Diagnostico y Mantenimiento Electromecanico. Manual

DIAGNOSTICO Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO

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INDICE

INDICE............................................................................................................................................... 2 MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS Y ROTATORIAS................................................................4 Inducción electromagnética............................................................................................................ 4 Ley de Faraday........................................................................................................................... 4 Ley de Lenz

........................................................................................................................... 5

Identificación de las máquinas ....................................................................................................... 6 Según su función ..................................................................................................................... 6 Según el tipo de corriente

...................................................................................................... 7

.................................................................................................................................... 8 Tensiones normalizadas de alimentación eléctrica .....................................................................8 Aspectos constructivos................................................................................................................... 9 Partes fijas.................................................................................................................................. 9 Partes móviles............................................................................................................................ 9 Disposición de devanados.......................................................................................................... 9 MONTAJE Y ANCLAJE DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS..................................................................11 Conceptos ................................................................................................................................... 11 Fundación:................................................................................................................................ 14 Montaje..................................................................................................................................... 16 Anclaje...................................................................................................................................... 16 Elementos de montaje y anclaje................................................................................................... 16 COJINETES Y RODAMIENTOS...................................................................................................... 16

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Clasificación................................................................................................................................. 17 Ranuras de engrase................................................................................................................. 19 Vigilancia rutinaria de los rodamientos en funcionamiento...........................................................22 PROCESO DE MANTENCIÓN ELÉCTRICA....................................................................................29 Etapas del proceso de mantenimiento.......................................................................................... 29 Recepción Pruebas Desarmado Limpieza o lavado..................................................................................................................... 29 Secado Cambios o reparaciones .......................................................................................................... 29

Armado Funcionamiento Despacho................................................................................................................................. 29 Equipos de alineación................................................................................................................... 29 Reloj Comparador..................................................................................................................... 29 MANTENIMIENTO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS..........................................................................29 Actividades de mantenimiento de máquinas estáticas y rotatorias...............................................29 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................. 30

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ESTÁTICAS Y ROTATORIAS

Inducción electromagnética

Ley de Faraday Michael Faraday fue un científico del siglo XVIII, descubridor de la inducción electromagnética. Esta fue la ley más conocida que enunció Faraday, en la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie. En el caso que nos ocupa, provocamos variaciones en el flujo magnético que provoca una fuerza electromotriz, manteniendo una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto. Con esto, podemos provocar una corriente eléctrica. Gracias al trabajo de Michael Faraday se desarrollaron la mayor parte de las máquinas Otra aplicación importante es la creación de motores eléctricos, que transforman la energía eléctrica en mecánica La Ley de Faraday establece que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magnético por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde. El flujo magnético se define como el producto entre el campo magnético y el área que éste encierra.

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Razonando estas expresiones, es fácil darse cuenta de que si se produce un cambio tanto en el campo magnético como en el área que atraviesa, se inducirá una fuerza electromotriz. La Ley de Lenz explica que siempre que se induce una corriente, su campo magnético se opone al cambio de flujo. Cuando se mueve un imán hacia una bobina, induciéndose así una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calienta el alambre. Para proporcionar la energía necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo venciendo una fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al movimiento, se estaría creando energía; por lo tanto, el campo magnético de la corriente inducida tiene que oponerse al cambio. Ley de Lenz La Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices y las corrientes inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjeron. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía La ley de Faraday- Henry y Lenz, establece que: Toda variación de flujo que atraviesa un circuito cerrado produce en éste una corriente inducida. La corriente inducida es una corriente instantánea, pero sólo dura mientras dura la variación del flujo. La fuerza electromotriz inducida en un circuito (e) es igual a la variación del flujo magnético (F) que lo atraviesa por unidad de tiempo. Estas afirmaciones se pueden escribir por medio de la ecuación de Faraday-Lenz que nos da el valor y el sentido de la corriente inducida: (Si el flujo se expresa en Weber y el tiempo en segundos, la fem viene dada en voltios) Una de las principales aplicaciones de la inducción electromagnética es la obtención a nivel industrial de la energía eléctrica. La inducción electromagnética permite transformar energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores de corriente emplean bobinas que giran dentro de un campo magnético. Conforme giran el flujo a través de dichas bobinas cambia originándose en ellas una corriente eléctrica. Al girar una espira en un campo magnético, el flujo varía con el tiempo produciéndose una corriente inducida. En su forma más simple un generador de corriente alterna consta de una espira que gira por algún medio externo en un campo magnético. Tanto el campo magnético como el área de la espira permanecen constantes. A medida que la espira gira, cambia de dirección y el flujo magnético a través de ella varia con el tiempo, induciéndose una fuerza electromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente. La fem que aparece en la espira es una función sinusoidal que cambia alternativamente de polaridad. La frecuencia de la corriente eléctrica que nos suministran las compañías eléctricas suele ser de 50 Hz. Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (térmica, hidráulica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con la frecuencia deseada. Si la frecuencia es de 50 Hz,

