Dedicatorias Principalmente quiero dedicar esta memoria de trabajo a mi familia que me apoyo y me dio el empuje que siempre necesite para lograr todos los objetivos que me propuse, principalmente deseo dedicar este trabajo a mi madre que siempre confió en mí, me apoyo y me dio ánimos para continuar en el proceso cuando yo ya no lo deseaba. Además dedico esta memoria a mis amigos que me apoyaron para realizar este trabajo y gracias a ellos, aún sigo teniendo muchas ganas de estudiar, lograr mis objetivos y ser mejor en lo que haga. Agradezco a los maestros que me dieron asesorías, revisaron esta memoria para que concluyera de la mejor manera, y me dieron consejos sobre el tema que se expone en este trabajo, sin ellos este proceso no hubiera podido finalizar exitosamente. Muchas gracias a todas las personas que forman parte de mi escuela, les tengo un gran aprecio porque hicieron que estos tres años hayan sido de logros, diversión y éxito 2 Índice Página Presentación 5 Objetivos 6 Capítulo I Referencias de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 7 1.1 Ubicación y descripción de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 8 1.1.1 Descripción del contexto social, económico, cultural de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 9 1.1.2 Misión, visión y valores. 10 1.1.3 Política de seguridad y calidad en Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 10 1.2 Organización general de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 11 1.2.1 Organigrama de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 11 1.2.2 Funciones de los integrantes de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. 12 Capítulo IIReferencias del perfil profesional de la carrera de técnico en 15 mecatrónica. 2.1 Descripción de la carrera de técnico en mecatrónica. 16 2.2 Objetivos de la carrera de técnico en mecatrónica. 16 2.3 Perfil de egreso de técnico en mecatrónica. 17 2.4 Análisis de las competencias profesionales. 19 Capítulo III Experiencias laborales. 21 3.1 Descripción de las actividades realizadas en Ingeniería Eléctrica SYM S.A 22 de C.V. 3.1.1Identificación de las partes del transformador. 22 3.1.2Análisis de las diferencias de aislamiento entre el transformador tipo seco 3 y sumergido en aceite. 23 3.1.3Aplicación de pruebas eléctricas a transformadores. 24 3.1.4Filtración de aceite dieléctrico. 25 3.1.5 Mantenimiento al transformador 28 3.2 Fundamentación teórica de las actividades. 29 3.2.1 Definición de transformadores. 29 3.2.2 Partes de un transformador. 30 3.2.3 funcionamiento los transformadores 35 3.2.4 Tipos de pruebas eléctricas. 35 3.2.5 Normas nacionales. 37 3.3 Fundamentación metodológica de las actividades. 37 3.3.1 Pruebas de rigidez dieléctrica del aceite. 38 3.3.2 Pruebas de resistencia del aislamiento. 39 3.3.3 Pruebas de resistencia óhmica en los devanados. 41 3.3.4 Prueba de relación de transformación. 43 3.4 Descripción de las debilidades y fortalezas del estudiante durante el desarrollo de las estadías 44 3.4.1 Debilidades. 44 3.4.2 Fortalezas. 45 Capítulo IV Conclusiones y sugerencias. 46 4.1 Conclusiones. 47 4.2 Sugerencias. 47 Lista de referencias 48 4 Presentación A continuación se presenta la siguiente memoria de trabajo profesional que consta de cuatro capítulos, el primero describe la empresa donde se realizaron estadías, el segundo describe los objetivos de la carrera de técnico en mecatrónica, las habilidades, actitudes, valores y las competencias que se deben lograr y/o fortalecer, el tercero describe las actividades realizadas en la empresa, así mismo se fundamentan varios conceptos y se explica el tema de la memoria de trabajo, por último, contiene el capítulo cuatro que consiste en las conclusiones de la memoria de trabajo y sugerencias que se le dan a la empresa sobre aspectos que le hacen falta, como medidas de seguridad, procesos de elaboración o mantenimiento, mejoras en las áreas de trabajo, etc. 5 Objetivos General Realizar pruebas eléctricas a transformadores de distribuciónen Ingeniería Eléctrica SYM S.A. de C.V. Particulares Conocer el principio de funcionamiento del transformador Reconocer los métodos de pruebas eléctricas en los transformadores Identificar las fallas eléctricas en transformadores 6 CAPÍTULO I REFERENCIAS DE INGENIERÍA ELÉCTRICA SYM S.A. DE C.V. 7 1.1 Ubicación y descripción de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. La empresa Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V y está ubicada en Camino viejo a pirámides No. 4 Col. Emiliano Zapata. Acolman EstadodeMéxico, como se muestra en la imagen No. 1está ubicada justo donde empieza la zona urbana, a un lado de la empresa existe algunas de hectáreas donde cultivan alimentos, del lado contrario existen hogares y tiendas, esa zona parece ser de nivel económico medio, ya que la mayoría de los domicilios están construidos en su totalidad de cemento y tabiques. Imagen No. 1 ubicación de Ingeniería Eléctrica SYM S.A. de C.V. La entrada está construida por un zaguán por donde entran los autos de los empleados, lo primero que se observa es un patio dividió a la mitad por cemento a la izquierda y a la derecha contiene pasto que periódicamente se corta, ahí es donde los empleados estacionan sus autos, y al lado del patio se encuentran el área de pintado, atrás del pasto esta un edificio de dos pisos, ahí contiene la cocina y el comedor. A la izquierda está el área de producción y 8 mantenimiento, este es un hangar y dentro se encuentra un el área de producción y mantenimiento de los trasformadores. La empresa se dedica a construir y dar mantenimiento a transformadores de distribución de cualquier tipo y a los de potencia, gracias a su capacidad, ha laborado en varios equipos de mantenimiento para diferentes empresas, entre las que se encuentra CFE, por eso son reconocidos como una de las mejores empresas en su ramo. 1.1.1 Descripción del contexto social, económico y cultural de ingeniería eléctrica SYM S.A de C.V. La empresa en el ámbito social, apoya a comunidades, ya que además de dar mantenimiento a transformadores, tiene conocimientos electromecánicos, esto les ayuda a mantener sistemas en un correcto funcionamiento, estos sistemas tienen que ver como por ejemplo, con circuitos de control y fuerza, además de componentes eléctricos y mecánicos. También da empleo a personas de la comunidad, aportando oportunidades de una mejor calidad de vida a familias Un