticos en los equipos que respalde el planteamiento.
Si es aplicado correctamente, un buen proceso de mantenimiento, éste transforma las relaciones entre
quienes lo usan, los activos físicos existentes y las personas que los operan. A su vez, permite que nuevos
bienes o activos sean puestos en servicio con gran efectividad, rapidez y precisión.
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La presión de los tiempos de conflicto durante la Segunda Guerra Mundial aumentó la demanda de todo
tipo de bienes, al mismo tiempo que decaía abruptamente el número de los trabajadores industriales. Lo
anterior llevó a un aumento en la mecanización. Ya en los años '50 había aumentado la cantidad y
complejidad de todo tipo de máquinas y la industria estaba empezando a depender de ellas.
AI incrementarse esta dependencia, se centró la atención en el tiempo de parada de la máquina. Esto
conllevó a la idea de que las fallas en los equipos deberían ser prevenidas, llegando al concepto de
mantenimiento preventivo. En la década del sesenta, esto consistió principalmente en reparaciones
mayores a intervalos regulares prefijados.
El costo del mantenimiento comenzó a elevarse rápidamente en relación a otros costos operacionales. Esto
llevó al crecimiento de sistemas de planeamiento y control del mantenimiento. Estos, ciertamente,
ayudaron a tener el mantenimiento bajo control y han sido establecidos como parte de la práctica del
mantenimiento.
Por último, la suma de capital ligado a activos fijos junto con un elevado incremento en el costo del capital,
llevó a la gente a buscar la manera de maximizar la vida útil de estos activos/ bienes.
Desde mediados de la década del setenta del siglo pasado, el proceso de transformación en la industria ha
adquirido aún más impulso. Los cambios han sido clasificados en: nuevas expectativas, nuevas
investigaciones, y nuevas técnicas.
MISION BASICA DEL MANTENIMIENTO
Una de las misiones básicas de la mantención en la empresa pasa por la propuesta de “hacer bien y
oportunamente sólo los trabajos esenciales” que requieren los equipos, es decir, no hacer sobre
mantención, se pide; analizar este planteamiento en función de la incertidumbre que contiene este
concepto respecto de las fallas que pueden ocurrir al dejar fuera de control los equipos en servicio,
considere y fundamente la aplicación de tecnologías de diagnósticos en los equipos que respalde este
planteamiento.
HISTORIAL DE EQUIPOS
Este tipo planteamiento sugiere la atención en aspectos tales como la información técnica obtenida de los
fabricantes, proveedores sobre los equipos en uso, además de una importante función de orden estadística
de los equipos en operación
TÉCNICAS DE INSPECCIÓN
CON UNA CORRECTA APLICACIÓN DE CONTROLES A LOS EQUIPOS DE EMPRESA
LAS CONSECUENCIAS EN RCM2 SON CLASIFICADAS EN 4 CATEGORÍAS
Fallas ocultas
Seguridad y medio ambiente
Operacionales
No operacionales
Estrategias que se prevén son
Predictivo
Preventivo
Detectivo
Correctivo
mejorativo
Cada vez aparecen más fallas que acarrean serias consecuencias para el medio ambiente o la seguridad,
al tiempo que se elevan las exigencias sobre estos temas. En algunas partes del mundo se ha llegado a un
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punto en que las organizaciones deben adecuarse a las expectativas de seguridad y cuidado ambiental de
la sociedad, o dejar de operar. Nuestra dependencia de la integridad de nuestros activos físicos cobra ahora
una nueva magnitud que va más allá del costo, y que se toma una cuestión de supervivencia de la
organización.
Al mismo tiempo que crece nuestra dependencia de los activos físicos, crece el costo de tenerlos y
operarlos. Para asegurar la amortización de la inversión que representan deben funcionar eficientemente
siempre que se los necesite.
Por último, el costo de mantenimiento aún está ascendiendo, en términos absolutos y como proporción del
gasto total. En algunas industrias representa ahora el segundo ítem más alto, o hasta el más alto costo
operativo.