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la corriente cambia cien veces de sentido en un segundo. La variación ocurre tan rápidamente, que la intensidad de la luz que se genera en una bombilla aparenta ser constante.

Identificación de las máquinas

Una máquina es un conjunto de piezas o elementos móviles y fijos articulados que a través de sus movimientos relativos transforman energía en trabajo, es decir, cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Se denomina maquinaria (del latín machinarĭus) al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un dispositivo. El término maquinaria es de origen latino y hace referencia a todo lo que permite llevar adelante una determinada tarea, según el área en la que se esté trabajando. Antiguamente, el término era empleado para mencionar a todo arte que enseñaba las distintas etapas de la fabricación de las máquinas. En la actualidad, maquinaria no solo comprende a las máquinas en sí sino también a las piezas u otros elementos que formen parte de esa ejecución mayor. Es decir, que la combinación de piezas, máquinas, accesorios, novedades técnicas, todo eso da como resultado la maquinaria propiamente dicha. No es casual, entonces, que a la maquinaria se la clasifique por el ambiente en el que se la utiliza. De ahí que exista una maquinaria agrícola, por ejemplo, entre muchas otras subdivisiones, como la maquinaria de guerra o la maquinaria agro ganadera, etc. En el caso de la industria, el término maquinaria está ligado más que nada a lo que ya hemos destacado: al de conjunto de herramientas o dispositivos artificiales que son facilitadoras de la realización de una tarea y que cuentan con un alto nivel de sofisticación. De ahí que maquinaria también sea sinónimo de mecanismo, de todo aquello que pone en marcha una cosa, que hace posible que una acción se realice.

Según su función Las máquinas eléctricas de acuerdo a sus usos se dividen en: A. Generadores.- Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se instalan en las centrales eléctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados mecánicamente mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte mediante motores de combustión interna o

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turbinas a vapor. En una serie de casos los generadores se usan como fuente de energía para equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos, de medición, etc. B. Motores.- Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica; sirven para accionar diferentes máquinas, mecanismos y dispositivos que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los artefactos electrodomésticos. En los sistemas modernos de control los motores se usan en calidad de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o programables. C. Convertidores electromecánicos.- Transforman la c.a. en c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros. Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de potencia). D. Compensadores electromecánicos.- Generan o absorben potencia reactiva (Q) en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de potencia ϕ, niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga. E. Amplificadores electromecánicos.- Se usan para el control de equipos de gran potencia, mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso también ha disminuido. F. Convertidores electromecánicos de señales.- Generan, transforman y amplifican diferentes señales. Se diseñan y proyectan en forma de micromotores y lo usan ampliamente diferentes equipos de control.

Según el tipo de corriente Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas colectoras. A. Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los sistemas de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de corriente, en la automática y la electrónica. B. Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática. (SRA) se usan ampliamente motores de control mono y bifásico, etc. C. Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia (en los barcos, aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia se usan motores síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas síncronos de histerésis, con imanes permanentes, de paso y otros.

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D. Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento. E. Máquina de C.C.- Se usan como generadores y motores en los sistemas de mando eléctrico que requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles, en el transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente de energía eléctrica son baterías acumuladoras. Los generadores de c.c. frecuentemente se usan para el suministro de energía a dispositivos de comunicaciones, el transporte (aviones, trenes, buques), para cargar baterías. Sin embargo ahora son reemplazados por generadores de c.a., que funcionan conjuntamente con rectificadores de estado sólido (semiconductores).