ejemplo claro es cuando el ingeniero Cardoso junto con un empleado con conocimientos de los anteriores ámbitos, pero poca práctica le dieron mantenimiento preventivo a un circuito de control de una bomba de agua que abastecía a una comunidad. Gracias a que dan mantenimiento y elaboración de transformadores, son la principal área que apoya a grandes empresas que abastecen de energía eléctrica a muchos hogares, así como a otras que ofrecen productos y/o servicios. Sin el servicio que Ingería eléctrica SYM, muchas empresas estarían en un paro total de producción, ya que la empresa entrega trabajos garantizados que duran muchos años. Tomando en cuenta que la empresa da mantenimiento a transformadores, apoyan a la economía desde raíz, ya que logran hacer que las empresas que fabrican la mayoría de productos que se compran día con día, trabajen con una buena fuente de alimentación para todas sus maquinarias, además colaboran con otras empresas que se especializan en otras 9 ramas como por ejemplo, llamar a otra empresa para que se lleve el aceite para filtrarlo y eliminarle la humedad, para después regresarlo e Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V deposita ese aceite en los transformadores. 1.1.2 Visión, Misión y Valores Misión Llegar a los estándares de calidad, que las empresas de primer nivel nos van exigiendo día con día, ya que éstas, son las que marcan la dirección y calidad de nuestro servicio, estos estándares, en consecuencia, son aplicados a las empresas medianas y pequeñas, obteniendo así, la constante de nuestros servicios. Visión Mantener la satisfacción técnica y de servicio, de todo aquel usuario que lo solicite, con la confianza, de que los estándares de calidad obtenidos a través de la experiencia, serán aplicados en el trabajo por realizarse. Valores Responsabilidad: gracias a la experiencia y conocimientos, trabajamos bajo los más altos estándares de calidad con el fin de mantener un alto nivel de prestigio. Honestidad: garantizamos un trabajo de calidad, con la más alta eficiencia. Trabajo en equipo: todos los empleados tiene buena comunicación entre sí, y gracias a esa comunicación y apoyo mutuo, se concluyen los encargos con alta calidad. 1.1.3 Política de seguridad y calidad de Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. Seguridad Nuestro compromiso es respetar las leyes y normas de seguridad a fin de que se eviten riesgos del producto y dañen el entorno donde operen, del mismo modo, cuidar la integridad personal de cada trabajador durante el proceso de fabricación y/o mantenimiento, logrando un cero de accidentes, quejas del consumidor y daños de las instalaciones o comunidades. 10 Calidad Ofrecer productos con las características y especificaciones que se nos pidan, manteniendo la máxima calidad que nos caracterizan y durante el proceso de elaboración y/o mantenimiento del transformador. Laborar con cuidado, calidad, y agrado. Ya entregado el transformador mostrar los resultados que demuestran la eficacia y la duración del transformador, con una buena actitud y con respeto, además de buscar la mejora continua prestando atención a quejas o sugerencias. 1.2 Organización general de Ingeniería Eléctrica SYM S.A. de C.V. Esta empresa tiene diferentes áreas en la que se desenvuelven diferentes trabajadores, éstos laboran en equipo para poder llevar un proceso de elaboración fluido, estas áreas se conforman por la producción, que se encarga de elaborar adaptar y dar mantenimiento a los transformadores, la ingeniería es parte fundamental para el diseño de los transformadores, y de sus pruebas respectivas, además la administración mantiene el orden y cada material en su lugar y bien clasificado en el almacén 11 1.2.1 Organigrama de Ingeniería Eléctrica a SYM S.A. de C.V. Dirección General Ingeniería Diseño Producción Administración Recepción Almacén Ensamble Control de Calidad Pruebas Devanado Acabado General Prestador de Estadías Entrega 1.2.2 Funciones de los integrantes de Ingeniería Eléctrica SYM S.A. de C.V. Director General: establece la relación directa con los clientes, obtiene información relacionada con la obra pública o privada, coordina, se informa y guíalas soluciones en: finanzas, seguro, ingeniería, logística, avances de obra, estimaciones, cobros, compra de materiales, pruebas previas y pruebas finales y puesta en operación. Ingeniero: apoya al enlace general de las funciones administrativas y las técnicooperativas, revisa los reportes de campo o los de recepción de taller y los interpreta. 12 Encargado de Producción: organiza, elabora y realiza todo lo necesario para que se lleve a cabo los trabajos en campo o en taller. Administrador: promueve a la empresa, obtiene información de concursos y sobre todo la relación administración-producción-producto terminado y recuperación económica. Diseñador: adquiere la información de diseños de los equipos y determina los trabajos por realizar. Recepcionista: interpreta correctamente las necesidades de los clientes y obtiene el resultado esperado, revisa los reportes de campo o los de recepción en taller para interpretarlos. Almacenador: solicita materiales, adquiere materiales menores de vía rápida, guarda los materiales por orden y tipo. Control de Calidad: revisa y califica la calidad de los materiales, efectúa la revisión final de los trabajos, examina reportes de entrega y puesta en operación de los equipos. Ensamblador: realiza toda actividad relacionada con el ensamble y desensamble de conjunto de núcleo-bobinas, como son: herrajes, yugos, laminado, soldaduras con oxiacetileno, habilita asilamientos de separación entre bobinas, para columnas del núcleo, para cambiador de derivaciones. Coloca las bobinas en el núcleo y solda las conexiones internas. Encargado de las Pruebas: realiza pruebas, además de coordinar actividades de proceso en los trabajos y efectúa pruebas preliminares. Devanador: efectúa todas las actividades relacionadas con la fabricación de bobinas, como son; elaboración de molde, preparación de aislamientos, formas de cartón y finalmente la construcción de la bobina. Acabador General: realiza preparativos para la colocación de núcleo de bobinas al tanque, elabora losempaques, prepara toda la tornillería, desarma y limpia los aisladores, se encarga de la limpieza general del tanque del transformador, prepara el aplicado de pintura y la aplica al tanque. Prestador de Estadías: realiza toda clase de actividades para auxiliar y apoyar en los devanados, ensamble, armado y desarmado de los transformadores y maniobras de carga y descarga. 