Antiguamente se sugería grandes reparaciones o reposición de componentes a intervalos fijos. Este
pensamiento se basa en la presunción de que la mayoría de los equipos operan confiablemente por un
período x y, luego, se desgastan. El pensamiento clásico sugiere que los registros extensivos acerca de las
fallas nos permiten determinar y planear acciones preventivas un tiempo antes de que ellas ocurran.
Este patrón es cierto para algunos tipos de equipos simples y también, para otros ítems complejos con
modos de falla dominantes. En particular las características de desgaste se encuentran a menudo en casos
en los que el equipo tiene contacto directo con el producto. Las fallas relacionadas con la edad,
frecuentemente, van asociadas a la fatiga, corrosión, abrasión y evaporación.
Esta creencia dio origen a la idea de que, cuanto más seguido un ítem es reparado, menos posibilidades
tiene de fallar. Actualmente, esto es cierto en muy pocos casos, a menos que exista un modo de falla
dominante relacionado con la edad. Los límites de edad tienen que ver poco o nada con mejorar la
confiabilidad de los componentes complejos. De hecho las reparaciones pueden, en realidad, aumentar los
promedios de falla generales al introducir la mortalidad infantil en sistemas que de otra manera serían
estables.
Ha habido un crecimiento explosivo de nuevos conceptos y técnicas de mantenimiento. Cientos de ellos
han sido desarrollados en los últimos quince años y emergen aún más cada día. Los nuevos desarrollos
incluyen:
•
Herramientas de soporte para la toma de decisiones, tales como: el estudio de riesgo, análisis de
modos de falla y sus efectos y sistemas expertos.
•
Nuevos métodos de mantenimiento, tal como: el monitoreo de condición,
•
Diseño de equipos, con un mayor énfasis en la confiabilidad y facilidad para el mantenimiento.
•
Un drástico cambio en el modo de pensar de la organización hacia la participación, trabajo en grupo y
flexibilidad
Uno de los mayores desafíos que enfrenta el personal de mantenimiento es, no sólo, aprender éstas
técnicas sino decidir cuáles valen la pena y cuáles no para sus propias organizaciones. Si hacemos
elecciones adecuadas es posible mejorar el rendimiento de los activos y al mismo tiempo contener y
reducir el costo del mantenimiento. Si hacemos elecciones inadecuadas se crean nuevos problemas
mientras empeoran los que ya existen.
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Los desafíos claves que enfrentan los responsables del mantenimiento pueden resumirse de esta manera:
Seleccionar las técnicas más apropiadas, para manejar los distintos procesos de falla,
satisfaciendo las expectativas de los dueños de los activos, los usuarios de los activos y la
sociedad en general, de manera más perdurable y efectiva en cuanto a costos, con el apoyo y la
cooperación de todas las personas involucradas.
Frecuentemente, estos requerimientos son dados por sentado. Esto desemboca en el desarrollo de
estructuras organizativas, y la implementación de sistemas basados en suposiciones incompletas o
incorrectas en relación con las verdaderas necesidades de los activos. En cambio, si estos requerimientos
son definidos correctamente a la luz del pensamiento moderno, es posible lograr importantes efectos en la
eficiencia del mantenimiento.
Desde el punto de vista de ingeniería, hay dos elementos que hacen al manejo de cualquier activo físico:
debe ser mantenido y modificado, si fuese necesario.
¿Qué estado existente deseamos preservar? La respuesta a esta pregunta está dada por el hecho de que
todo activo físico es puesto en funcionamiento porque alguien quiere que haga algo, en otras palabras, se
espera que cumpla una función o funciones específicas. Por ende al mantener un activo, el estado que
debemos preservar es aquél en el que continúe haciendo lo que los usuarios quieran que haga.
Mantenimiento es por lo tanto asegurar que los activos físicos continúen haciendo lo que los usuarios
quieren que hagan
Los objetivos del mantenimiento son definidos por las funciones y expectativas de funcionamiento
asociadas al activo en cuestión. ¿Cómo puede el mantenimiento alcanzar estos objetivos?
El único hecho que puede hacer que un activo no pueda desempeñarse conforme a los parámetros
requeridos por su usuario es alguna clase de falla. Esto sugiere que el mantenimiento cumple sus objetivos
al adoptar un abordaje apropiado en el manejo de una falla. Sin embargo, antes de poder aplicar
herramientas apropiadas para el manejo de una falla, necesitamos identificar qué fallas pueden ocurrir: En
primer lugar, identifica las circunstancias que llevan a la falla y qué eventos pueden causar que el activo
falle.