Tensiones normalizadas de alimentación eléctrica Es preciso definir previamente la “tensión nominal” o “asignada” como el valor convencional de la tensión entre fases con que se designa la línea y como “tensión más elevada” la mayor eficaz que se puede presentar entre fases en condiciones normales.

Es sabido que los voltajes con los que se surten las redes domiciliarias e industriales pueden ser de 220V para la domiciliaria y de 380V para la industrial.

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Aspectos constructivos Para acotar mejor el tema, nos referiremos a las máquinas industriales, mecánicas y eléctricas, definiendo que en cada máquina encontraremos diferentes partes componentes, de acuerdo a su uso. Las máquinas son dispositivos o montajes compuestos de partes fijas y partes móviles. Cuando se aporta energía las partes móviles realizan movimientos prefijados y uniformemente repetidos. Las maquinas reemplazan, ahorran o apoyan el esfuerzo humano o el animal. Se clasifican en máquinas motrices (motores) y maquinas operadoras.

Partes fijas Las partes fijas de las máquinas son aquellas piezas que dan soporte a las piezas o partes móviles de las mismas, como por ejemplo los apoyos de un eje, las partes fijas serían en este caso los alojamientos de los rodamientos donde gira el eje. Las partes fijas son las constitutivas de la estructura de la máquina, las que albergan conjuntos como una caja de velocidades, en ese caso la parte fija sería la carcaza, pues, soportará a los ejes que en el conjunto se alojan.

Partes móviles Las partes móviles de una máquina son las que generan o transmiten el movimiento que da la razón a la máquina. En esta categoría están los ejes, los engranajes montados en ellos y toda aquella pieza que sea parte constituyente del movimiento que genera la máquina en su conjunto.

Disposición de devanados Los devanados son un conjunto de alambre aislado y arrollado que forma parte del circuito de algunos aparatos eléctricos.

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Los devanados son bobinas en un sentido amplio, de acuerdo a como se conectan estas crearan flujos magnéticos diferentes. En los motores eléctricos se suelen utilizar configuraciones de conexiones en estrella o en triangulo.

La gran mayoría de los motores son proporcionados con los terminales del bobinado reconectables de modo de poder funcionar en redes de por lo menos dos (2) tensiones diferentes. Los principales tipos de conexión de terminales de motores para funcionamiento en más de una tensión son: Conexión serie. Es un método de conexión de las bobinas correspondientes a cada devanado de tal forma que estén atravesados por la misma corriente, dividiéndose la tensión entre ellos en función de su impedancia. Conexión serie-paralelo. El bobinado de cada fase es dividido en dos (2) partes (recordar que la cantidad de polos es siempre par, de modo que este tipo de conexión es siempre posible). Conectando las dos (2) mitades en serie, cada una quedará con la mitad de la tensión de fase nominal del motor. Conectándolas en paralelo, el motor podrá ser alimentado con una tensión igual a la mitad de la tensión anterior, sin que se altere la tensión aplicada a cada bobina. Este tipo de conexión exige nueve (9) terminales en el motor y la tensión nominal (doble) más común es 220/440 voltios, o sea, el motor es conectado en paralelo cuando se alimenta con 220 voltios y en serie cuando se alimenta con 440 voltios.

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Conexión estrella - triángulo. El bobinado de cada fase tiene las dos (2) puntas accesibles desde fuera del motor. Si conectamos las tres (3) fases en triángulo, cada fase recibirá la tensión de línea, como por ejemplo 220 voltios. Si conectamos las tres (3) fases en estrella, el motor puede ser conectado a una línea con tensión igual a 220 x"3 = 380 voltios sin alterar la tensión en el bobinado que continúa siendo de 220 voltios por fase.

Este tipo de conexión exige seis (6) terminales en el motor y sirve para cualquier par de tensiones nominales, siempre que la segunda sea igual a la primera multiplicada por "3. Ejemplos: 220/380 voltios - 380/660 voltios - 440/760 voltios En los ejemplos 380/660 voltios y 440/760 voltios, la tensión mayor declarada sirve sólo para indicar que el motor puede ser accionado por un arrancador estrella-triángulo. Los motores que poseen tensión nominal de operación sobre los 600 voltios deberán tener un sistema de aislamiento especial apto para esta condición.