13 Encargado de la Entrega: inspecciona totalmente el transformador terminado, revisa reportes de entrega y puesta en operación de los equipos a entera satisfacción del cliente. 14 CAPÍTULO II REFERENCIAS DE LA CARRERA TÉCNICO EN MECATRÓNICA 15 2.1 Descripción de la carrera técnica en mecatrónica La carrera técnica en mecatrónica inicia en el segundo semestre del bachillerato tecnológico, está integrada por cinco submódulos que forman al estudiante ofreciéndole herramientas, conocimientos y destrezas para desarrollar en el joven una actitud emprendedora, estableciéndole valores como: justicia, solidaridad, responsabilidad, lealtad, respeto, orden y limpieza. Gracias a que el ambiente laboral está en constante evolución el técnico deberá estar al corriente sobre los avances tecnológicos, para poder ser competente en las diferentes ramas de la industria. Para empezar la formación del estudiante, se pretende crear en el joven una cultura emprendedora, así mismo, desarrollar habilidades críticas y resolutivas; lo siguiente es, introducir al alumno en un taller para desempeñar las lecturas y manejo de herramientas de medición, ya comprendido y dominado lo anterior, el estudiante será competente para poder realizar circuitos electrónicos y analógicos, además de manejar equipos mecatrónicos y darles mantenimiento. Gracias a la preparación, el alumno aplicará el control electromecánico, para poder manipular motores de C.A Y C.D., además, el estudiante desarrollará programas en PC para dar solución a distintos tipos de problemas y así mismo será capaz de dar mantenimiento a esos programas y circuitos de control, igualmente, generar programas de automatización a procesos sencillos. Finalmente el estudiante aplicará lo aprendido durante la realización de estadías. Esta formación le permitirá insertarse en el mercado laboral o emprender procesos independientes según sus necesidades. 2.2 Objetivos de la carrera técnica en mecatrónica Proporcionar a las herramientas necesarias para que el estudiante adquiera los conocimientos, desarrolle habilidades y destrezas, y asuma una actitud responsable para brindar mantenimiento preventivo y correctivo a los sistemas mecatrónicos siguiendo las 16 especificaciones de los fabricantes y aplicando las normas de seguridad industrial dentro de su entorno de trabajo. 2.3 Perfil profesional de egreso El perfil profesional define la formación que se debe establecer para con el estudiante, en relación al papel que posteriormente deberá desempeñar como profesionista, tomando en cuenta las necesidades específicas del entorno y con las propias características evolutivas de la mecatrónica. Para lograr este perfil es preciso que el alumno reúna ciertos conocimientos, habilidades y destrezas necesarias para su formación, las cuales se mencionan a continuación: Habilidades Operar instrumentos de medición. Diagnosticar posibles fallas. Manipular equipos de producción. Manejo de nomenclaturas, simbología y seguridad industrial. Manejo de herramientas. Brindar mantenimiento a equipos mecatrónicos. Conexión de sistemas en mecatrónica. Elaboración de circuitos impresos. Manejo de software especializados en el área. Conocimientos Conocimiento e interpretación de diagramas de electricidad, electrónica, neumática e hidráulica. Diseño de circuitos. Control básico de sistemas. Conocimientos, planeación de mantenimiento preventivo y correctivo en sistemas de control y mecatrónicos. Proyección, construcción, operación y mantenimiento de instalaciones eléctricas con sistemas de control electromagnético y electrónico. Diseño de circuitos impresos. 17 Desarrollar un pensamiento crítico. Manejo de recursos humanos y materiales de una obra. Análisis de costos y presupuestos. Tramite de licencias de construcción. Manejo de equipo de cómputo. Elaboración de planos. Desarrollar un pensamiento crítico. Actitudes y valores Disponibilidad para trabajar en equipo. Ser imaginativo para proponer soluciones. Ser innovador en la utilización de las nuevas tecnologías. Ser emprendedor para poder atender las demandas del mercado. Interés por la actualización constante. Impulsar a sus compañeros a progresar. Trabajar con responsabilidad y honradez. Desarrollar y fomentar un ambiente social limpio y ordenado. Competencias profesionales Maneja la toma de lecturas de diferentes variables apoyándose de instrumentos de medición. Crea piezas mecánicas manipulando herramientas. Realiza levantamientos de elementos de campo para crear planos y verificar los existentes. Identifica las funciones de cada taller industrial. Aplica la electrónica como herramienta esencial para el desarrollo de proyectos de forma fija. Maneja los diferentes tipos de herramientas y equipos para desempeñar las actividades de su campo laboral. Implementación de normas y procedimientos para el trabajo de mecatrónica. 18 Crea y verifica el funcionamiento de los motores. Selecciona el modo más adecuado a la función del sistema que se desea controlar Crea programas basados en un ambiente orientado a objetos y estructurado. Elabora un plan emprendedor. Genera propuestas de control para proyectos mecatrónicos. Visualiza y reconoce procesos manuales para generar una propuesta de automatización Brindar mantenimiento preventivo a los equipos mecatrónicos en todas sus modalidades. Desarrolla un plan emprendedor. Acercamiento al campo laboral y su problemática. Identifica los elementos que integran un robot, así como generar cotizaciones de los equipos y piezas para su mantenimiento. Evalúa el plan emprendedor. 