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ESTADOS DE FALLAS
Los estados de falla son conocidos hoy en día con las nuevas tecnologías del mantenimiento como fallas
funcionales porque ocurren cuando el activo no puede cumplir una función de acuerdo al parámetro de
funcionamiento que el usuario considera aceptable.
Sumado a la incapacidad total de funcionar, esta definición abarca fallas parciales en las que el activo
todavía funciona pero con un nivel de desempeño inaceptable (incluyendo las situaciones en las que el
activo no puede mantener los niveles de calidad o precisión). Pero éstas sólo pueden ser claramente
identificadas luego de haber definido las funciones y parámetros de funcionamiento del activo.
De acuerdo a lo anterior, una vez que se ha identificado la falla funcional, el próximo paso es tratar de
identificar todos los hechos que pueden haber causado cada estado de falla. Estos hechos se denominan
modos de falla. Estos incluyen aquellos que han ocurrido en equipos iguales o similares operando en el
mismo contexto. También incluyen fallas que actualmente están siendo prevenidas por regímenes de
mantenimiento existentes, así como fallas que aún no han ocurrido, pero son consideradas altamente
posibles en el contexto en cuestión.
La mayoría de las listas tradicionales de modos de falla incorporan fallas causadas por el deterioro o
desgaste por uso normal. Sin embargo, para que todas las causas probables de falla en los equipos puedan
ser identificadas y resueltas adecuadamente, esta lista debe incluir fallas causadas por errores humanos
(por parte de los operadores y el personal de mantenimiento), y errores de diseño. También, es importante
identificar la causa de cada falla con suficiente detalle para asegurarse de no desperdiciar tiempo y
esfuerzo intentando tratar síntomas en lugar de causas reales. Por otro lado, es igualmente importante
asegurar no malgastar el tiempo en la realización de un análisis detallado.
Es importante hacer un listado de los efectos de falla, que describe lo que ocurre cuando acontece cada
modo de falla. Esta descripción debe incluir toda la información necesaria para apoyar la evaluación de las
consecuencias de la falla, tal como:
•
Qué evidencia existe (si la hay) de que la falla ha ocurrido.
•
De qué modo representa una amenaza para la seguridad o el medio ambiente (si es que la
representa).
•
De qué manera afecta a la producción o a las operaciones (si las afecta).
•
Qué daños físicos (si los hay) han sido causados por la falla.
•
Qué debe hacerse para reparar la falla.
El proceso de identificar funciones, fallas funcionales, modos de falla, y efectos de falla trae asombrosas y
muchas veces apasionantes oportunidades de mejorar el desempeño y la seguridad, así como también de
eliminar el desperdicio.
CONSECUENCIAS DE LA FALLA
Un análisis detallado de la empresa industrial promedio probablemente muestre entre tres y diez mil
posibles modos de falla. Cada una de éstas fallas afecta a la organización de algún modo, pero en cada
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caso, los efectos son diferentes. Pueden afectar operaciones. También pueden afectar a la calidad del
producto, el servicio al cliente, la seguridad o el medio ambiente. Y todas tomarán tiempo y costarán dinero
para ser reparadas.
Son estas consecuencias las que fuertemente influencian el intento de prevenir cada falla. En otras
palabras, si una falla tiene serias consecuencias, haremos un gran esfuerzo para intentar evitarla. Por otro
lado, si tiene consecuencias leves o no las tiene, quizás decidamos no hacer más mantenimiento de rutina
que una simple limpieza y lubricación básicas.