MONTAJE Y ANCLAJE DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Conceptos Las máquinas permiten realizar el trabajo más eficiente y productivo, pero las mismas deben usarse con precaución. Ante todo el usuario debe tener en mente en todo momento la seguridad a la hora de utilizarlas Del mismo depende el uso de los equipos de protección personal, el mantenimiento del equipo y el uso de los dispositivos de seguridad. Las máquinas se protegen por varios motivos:

Evitar lesiones o daños importantes. Disminuir gastos generados por un accidente. Evitar alteraciones en el proceso. Los peligros mecánicos en las máquinas las encontramos en tres áreas principales: El punto de operación, es decir el punto donde el trabajo se realiza en el material como cortar, dar forma, agujerear o formar el material.

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El aparato de transmisión de poder o los componentes del sistema mecánico que transmiten energía a la parte de la parte de la máquina que hace el trabajo. Estos componentes incluyen volantes, engranajes, correas de transmisión, poleas, cadenas, etc. Otras partes móviles o las partes de la máquina que se mueven mientras la máquina está funcionando con movimiento recíproco, ya sea rotacional o transversal, así como mecanismos de alimentación o partes auxiliares de la máquina. Las principales causas de accidentes debido a una máquina son: Diseño incorrecto: se pensó sólo en el producto. Elementos de protección: faltan son inadecuados o suficientes. Ubicación: Falta de comodidad para el operario y el movimiento de los materiales. Montaje: realizado en forma precaria, se mueve o vibra. Uso inadecuado: sometida a esfuerzo para los que no está preparada. Mantenimiento: Deficiente o inexistente. Herramientas: en mal estado, desafilada o inadecuada. Los requisitos que debe reunir toda protección de una máquina son: NO CREAR INTERFERENCIAS: La protección no debe interferir en realizar el trabajo en forma rápida y cómoda, incluso facilitando la tarea. No debe impedir el normal funcionamiento de la máquina. ASEGURAR: No debe permitir ser fácilmente quitada o removida. Los dispositivos y protecciones deben ser construidos de material durable que aguante las condiciones de uso normal y deben estar asegurados a la máquina firmemente. PREVENIR CONTACTO: Las protecciones deben proteger las manos, brazos o cualquier otra parte del cuerpo contra el contacto con partes móviles peligrosas. PROTEGER CONTRA OBJETOS QUE CAIGAN: El protector debe asegurar que ningún objeto caiga dentro de las partes móviles protegidas. NO CREAR NUEVOS PELIGROS: Un protector no sirve si constituye un riesgo en sí. Por ejemplo lados irregulares, una superficie no pulida que puedan ocasionar cortes. En forma general podemos decir que una máquina debe ser a prueba de hombres, es decir, aunque los trabajadores quieran accidentarse no puedan hacerlo. Para proteger al trabajador de los riesgos que no pueden ser eliminados o reducidos convenientemente al diseñar la máquina, se pueden optar por RESGUARDOS y DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN.

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Resguardos Este tipo de protección se utiliza como una barrera entre el peligro y el operador de la máquina, entre ellas podemos citar las carcasas, pantallas, vallas, cubiertas, etc. Los resguardos pueden ser utilizados en forma individual o asociado a un dispositivo de enclavamiento o de enclavamiento con bloqueo. Los resguardos pueden ser: Fijos: se necesita de herramientas para retira el mismo de la zona de peligro. Envolventes: encierra la totalidad del área riesgosa. Distanciador: por sus dimensiones hace que la zona de riesgo sea inaccesible. Móvil: El mismo puede retirarse sin el uso de herramientas pudiendo ser el mismo articulado o conducido por guías. Regulable: Es un resguardo fijo o móvil que permite variar sus dimensiones, ya sea en su totalidad o en parte del mismo. Móvil con enclavamiento: La máquina con el resguardo abierto, no funciona, por ende no es peligrosa y hasta tanto no se cierre el mismo el equipo no está habilitado para funcionar. Si dicho resguardo es abierto durante el funcionamiento de la máquina se provoca la parada de la misma. También esta protección puede llevar un bloqueo que no permita abrirlo con la máquina en funcionamiento, o mientras existan movimientos residuales de inercia.