2.4 Análisis de las competencias profesionales Gracias a la introducción en un ambiente laboral, se fortalece la “competencia maneja la toma de lecturas de diferentes variables apoyándose de instrumentos de medición” del Submódulo I maneja instrumentos de medición, simbología y normatividad, ya que se utilizan muchas herramientas de medición como; el multímetro analógico y digital, el multímetro tipo pinza, TTR, Megger, pie de rey, etc, para diversos casos como por ejemplo: para saber las continuidades de las bobinas, la resistencia óhmica de los devanados, o la rigidez dieléctrica del aceite. A su vez se aplica la competencia “realiza levantamientos de elementos de campo para crear planos y verificar los existentes” del Submódulo III. Construye planos y diagramas mecatrónicos, en la mayoría de casos, se tiene que observar los diagramas de conexiones de un motor para poder trabajarlo, o se tiene que mirar la placa de datos de un transformador para que en base a eso se hagan los diseños de un transformador. Igualmente se fortalece la competencia “maneja los diferentes tipos de herramientas y equipos para desempeñar las actividades de su campo laboral”, del Submódulo II. Manipula herramientas y equipo mecatrónico, esta competencia siempre se está poniendo en práctica, 19 pues se necesitan herramientas para diversos trabajos como desatornillar, para medir longitudes, diámetros, etc. Además se adquiere la competencia, crea y verifica el funcionamiento de los motores, del Submódulo I. “Elabora circuitos de control electrónico y electromecánico”, dentro del módulo III. “Aplica el control elemental”, ya que se aprendió dentro de la empresa Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V a embobinar un motor, verificar las diferentes fases, así como la continuidad de las bobinas, además de ensamblar la carcasa de un motor e interpretar la placa de datos de un motor. 20 CAPÍTULO III EXPERIENCIAS LABORALES 21 3.1 Descripción de las actividades realizadas en Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V. A continuación se presentan las actividades que se hicieron durante la realización de estadías en Ingeniería Eléctrica SYM S.A de C.V que son reconocer las partes del transformador y la manera de operación de este, además se observó, la gran mayoría del proceso que conlleva el mantenimiento preventivo y el mantenimiento correctivo, este proceso lleva un orden que se debe seguir, ya que de no seguirlo traería varias complicaciones, se conoció la herramienta de medición que se utiliza para realizar pruebas eléctricas y se reconocieron las fallas que posiblemente tenga un transformador, además la maquinaria que se emplea para elaborar las bobinas de alta y baja tensión, se observaron las diferencias de un transformador tipo seco, y uno sumergido en aceite, que aunque tiene la misma función y una elaboración casi idéntica, tienen un diferente aislamiento y un empleo en diferentes contextos, como por ejemplo, el tipo seco se utiliza en interiores de algunas empresas, ya que las medidas de seguridad contra incendios imposibilitan un transformador sumergido en aceite, pero no en todos los caso ocurre este asunto, dependerá de las medidas de seguridad de cada empresa. 3.1.1 Identificación de las partes del transformador Son varias las partes del transformador, todas en conjunto logran que el transformador funcione o indique las características de éste, una parte importante es el núcleo, este contiene láminas de acero de silicio y se observa en la imagen No. 2 de un transformador que ya estaba abierto. Imagen No. 2 núcleo de un transformador 22 Las láminas están acomodadas de cierta forma y en orden, para un correcto funcionamiento y evitar que el transformador trabaje en exceso porque exigirá más voltaje del que puede recibir o del que está recibiendo y calentarse provocando un accidente. Alrededor del núcleo, están las bobinas que se encargan de transformar la energía que recibe de la alta tensión y la convertirla a baja tensión, el grosor del conductor siempre será el mayor cuando se emplee una baja tensión, ya que a menos corriente habrá más voltaje y el calibre en alta tensión siempre será más delgado, como se muestra en la imagen No. 3. Imagen No. 3 bobina de un transformador con salidas Las demás partes son cambiadores que modifican la alta tensión que recibe el transformador en alto voltaje, en éstos, se observó que están conectados los finales de cada bobina en cada espacio del cambiador, también contienen boquillas que están hechas de porcelana, dentro se introducen las puntas de cada fase y se conectan. 3.1.2 Análisis de las diferencias de aislamiento entre el transformador tipo seco y sumergido en aceite Una gran diferencia entre los aislamientos de los transformadores sumergidos en aceite y el tipo seco, al observar que los aislantes del transformador tipo seco son más rígidos y además utilizan barniz aislante en las bobinas, a diferencia de los aislantes del otro tipo de 23 transformador, utilizan un aceite dieléctrico que además de ser un gran refrigerante que cubre al núcleo, las bobinas y demás componentes del transformador, por otro lado utilizan un tipo de papel más especial, poseen pequeñas aberturas para que el líquido aislante logre pasar por las bobinas y las aislé entre sí, estas aberturas se les llaman canales y se pueden observar en la imagen No.4. Imagen No. 4 canales de cartón 3.1.3 Aplicación de pruebas eléctricas a transformadores Para conocer las fallas del transformador o dar un buen mantenimiento se hacen pruebas con aparatos que ayudan a saber que partes están bien o cuales están mal. Un equipo de medición que ayuda a hacer las pruebas eléctricas en las bobinas, es el TTR y en la imagen No. 5 se observa. Imagen No. 5 TTR 24 Este aparato tiene terminales, se conectan a las boquillas de alta y de baja tensión para conocer la relación de transformación de las bobinas, girando las perillas para determinar los valores, las terminales del TTR se conectan como se muestra en la imagen No. 6 Imagen No. 6 conectando terminales del TTR a boquillas del transformador La primer aguja indica la corriente de excitación que se le está dando a las bobinas, la de en medio muestra el voltaje que manda, y la tercer al no estar estable en el centro, quiere decir que está mal elaborada. El aceite dieléctrico, siendo un buen refrigerante y aislante, con el tiempo se empieza a deteriorar, haciendo que su rigidez dieléctrica baje, y cada cierto tiempo se le necesita dar mantenimiento, el aparato que indica la rigidez dieléctrica del aceite se llama medidor de rigidez dieléctrica del aceite o como muchos lo conocen “Megger” se le puede observar en la imagen No. 7. Imagen No. 7 medidor de rigidez dieléctrica del aceite 25 La rigidez dieléctrica es la capacidad que tiene el aceite para oponerse al paso de corriente, pero en este caso, evita el paso de corriente entre conductores que estén muy cerca. Se toma una pequeña muestra del aceite que utiliza el transformador con el recipiente del megger. El proceso se puede visualizar en la imagen No. 8. Imagen No. 8 vaciando aceite Una vez introducido el contenedor al aparato, se presiona el botón