Un punto fuerte de las nuevas formas de hacer mantención es que reconocen que las consecuencias de las
fallas son más importantes que sus aspectos técnicos. De hecho reconocen que la única razón para hacer
cualquier tipo de mantenimiento proactivo no es evitar las fallas sino evitar o reducir las consecuencias de
las fallas. Se pueden clasificar estas consecuencias en cuatro grupos, que son:
Consecuencias de fallas ocultas: éstas no tienen un impacto directo, pero exponen a la organización a
fallas múltiples con consecuencias serias y hasta catastróficas. (La mayoría están asociadas a sistemas de
protección sin seguridad inherente)
Consecuencias ambientales y para la seguridad: una falla tiene consecuencias para la seguridad si es
posible que cause daño o la muerte a alguna persona. Tiene consecuencias ambientales si infringe alguna
normativa o reglamento ambiental tanto corporativo como regional, nacional o internacional.
Consecuencias Operacionales: Una falla tiene consecuencias operacionales si afecta la producción
(cantidad, calidad del producto, atención al cliente, o costos operacionales) además del costo directo de la
reparación.
Consecuencias No - Operacionales: Las fallas que caen en esta categoría no afectan a la seguridad ni la
producción, sólo se relacionan con el costo directo de la reparación.
El proceso de evaluación de las consecuencias, también, cambia el énfasis de la idea de que toda falla es
negativa y debe ser prevenida. De esta manera focaliza la atención sobre las actividades de mantenimiento
que tienen el mayor efecto sobre el desempeño de la organización y resta importancia a aquellas que
tienen escaso efecto. También nos alienta a pensar de una manera más amplia acerca de diferentes
maneras de manejar las fallas, más que concentrarnos en prevenir fallas. Las técnicas de manejo de fallas
se dividen en dos categorías:
Tareas proactivas: estas tareas se emprenden antes de que ocurra una falla, para prevenir que el ítem
llegue al estado de falla. Abarcan lo que se conoce tradicionalmente como mantenimiento “predictivo” o
“preventivo”.
Acciones a falta de: éstas tratan directamente con el estado de falla, y son elegidas cuando no es posible
identificar una tarea proactiva efectiva. Las acciones "a falta de" incluyen búsqueda de falla, rediseñar, y
mantenimiento a rotura. (correctivo)
CONCLUSIONES
EI tiempo de parada de máquina siempre ha afectado la capacidad de producción de los activos físicos al
reducir la producción, aumentar los costos operacionales, e interferir con el servicio al cliente. En las
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décadas de los sesenta y setenta esto ya era una preocupación en las áreas de minería, manufacturas, y
transporte. En la manufactura los efectos del tiempo de parada de máquina fueron agravados por la
tendencia mundial hacia sistemas "just-in-time", donde los reducidos inventarios de material en proceso
hacen que una pequeña falla en un equipo probablemente hiciera parar toda la planta. Actualmente el
crecimiento en la mecanización y la automatización han tornado a la confiabilidad y a la disponibilidad en
factores claves en sectores tan diversos como el cuidado de la salud, el procesamiento de datos, las
telecomunicaciones, la administración de edificios y el manejo de las organizaciones.
Una mayor automatización también significa que más y más fallas afectan nuestra capacidad de mantener
parámetros de calidad satisfactorios. Esto se aplica tanto para parámetros de servicio como para la calidad
del producto. Por ejemplo, hay fallas en equipos que pueden afectar el control del clima en los edificios y la
puntualidad de las redes de transporte, así como interferir con el logro de las tolerancias deseadas en la
producción.
Frente a la sucesión de grandes cambios, los responsables de mantenimiento en la empresa buscan un
nuevo enfoque para dicha materia. Quieren evitar arranques fallidos y callejones sin salida que siempre
acompañan a los grandes cambios. Buscan una estructura estratégica que sintetice los nuevos desarrollos
en un modelo coherente, para luego evaluarlo y aplicar el que mejor satisfaga necesidades de la empresa
DISTRIBUCIÓN DE LAS FALLAS
Los dispositivos de control electrónicos de control por su forma, tamaño, presentación, grados
de protección son sin duda los preferidos por los montadores de cuadros eléctricos, diseñadores
de sistema de mando y control de todo tipos, además se debe pensar en que todos los estudios,
análisis comparativo que se haga aparecen como la solución a un sin número de problemas,
agrege a esto una características más: la confiabilidad, osea no fallan, acontinuación haremos
presenatción de algunos datos obtenidos de la praxis industrial acerca de equipo electrónicos
industriales, la investigación realizada y después de analizar el material, nos encontramos con la
siguiente distribución de fallas presentadas por instalaciones con mandos programables en
memoria. esta documentación nos muestra un alto grado de confiabilidad de los equipos
electrónicos llegando hasta cálculos conservadores de un 95%1 de todas las fallas en una
instalación automatizada, se presentan fuera del mando electrónico y se deben, generalmente, a
solicitaciones anormales ejercidas por el medio ambiente sobre los emisores de señal, aparatos
de ajuste, accionamientos, cableado, etc. Según esto, el mando electrónico de una instalación
es, en general, la parte más confiable. Su porcentaje de fallas es del orden del 5%, y dentro del
mando se reparte aproximadamente en proporción al volumen de componentes instalados en
las distintas partes del mismo, de la siguiente manera:
1
Fuente: fabricantes de equipos.