Dispositivos de protección Es un dispositivo que anula el ciclo de inicio o interrumpe una fase peligrosa de la máquina cuando detecta la presencia de una persona en la zona peligrosa. Los dispositivos de protección pueden ser de tres tipos: Mando sensitivo: Hay de dos tipos: los de mando manual; el equipo funciona solo cuando el mando se mantiene activado, al soltase vuelve a su posición de seguridad y los de mando a dos manos; funciona igual que el anterior, pero se debe pulsar los mandos en forma simultánea. Pantalla móvil: es una resguardo con enclavamiento que al abrirlo interrumpe el funcionamiento de la máquina. El cierre del mismo no debe provocar la marcha por sí misma. Dispositivos sensibles: cuando una persona traspasa los límites del área peligrosa este dispositivo actúa evitando el funcionamiento o provocando la parada de la máquina. Estos pueden ser mecánicos (barras y bordes sensibles) y no mecánicos (barreras fotoeléctricas, pisos sensibles, etc).

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Fundación: Las máquinas con masas giratorias u oscilantes requieren frecuentemente una fundación. Ésta transfiere las cargas estáticas y dinámicas al terreno, sirve para fijar los distintos componentes de la máquina o como masa estabilizadora. Ejemplos típicos de equipos con masas giratorias son las turbinas y los compresores. En estos casos se utilizan fundaciones de hormigón armado que pueden presentarse bajo la forma de, por ejemplo, vigas, placas o bloques de fundación, o como plateas de fundación. En algunos casos pueden usarse fundaciones consistentes en estructuras de acero. Las máquinas que realizan procesos de conformación del metal suelen generar grandes solicitaciones por golpes. El aislamiento de vibraciones de grandes prensas de forja se realiza por ejemplo con la ayuda de un bloque de fundación o un marco de acero asentado sobre un sistema de aisladores y amortiguadores. Estas fundaciones se disponen con frecuencia en un foso capaz de alojar otros componentes de la máquina. El foso puede ser cubierto por una construcción metálica de modo de aprovechar el espacio.

Además de la función de transmisión de cargas, se requiere un alto nivel de precisión para el correcto funcionamiento de la máquina. Para lograr este objetivo, las propiedades del suelo de fundación y las normas de diseño deben ser tenidas en cuenta detalladamente. Métodos modernos de cálculo asistidos por ordenador permiten comprobar las deformaciones con precisión de hasta la milésima de milímetro.

Modelo de una fundación de turbina (660 MW), forma modal

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Modelo de cálculo de un grupo electrógeno y modo de la fundación

Distribución de esfuerzos en un bloque de hormigón para un martillo de doble efecto

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Montaje

El uso de las últimas técnicas de montaje puede ayudar a lograr la base ideal para la maquinaria. La mejor técnica y el mejor producto para el montaje pueden ser diferentes para cada aplicación y cada situación. Cada herramienta de montaje ofrece ventajas diferentes y en cada instalación puede haber condiciones específicas que se deben cumplir. A menudo, una empresa de clasificación o un proveedor de maquinaria deben aprobar un producto de montaje antes de su utilización. El uso de algunas técnicas de montaje no está permitido en ciertas instalaciones. El uso de los últimos productos de montaje puede ahorrar tiempo y dinero, ofreciendo una base perfecta para la máquina. Los parámetros para decidir acerca del montaje adecuado para cada máquina pueden incluir considerar niveles de ruido, vibración, actualmente existen aplicaciones en el montaje de maquinas que están dirigidos justamente a resolver estas características de funcionamiento propias de las máquinas. Por ejemplo.

Anclaje

Elementos de montaje y anclaje

Tipos

COJINETES Y RODAMIENTOS

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Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su rotación y evitar deslizamientos. Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje. Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que estén hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamente separados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del que están formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, el rozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga y temperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y parada), los cojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no seca, haciendo inevitable el contacto directo entre las superficies de fricción. Por lo anteriormente mencionado, se han de tener en cuenta unas cualidades importantes que ayuden a la construcción de los cojinetes: •El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido. •El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no se produzca una acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando el ajuste creado. •El material debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.