que da marcha y este va aumentando gradualmente en su interior el voltaje, que esta conducido a placas, las placas están sumergidas en el aceite extraído anteriormente. Al llegar a cierto punto de voltaje se hace un arco eléctrico entre las placas. Se observa que se detiene el aumento de voltaje e indica que esa es la capacidad dieléctrica del aceite, si es suficientemente alta, el aceite se vuelve a introducir al tanque, pero cuando indica una baja rigidez se le tiene que dar mantenimiento, por otro lado, cuando ya no es reutilizable se le introduce un nuevo lote. 3.1.4 Filtración de aceite dieléctrico Con el tiempo el aceite dieléctrico va perdiendo rigidez dieléctrica y en otros casos alguna parte del transformador hizo un corto y el aceite está contaminado, por lo tanto se le necesita dar mantenimiento, el proceso para filtrar el aceite no es largo, primero se conecta una manguera a la toma de aceite para extraer todo el aceite generando un vacío dentro del 26 transformador, todo el aceite pasa por un mecanismo que le quita humedad, y le retira todo contaminante que contenga, ese sistema se observa en la imagen No. 9. Imagen No. 9 mecanismo de filtrado A la derecha el aceite está en un contenedor y pasa por varios tipos de filtros que le quita humedad, todo el sistema contiene válvulas que controlan la cantidad de aceite, además de botones que le dan marcha y detienen el sistema. El aceite pasa por una prensa que tiene varios papeles filtros que le quitan todo el contaminante y el carbón que tiene el aceite, esta prensa se puede observar en la imagen No. 10. Imagen No. 10 prensa de filtrado El aceite es empujado por una bomba que y el proceso se repite durante 20 minutos, una vez ya filtrado el aceite, se vuelve a introducir en el tanque del transformador, de nuevo se hace un vacío para que el aceite no tome de nuevo humedad ambiental, una vez lleno el transformador se introduce en un horno. 27 3.1.5 Mantenimiento al transformador Para comenzar a dar mantenimiento a las bobinas y núcleos, primero es necesario retirar todos los elementos que estorban, desconectar las bobinas y en otros casos extraer el aceite aislante. Durante el proceso se retiran las boquillas de alta y baja tensión, se desconectan las puntas de las bobinas y se le quitan los empaques que tengan, como se muestra en la imagen No. 11. Imagen No. 11 retirando boquillas Una vez retirados todos los elementos y desconectar las bobinas, se enganchan cadenas a los ángulos que sostienen a las bobinas y al núcleo, después se levanta sacándolo del transformador con una polea con cuidado, estas poleas son capaces de levantar dos toneladas y son muy buenas para hacer el debido trabajo, en la imagen No. 12 se observan las bobinas saliendo del tanque. Imagen No. 12 bobinas saliendo 28 Ya las bobinas retiradas se colocan en una plancha en caso de ser bobinas sumergidas en aceite o por el otro lado, las bobinas del transformador tipo seco se dejan sobre una mesa, en la imagen No. 13 se observan las bobinas fuera del tanque. Imagen No. 13 bobinas fuera del tanque Una vez fuera las bobinas se pueden limpiar el transformador, de ser necesario cambiar empaques, lijarlo con una lija muerta para que no se ralle, repintarlo, adaptarlo o hacer algún mantenimiento específico que requiera el cliente. 3.2 Fundamentación teórica de las actividades Para poder elaborar un transformador se tiene que conocer su modo de fabricación, las diferentes partes conforman todo un sistema que no es tan complejo, este funciona a bases de fenómenos eléctricos y magnéticos, pero todos los parámetros, materiales y modo de fabricación se basan en normas nacionales. 3.2.1 Definición de transformadores El transformador es un dispositivo eléctrico que aumenta o disminuye en casos específicos, en el dispositivo entra una determinada tensión de un circuito alterno basándose en el fenómeno de inducción electromagnética, de acuerdo con el autor Enriquez (2004),“en 29 transformadores ideales las pérdidas durante el proceso de transformación no existen, por lo tanto, la potencia que ingresa es igual a la que sale.” (parr. 2) pero en estos dispositivos reales hay pequeñas perdidas que dependen de su diseño y tamaño. La imagen No 14 muestra un transformador de distribución. Imagen No. 14 transformador 3.2.2 Partes de un transformador Las partes que conforman a un transformador se pueden agrupar en cuatro grandes grupos los cuales son los siguientes: Circuito magnético (nucleo). Circuito eléctrico (devanados). Sistema de aislamiento. Tanque y accesorios. Circuito magnético Es la parte del transformador que sirve para conducir el flujo magnético generado el cual enlazara los circuitos eléctricos del transformador. El circuito magnético se le conoce como núcleo, este está formado por láminas de acero de silicio, orientadas y acomodadas de cierta forma para permitir un flujo magnético. De acuerdo al autor Avelino (2009). Señala que “todas las láminas están aisladas en ambas caras por medio de un aislante inorgánico llamado 30 “carlite”que consiste en una capa especial aislante aplicada en el proceso final de planchado y recocido. Se tienen cuatro tipos de láminas, las láminas más usuales para la fabricación de núcleos son las M-4, ya que sus características en watts por libra o kg son las mejores para su trabajo, las características específicas se encuentran en la siguiente imagen No. 15. Imagen No. 15 tabla de pérdidas en acero de silicio. Circuito eléctrico (devanados) Los devanados son la parte que conforman los circuitos eléctricos y estos se fabrican dependiendo de la necesidad del diseño y de los materiales que se van a empelar, los materiales para su fabricación son básicamente: el cobre y el aluminio. Un transformador tiene devanados primarios y secundarios, los primeros crean un flujo magnético para inducir en los devanados secundarios fuerza automotriz y transferir la potencia eléctrica mediante el principio de inducción electromagnética durante este proceso se hace una pérdida de energía muy pequeña. La imagen No. 16 presenta una tabla con datos específicos de ambos conductores. 