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-
un 10 % (es decir, sólo el 0,5 % del total de fallas en la instalación) corresponden a las funciones
centrales
-
un 90 % (es decir, el 4,5 % del total de fallas en la instalación) corresponden a los elementos de
entrada y salida existentes que son, con mucho, lo más numerosos.
-
el 0,5 % que corresponde a la parte central del mando se reparte a su vez, casi por igual, entre
la unidad de control (procesador), la memoria, el sistema de bus y la fuente de alimentación.
Refiriéndose al total de fallas que aparecen en una instalación, la parte central de un mando
programado en memoria puede considerarse como muy confiable y por tanto, disponible en alto
grado.
De aquí resulta lógico pensar, que utilizando esa parte central de alta disponibilidad se intente
"atacar" la mayoría de las fallas (el 95 % de fallas externas) mediante funciones de diagnóstico
programadas, y se aumente, así, la disponibilidad de toda la instalación. La realización de este
intento exige generalmente sólo un mayor volumen de memoria (y software). Por ello, los
actuales programas de usuario en los mandos programables incluyen amplias funciones
programadas de diagnóstico, tendencia que se ha visto acentuada con el desarrollo de esta
tecnología.
Con la finalidad de tener información real y actualizada, confeccionamos un cuestionario para
ser aplicado a empleados de empresas con un alto grado de automatización electrónica en la
región. De este cuestionario esperamos obtener información sobre cuál es el tipo de
intervención posible de aplicar a los equipo electrónicos, a través de la experiencia
proporcionada por los expertos consultados de cada empresa, todo esto la finalidad de
determinar si es factible un programa de mantención para estos equipos o solo es necesario
cambiarlos cuando estos fallan, que es lo que en realidad esta ocurriendo con ellos.
CUESTIONARIO
1. Qué dispositivo electrónico es el que provoca más falla en su empresa.
2. Indique el tipo de falla que a afectado a equipos electrónicos.
3. Que tiempo ocupan los técnicos en reparar esas fallas.
4. Son reparables las fallas que han presentado los equipos electrónicos de su empresa.
5. Es muy numeroso el equipamiento que utilizan los técnicos para revisar y luego reparar las fallas
generadas en los equipos electrónicos.
6. Es posible predecir una falla en un equipo electrónico.
7. Cuando falla un equipo electrónico en su empresa, la magnitud del problema en la producción
es de consideración o sólo es algo pasajero.
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8.
Cuál es el grado de especialización requerida en los técnicos para atender una falla en un
equipo electrónico.
9. Cuál es el porcentaje de fallas en equipos electrónicos, que se pueden reparar en la empresa.
La empresa moderna cada vez, se ve obligada a implementarse con diferentes tipos de equipos
electrónico, ella esta enfrentando a requerimiento cada vez más exigente, y no puede dejar de
producir porque no están disponibles los equipos de producción, porque estén en fallas, las que
en algunos casos demoran horas y quizás días sin ser solucionadas por lo técnicos o por lo
costoso del repuesto o la imposibilidad que el mercado local lo disponga. Esto a provocado el
nacimiento de equipos de tanta confiabilidad que se dice que no fallan, también por el hecho que
no existen estadísticas que indiquen que tal o cual equipo falló ya que este solo fue cambiado
por otro de las mismas y en algunas ocasiones por características tecnológicas superiores .
Material según apuntes anexos, obtenidos de página WEb
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