Clasificación Clasificación de los cojinetes Los cojinetes se clasifican en cojinetes de fricción y de rodamiento. En los cojinetes de fricción, los árboles giran con deslizamiento en sus apoyos. En los de rodamiento, entre el árbol y su apoyo se interponen esferas, cilindros o conos, logrando que el rozamiento sea solo de rodadura cuyo coeficiente es notablemente menor.

Por la dirección del esfuerzo que soportan los cojinetes se clasifican en: •Los cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la dirección del radio.

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•Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la dirección del eje •Los cojinetes mixtos hacen al mismo tiempo el efecto de los cojinetes radiales y axiales.

Tipos de cojinetes Cojinetes de fricción Tienen la ventaja de su marcha tranquila y silenciosa y que pueden construirse partidos en dos, haciendo posible un montaje y desmontaje radial. Tienen el inconveniente de que no son indicados en los casos en que se deseen elevado número de revoluciones, a no ser que la carga que gravita sobre ellos sea mínima. Clases de cojinetes de fricción. El tipo más sencillo es cuando el árbol se introduce directamente en un taladro ajustado. Cuando se prevé la existencia de desgaste se introduce un casquillo. Estos tipos solo se utilizan para pequeñas cargas y trabajos de poca responsabilidad. Los más corrientes en la transmisión son: Cilíndricos fijos Se compone de una sola pieza de revolución, denominada casquillo. Se emplea cuando el cojinete no está sometido a grandes desgastes. El problema viene a raíz de que no admite corrección en el diámetro interior una vez sufre los efectos del desgaste y no se puede emplear para gorrones intermedios por la imposibilidad de montaje. Estos cojinetes se montan a presión en su correspondiente montaje. Cilíndricos ajustables o partidos El cojinete está constituido por dos mitades cuya superficie común de contacto coincide con un plano diametral para facilitar el montaje aún en el caso de gorrones intermedios. Permite el montaje de ejes y árboles con el resto de órganos montados sobre ellos debido a su aplicación de las dos mitades.

Cónicos ajustables

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Se emplea en aquellos montajes que tengan que garantizar un juego entre el árbol y el cojinete. El cojinete exteriormente es cónico y a medida que se introduce en el agujero cónico de su soporte irá reduciendo el diámetro interior gracias al Ranurado longitudinal que lleva. Tiene la ventaja de que se pueden corregir holguras producidas por el desgaste. Ranuras de engrase Para garantizar un perfecto rodaje y conservación de la forma geométrica y dimensiones del agujero del cojinete es importante mantener una adecuada lubricación. Para ello debemos conocer la forma y situación que deben tener las ranuras de engrase del cojinete. En un árbol en reposo la presión del lubricante está centrada. Si el eje gira a poca velocidad, la línea de presión sufre un desplazamiento en sentido contrario al giro. Existen también cojinetes autolubricados, los cuales están hechos de un material sinterizado, a base de bronce, cobre y hierro con gran porosidad y capaz de retener hasta un 30-40% de su volumen de aceite haciéndoles destinados para soportar pequeñas cargas a costa de un inconveniente bastante importante como es el que no se puede utilizar en contacto directo con el agua y otros fluidos, al igual que tampoco puede superar temperaturas más elevadas de 100ºC.

Rodamientos Generalidades Los rodamientos se diseñan para permitir el giro relativo entre dos piezas y para soportar cargas puramente radiales, puramente axiales o combinaciones de ambas. Cada tipo de rodamiento presenta unas propiedades que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Los rodamientos son unos cojinetes en los que se intercala entre el árbol y el soporte, una serie de bolas o rodillos que sustituye el rozamiento por fricción por el de rodadura que es mucho menor. Las ventajas, aparte de esta última comentada, son el calentamiento y el desgaste son pequeños, admite mayores presiones tanto radiales como axiales y permite mayores velocidades contribuyendo a la unificación de medidas debido a la normalización. La fabricación de los cojinetes de bolas es la que ocupa en tecnología un lugar muy especial, dados los procedimientos para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo de cojinetes emplean el vacío para tal fin. El material es sometido a un tratamiento abrasivo en cámaras de vacío absoluto. El producto final no es casi perfecto, también es atribuida la gravedad como efecto adverso. Las bolas no se o rodillos no se tocan entre sí porque aumentaría el rozamiento, sino que van separadas mediante una jaula. Las superficies exterior del aro mayor e interior del aro menos que están en contacto con soporte y árbol respectivamente se rectifican.