31 Imagen No. 16 tabla de datos del cobre y aluminio Aunque el cobre es un buen conductor, no se utiliza en todos los casos, debido a su elevado costo, por eso el aluminio lo ha remplazado en varias ocasiones, las ventajas de ambos conductores son las siguientes: Ventajas del cobre Resistencia mecánica. Conductividad eléctrica buena, por lo tanto los devanados son más pequeños. Ventajas del aluminio Estabilidad en el costo por suministro. Eficiencia disipando el calor en cantidades pequeñas. Considerable reducción de peso. Sistema de aislamiento Todos los transformadores contienen varios tipos de aislamiento que juntos, forman el sistema de aislamiento, estos materiales son los siguientes: 32 Cartón prensado (pressboard). Papel kraft normal o tratado (insuldur). Papel manila y corrugado. Cartón prensado de alta densidad. Partes de cartón prensado laminados. Esmaltes y barnices. Porcelanas (boquillas). Madera de maple o machiche para armados. Fibra vulcanizada. Plásticos y cementos, telas y cintas adhesivas, cintas de fibra de vidrio, etc. Líquido dieléctrico, que puede ser mineral de siliconas o r-temp. Los primeros 10 tipos de aislante forman el sistema aislante sólido, que deben cumplir con las siguientes características: Capacidad para soportar las tensiones muy altas. Soportar esfuerzos mecánicos como la conducción del calor las cuales, generalmente acompañan un cortocircuito. Prevenir excesivas acumulaciones de calor. Capacidad para preservar las características establecidas durante un determinado tiempo de vida, siempre y cuando se le dé un buen mantenimiento. El último aislante comprende el sistema aislante líquido, que baña completamente a los devanados, núcleo, y demás aislantes sólidos, este fluido sirve para tres motivos primordiales: Da rigidez dieléctrica. Ofrece un buen enfriamiento. Protege a los demás aislantes. 33 Cualquier debilitamiento del aislante puede inducir a una falla en el transformador, cuando el aislamiento está deteriorado pierde una parte significativa de su propiedad dieléctrica original, característica mecánica o de impulso, cuando no se le da un mantenimiento adecuado, ocurre lo inevitable, una falla en el transformador mecánica o eléctrica. La imagen No. 17 muestra un ejemplo del núcleo de un transformador. Imagen No. 17 núcleo de un transformador Tanque y accesorios El tanque de un transformador debe ser hermético por el aceite y debe estar perfectamente sellado desde una temperatura de -5°C a un máximo de 105°C, en la imagen No. 18 se da un ejemplo de un transformador tipo poste. Imagen No. 18 transformador tipo poste Entre las partes más significativas del transformador de distribución están: Boquillas de porcelana de A.T y B.T. Cambiador de derivaciones o taps. Terminales de cobre para A.T y B.T. 34 Válvula de muestreo de aceite. Cabe destacar que se agregan el bastidor y los herrajes que se solicitan en la Norma Oficial Mexicana (NMX-J-116-ANCE). 3.2.3 funcionamiento de los transformadores Un transformador es el dispositivo que convierte la energía alterna de un cierto nivel de tensión, en energía del mismo tipo pero diferente nivel de tensión, basándose en el fenómeno de inducción electromagnética. De acuerdo al documento electrónico titulado “transformadores” “[…] Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. […]” (párr. 2). La conexión entre las bobinas es el flujo magnético que se establece en el núcleo, este núcleo está fabricado como antes se mencionó, de láminas apiladas o de hierro. Las bobinas se denominan “primarios y secundarios” según sea a entrada y salida de todo el sistema, pero para fines de estudio se clasifican en “alta tensión” y “baja tensión”, la categorización es importante ya que su modo de fabricación es diferente, también hay un tercer devanado llamado “terciario” que es de menor tensión que el secundario. Devanados para transformadores de distribución En este tipo de transformadores, la diferencia de tensión en los devanados primarios y secundarios es considerablemente diferente, en los primarios las tensiones que se reciben pueden ser de: 13200 V, 1500 V, 23000 V, y 34500 V, por otro lado las tensiones en los devanados secundarios son: 440 V, 220 V y 127 V, por lo tanto estos transformadores se fabrican con otros tipos de criterios. 3.2.4 Tipos de pruebas eléctricas Existen tres tipos de pruebas a las que se pueden someter los transformadores, con base a la Norma Mexicana 169. Las cuales son: 35 Pruebas de prototipo Estas se aplican a nuevos diseños o modificaciones de diseños anteriores con el objetivo de verificar que el producto cumpla con lo especificado en otras normas. Las pruebas de prototipo son las siguientes: Características de los componentes. Medición de resistencia óhmica de los devanados. Elevación de temperatura de los devanados. Impulso. Pruebas de rutina Estas pruebas deben efectuarse en todos los transformadores, para comprobar si la calidad del producto está dentro de los estándares de tolerancia permitidos, estas pruebas son las siguientes: Características físicas del conjunto. Resistencia de los aislamientos del conjunto. Relación de transformación. Tensión de ruptura dieléctrica del aceite. Perdidas de excitación. Pruebas opcionales Son las establecidas entre el comprador y el fabricante, con el propósito de verificar características específicas del equipo, estas pruebas pueden ser las siguientes: Factor de potencia de los aislamientos del conjunto. Perdidas, corriente de excitación e impedancia a tensiones, cargas o frecuencias distintas a las nominales. Elevación de temperatura de los devanados a capacidades distintas de las nominales. 36 Nivel de ruido. 3.2.5 Normas nacionales Los transformadores fabricados deben ser probados, y diseñados para cumplir con las siguientes normas y especificaciones: NOM-002-SEDE-1999 Requisitos de seguridad y eficiencia energética para transformadores de distribución. NOM-008-SCFI Sistema general de unidades. NOM-024-SCFL Información comercial para empaques, instructivos y garantía de los productos electrónicos, eléctricos y electrodomésticos. NMX-J-116-ANCE Productos eléctricos-Transformadores-Transformadores de distribución tipo poste y tipo subestación-Especificaciones. NMX-J-169-ANCE Productos eléctricos. Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia. Métodos de prueba. NMX-J-123/1-ANCE-1999 (IEC-296) Productos eléctricos – transformadores – aceites minerales aislantes para transformador – parte 1: especificaciones. Aún hay más normas, pero éstas son las que explican con detalle los transformadores de distribución, sus características de diseño, fabricación y las pruebas que se le tiene que hacer a éstos. 