Clases de rodamientos

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Cada tipo de rodamientos muestra propiedades características, que dependen de su diseño y que lo hace más o menos apropiado para una aplicación dada. Rodamientos para cargas radiales Rodamiento rígido de simple hilera de bolas Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar a altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidas a su bajo coste, hacen a estos rodamientos los más populares. Rodamiento de rodillos Tiene guiados sus rodillos por pestañas en uno de sus aros. El otro aro, que esta libre, no tiene ninguna pestaña. Esto permite que el eje se desplace axialmente dentro de ciertos límites, con respecto al soporte. Este rodamiento es adecuado para cargas radiales relativamente grandes y puede también soportar altas velocidades. El desmontaje es muy fácil, aunque ambos aros estén montados con ajustes fuertes. Rodamiento de bolas a rótula Posee doble fila de bolas guiada por dos pistas de rodadura mecanizadas en el aro interior. Esto hace que el rodamiento sea autoalineable, permitiéndose desviaciones angulares del eje respecto al soporte. La pista del aro exterior tiene el centro en el eje del árbol. Este tipo de rodamiento, además de soportar mayores cargas que el de bolas, se adapta a las flexiones del árbol.

Rodamiento de rodillos a rótula Están compuestos por dos hileras de rodillos con un camino de rodadura esférico común sobre el aro exterior. Cada uno de los dos caminos de rodadura del aro interior está inclinado formando un ángulo con el eje del rodamiento. Estos rodamientos son autoalineables, pueden soportar cargas radiales y cargas axiales, y tienen una gran capacidad de carga.

Rodamientos de simple efecto Los rodamientos axiales de simple efecto absorben las fuerzas axiales en un determinado sentido, desmontándose cuando la fuerza axial actúa en el sentido contrario. Se componen de dos aros entre los que se interponen las bolas, uno de ellos girando con el árbol y el otro va fijo al soporte.

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Rodamientos de doble efecto Estos rodamientos tienen la misma aplicación que los de simple efecto salvo que estos absorben las cargas axiales en ambos sentidos. El aro intermedio es el que va fijo al árbol.

Rodamientos axiales de rodillos a rótula El rodamiento axial de rodillos a rótula tiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales, guiados por una pestaña del aro fijo al eje, giran sobre la superficie esférica del aro apoyado en el soporte. En consecuencia, el rodamiento posee una gran capacidad de carga y es de alineación automática. Debido a la especial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en la pestaña de guía, los rodillos giran separados de la pestaña por una fina capa de aceite. El rodamiento puede, por lo mismo, girar a una gran velocidad, aun soportando elevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, éste puede resistir también cargas radiales.

Rodamiento de rodillos cilíndricos de empuje Son apropiados para aplicaciones que deban de soportar grandes cargas axiales. Además, son insensibles a los choques, son fuertes y requieren poco espacio en sentido axial. Son de una sola dirección.

Rodamientos para cargas mixtas Rodamiento de simple efecto y contacto oblicuo Además del esfuerzo radial, puede soportar cargas axiales en una sola dirección. La capacidad de carga axial aumenta al hacerlo el ángulo de contacto, que se define como el ángulo que forma la normal al contacto de la bola con el aro exterior, con la perpendicular al eje del rodamiento.

Rodamiento de doble efecto y contacto oblicuo Tiene la misma forma de trabajo que el rodamiento de simple efecto y contacto oblicuo salvo que puede soportar cargas axiales en ambos sentidos.

Rodamiento de rodillos cónicos

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Constan de dos aros entre cuyas pistas de rodadura son guiados rodillos cónicos. Su capacidad de carga axial está por el ángulo de la pista de rodadura del aro exterior. Cuanto mayor es este ángulo, mayor es la capacidad de carga axial del rodamiento.