3.3 Fundamentación metodológica de las actividades Durante la realización de estadías, se hicieron varias pruebas eléctricas que contienen pasos y diferentes métodos de elaboración, esos métodos consisten en medir aspectos del transformador, interpretarlos o hacer operaciones entre ellos, todas las pruebas mencionadas a continuación se tiene que hacer a todos los transformadores ya que son de rutina, por lo tanto son obligatorias como ya se mencionó antes. 37 3.3.1 Pruebas de rigidez dieléctrica del aceite Un aceite decolorado puede indicar un alto grado de oxidación y la presencia de sedimentos o lodo, para investigar el estado real del aceite, se necesitan hacer pruebas dieléctricas que nos permitan detectar una aproximación al valor de rigidez del aceite. El aparato que nos ayuda a saber el valor del aceite se llama medidor de rigidez dieléctrica, se le puede observar en la imagen No. 7. Ya antes mostrada. Según Enriquez (2009) explica que “Las pruebas se hacen durante la fase de puesta de servicio del transformador, en los periodos de mantenimiento, o bien, cuando se presentan fallas y es necesario hacer diagnósticos de las mismas” (parr. 3) Gracias a éstos se toma una decisión sobre lo que se va a hacer con el aceite, ya sea mantenimiento, filtrado del aceite o secado del transformador. El valor de la rigidez dieléctrica está representado por el voltaje a que se representa la ruptura de aceite entre los electrodos de prueba, esa ruptura es un arco eléctrico que aparece en la imagen No. 19. Imagen No. 19 arco eléctrico entre los electrodos Un valor de rigidez dieléctrica elevado representa un buen aislante, por lo tanto no contiene algún agente contaminante. En esta prueba se comienza por tomar una pequeña muestra de aceite que contiene el transformador o de un lote de aceite que compran las empresas, estos lotes se venden por tambos, contienen escritas la cantidad de litros que puede contener y la rigidez dieléctrica de ese aceite. La muestra tomada se mueve un poco para que 38 dé una buena lectura, y se procede a introducirla en el medidor de rigidez dieléctrica, se le puede apreciar en la imagen No. 20 Imagen No. 20 aceite en el medidor de rigidez dieléctrica El voltaje producido por el aparato esta conducido hacia los electrodos y va subiendo gradualmente hasta la ruptura, en el momento que ocurre el arco eléctrico el aparato detiene la subida de voltaje y el display del modelo presentado en la imagen No. 21 indica el voltaje. Imagen No. 21 display indicador de voltaje 3.3.2 Pruebas de resistencia del aislamiento Esta prueba se realiza en fábrica, cuando se termina el proceso de secado y el transformador se encuentra a una temperatura de 0 y 40°C. Esta prueba sirve básicamente para determinar la humedad o el grado de impurezas que tiene el aislamiento del transformador. 39 El método usual para medir la resistencia del aislamiento es de forma directa y con un aparato que la gran mayoría conoce como Megger que como antes se mencionó, solo es la marca del aparato, pero muchos lo asocian al equipo con el cual se prueban aislamientos. En la imagen No. 22 se observa este aparato. Imagen No. 22 medidor de resistencia de asilamiento Este instrumento indicador de lectura directa que esta graduado a megaohms, de acuerdo al documento electrónico titulado “Pruebas de resistencia de asilamiento” explica que “[…] su principio se basa en aplicar un determinado voltaje de prueba de asilamiento y medir la corriente que proporciona indicando una lectura en la escala graduada a megaomhs.” (parr. 1). La potencia para la medición es generada por un pequeño generador operado a mano o motorizado, siendo el último el más aceptado por la uniformidad de la tensión aplicada. Cuando el asilamiento tiene defectos, está sucio o húmedo, se presenta una baja resistencia y el aparato nos mostrara valores que no sobrepasan los que trabaja el transformador, es decir, si se le aplica la prueba a un transformador que trabaja a 75 KVA y el aparato indica resultados por debajo de los anteriores, significa que los aislamientos están en mal estado. De vez en cuando se puede sospechar sobre un mal asilamiento cuando el transformador es sometido a la prueba, las variables que se pueden tomar en cuenta son el tipo de aislamiento que se utiliza, ya que se emplean diferentes dependiendo la decisión del fabricante. 40 Para hacer la prueba primero se desconecta ambas terminales (primarias y secundarias) y en caso de existir una tercera terminal, también se desconecta, después se limpiaran las terminales con líquido dieléctrico y se hace un puente entre las terminales de cada devanado, posteriormente se conectaran las terminales del medidor, una se conectara a un devanado primario y otra terminal al secundario del mismo devanado De este modo se sabe si los aislamientos necesitan ser cambiados o no, ya que éstos son parte fundamental para que el transformador tenga varios años de vida útil, en la imagen No. 23 se observa la conexión. Imagen No. 23 conexiones para medir aislamiento 3.3.3 Pruebas de resistencia óhmica en los devanados Después de que un transformador ha trabajado varios años, los devanados comienzan a deteriorarse de tal modo que se necesita saber si van a ser cambiados o solo arreglar la descompostura, los puntos de alta resistencia en conductores generan problemas en circuitos eléctricos, ya que provocan altas temperaturas, caídas de voltaje, perdidas de potencia. Etc. El documento electrónico titulado “prueba de resistencia ohmica de los devanados” describe que “Se hace necesaria la medición de resistencias óhmicas, para determinar las perdidas en el cobre o perdidas por I2R de los devanados y para calcular la temperatura de los mismos […]” (parr. 1). Además de eso, la prueba se hace necesaria para comprobar que todas la conexiones efectuadas en los devanados o en las guías. El aparato que mide esta resistencia es conocido como Ducter, aunque también esa es la marca del aparato, el nombre del aparato es “microohmetro” se le puede observar en la imagen No 24. 41 Imagen No. 24 micro-ohmetro Es llamado así porque mide resistencias muy bajas, éstas indican una bobina bien elaborada, y sin deterioros,mientras que valores elevados de resistencias indican algún tipo de averia en las bobinas. Para tener un poco más de control, se utiliza una hoja de registros, donde se escriben todos los datos del transformador, para vigilar su tendencia a fallar durante su vida de operación. Esta hoja es mostrada en la imagen No. 25. Imagen No. 25 hoja de datos 42 La manera de conectar el micro-ohmetro es similar a la del medidor de resistencia de aislamiento, con la única diferencia que se prueban ambas bobinas, de tal modo que se conectan las terminales del aparato a las de las bobinas inversamente. 3.3.4 Prueba de relación de transformación Esta prueba consiste en comprobar el número de espiras en los devanados de alta tensión, contra las espiras de baja tensión. En los transformadores que cuentan con derivaciones de tensión (TAP’s), se debe medir cada derivación para comprobar los datos que están en la placa de datos, esta placa está en la imagen No. 26. Imagen No. 26 placa de datos del transformador El documento electrónico titulado “pruebas de relación de transformación” menciona que “La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns), según la ecuación.” (parr. 2) La imagen No. 27 muestra la fórmula que explica lo anterior. Imagen No. 27 operación de relación de transformación 43 A su vez el voltaje y la intensidad de corriente son proporcionales, estos valores dependen de las vueltas de los devanados primarios y secundarios, ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario. El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante.El método para conectar el TTR se expone en la imagen No 28. Imagen No. 28 conexiones para la prueba El aparato que mide los valores necesarios para poder realizar las anteriores operaciones es denominado TTR (TransformerTurnsRation), éste ayuda a comprobar lo siguiente: Espiras cortocircuitadas. Circuitos abiertos. Conexiones incorrectas. Fallas internas o defectos en el valor de la relación de vueltas de los cambiadores de TAP´s, así como en transformadores. Problemas en los bobinados y en el núcleo, como parte de un programa de mantenimiento regular. 3.4 Descripción de las debilidades y fortalezas del estudiante durante el desarrollo de las estadías 3.4.1 Debilidades Al comenzar las estadías se carecía del manejo de las herramientas que se ocupa en los procesos industriales, como el manejo de las llaves de matraca, llaves inglesas, 44 seguetas, etc. Además no se sabía soldar con soldadura eléctrica y mucho menos con micro alambre. Otro aspecto es que aunque en el ambiente académico se vieron circuitos de control y de fuerza, se carecía de la práctica durante el mantenimiento o la elaboración de estos circuitos en el campo laboral. Del mismo modo, escaseaba el sentido de la organización y la falta de limpieza, antes, durante y después de realizar algún tipo de trabajo. 3.4.2 Fortalezas Gracias a que anteriormente se realizó el servicio social se pudo observar y conocer las aéreas que conforman la empresa, además del gran interés sobre el funcionamiento y la elaboración de los transformadores, tomando en cuenta que se laboraba con responsabilidad, respeto y honestidad. Así mismo se contaban con muchas ganas de aprender y se laboraba con humildad, acatando las órdenes de la persona a cargo, se aprovechaba la confianza que se tenía con los trabajadores para preguntar varias dudas, lo cual sirvió durante el desarrollo de las estadías. 45 CAPÍTULO IV CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS 46 4.1 Conclusiones La experiencia que se recibió fue de gran ayuda, ya que además de poseer conocimientos nuevos, se consiguió experiencia en el ámbito laboral que ayudará mucho en un trabajo formal, ya que se adquirió organización y limpieza. Los conocimientos sobre los transformadores, su estructura, funcionamiento y mantenimiento, son de gran utilidad en el ambiente industrial gracias a su eficacia y durabilidad. Todos los objetivos en esta ocasión se han alcanzado con éxito, se adquirió una actitud responsable, además, se desarrollaron habilidades que antes no se tenían, como el manejo de herramienta como: llaves inglesas, llaves de matraca, desarmadores, cincel, etc. Por otro lado se adquirió práctica en el empleo de soldadura eléctrica y soldadura con micro alambre. Con respecto a la elaboración de esta memoria, tomando en cuenta el tema a desarrollar, se observaron detenidamente los procesos durante la realización de estadías para poder describir las actividades a detalle para que el lector lo entienda mejor, asimismo, se revisaron varias fuentes cibergraficas y bibliográficas para lograr fundamentar los conceptos que se mencionan en ésta. 4.2 Sugerencias Para lograr mejorar la empresa, se podría tener el área de pintura mejor organizada, ya que la actual está desordenada y no es apta en su totalidad para el trabajo, con respecto a los demás procesos e instalaciones están en condiciones para laborar, tomando en cuenta que se tiene proyectado instalar más maquinarias para trabajar mejor, el avance de la empresa va a un buen ritmo. 47 Lista de referencias Bibliográficas Amalfa, G& Salvador, P. (2007).Transformadores: fundamentos y construcción. Chile.:hispano Americana HASA Avelino, P. (2008). Transformadores de distribución. Teoría, cálculo, construcción y pruebas. México D.F.: Reverte Enriquez, H. (2004). El ABC de las máquinas eléctricas. México D.F.: Limusa Enriquez, H. (2004). El libro practico de los generadores. Transformadores y generadores eléctricos. México D.F.: Limusa Enriquez, H. (2009). Pruebas y mantenimiento a equipos eléctricos. México D.F.: Limusa Pérez, G, Ramón, M & Ávila, V. (2012).Montaje y mantenimiento de transformadores: montaje y mantenimiento de instalaciones eléctricas de baja tensión. México D.F.: IC Electrónicas Pruebas de factor de boquillas. (S.F). Recuperado el 31 de enero del 2017. http://www.syse.com.mx/prueba-factor-de-potencia-boquillas.html Pruebas de relación de transformación (TTR). (S.F). Recuperado el 31 de enero del 2017. http://www.syse.com.mx/pruebas relaciontransformacion ttr.html 48 Pruebas de resistencia de aislamiento (megger). (S.F). Recuperado el 31 de enero del 2017. http://www.syse.com.mx/pruebasresistenciasaislamiento.html Pruebas de resistencia óhmica de los devanados. (S.F). Recuperado el 31 de enero del 2017. http://www.syse.com.mx/pruebas resistencias ohmica trasnformadores.html ¿Para qué se hacen las pruebas?.(S.F). Recuperado el 31 de enero del 2017. http://maquinaselectricasuna.jimdo.com/temario/transformadores/pruebas-atransformadores/ Transformadores. (S.F). Recuperado el 13 de abril del 2017. http://www.monografias.com/trabajos78/maquinas-electricas-tipostransformadores/maquinas-electricas-tipos-transformadores.shtml 49