Vigilancia rutinaria de los rodamientos en funcionamiento Los rodamientos de los autos y equipos industriales están diseñados para proveer más de 65,000 horas de servicio sin falla cuando los lubricamos con la grasa correcta, en la cantidad correcta y en el momento correcto. En este apartado conoceremos las causas de fallas y explicaremos las diferencias de grasas que causan estas fallas. Primero agrupamos las causas: Ajuste: 16% de las fallas de rodamientos son causados por error de ajuste al instalar, revisar o hacer mantenimiento “preventivo”. Mucho de esto viene por la falta de un torquimetro, su conocimiento y su calibración. A veces el rodamiento no puede ser ajustado correctamente por exceso de grasa. Lubricación: 36% de las fallas de rodamientos son causados por mala lubricación. Esto puede ser por grasa inadecuada, exceso de grasa o falta de grasa. Los lúbricos que aprendieron a engrasar crucetas de camiones son los responsables de este constante problema porque se engrasa la cruceta hasta que salga la nueva grasa, pero no es correcto hacerlo con el rodamiento. Contaminación: 14% de las fallas de rodamientos son causadas por contaminación del medio ambiente o del trabajo. La falta o falla de retenes, la revisión luego de trabajar en el agua, la limpieza del área de trabajo y el exceso de polvo afectan la vida útil del equipo. Fatiga: 34% de las fallas de rodamientos son causadas por fatiga. En términos generales hablamos de los rodamientos sobrecargados, mal aplicados (rodamientos diseñados para ser usados en posición vertical e instalados horizontalmente) o falta de protección por la grasa de escasa resistencia, poca adherencia, alta consistencia o pobre resistencia a los contaminantes (agua, temperatura, gases, etc.). Las funciones de la grasa son múltiples. Para proveer una vida larga del equipo, la grasa tiene que: • Reducir la fricción bajo varias condiciones, cargas, velocidades y temperaturas de trabajo. • Evitar la entrada de agua y tierra por los retenes mientras mantiene una compatibilidad con los materiales utilizados en estos sellos. • Evitar la corrosión y la herrumbre de las piezas metálicas. • Mantener su estructura en su envase, la bomba de engrase y los rodamientos bajo condiciones diferentes, permitiendo su bombeo en frío y su trabajo tanto en altas como en bajas temperaturas.

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Debe trabajar bajo condiciones severas evitando el cizallamiento entre el aceite lubricante y su espesante. • Expandir y contraer con las variaciones de temperaturas, volviendo a su condición original, el aceite soltado debe volver a ser absorbido en su espesante. • Trabajar en altas temperaturas sin fluir ni oxidarse. • Resistir ser lavada por agua para mantener las piezas protegidas. Para entender el trabajo de la grasa tenemos que entender su formulación. Grasa es nada más que un fluido (aceite) en una esponja (espesante). Normalmente se adicionan aditivos para proveer protección, tal como se precisa en un reductor o transmisión. A veces incluyen aditivos de pegajosidad para mejorar su adherencia y comportamiento en alta velocidad. Entre más espesante tiene, menos será el aceite disponible para lubricar, haciendo más difícil la penetración a los rodamientos, la formación de la película hidrodinámica y la adherencia a las piezas. Para identificar la consistencia de las grasas se ha establecido una tabla que mide la penetración de un cono de 150 gramos en micras. Esta tabla establece consistencias desde el Grado NLGI 000 (bien líquida) hasta el Grado NLGI 6 (bien dura). Se obtiene esta penetración con la combinación de viscosidad del aceite base y el tipo y cantidad de espesante. El grado de consistencia NLGI 2 es el más común y puede aplicarse en la mayoría de los propósitos si cuenta además las características necesarias. La consistencia de la grasa es más crítica de lo que aparece. Muchas veces los mecánicos suben de consistencia NLGI 2 a NLGI 3 porque la grasa actual (o la que usaron alguna vez) no aguantó el calor. Piensan que aumentando el % de espesante (esponja) de la grasa evitará su “derretimiento”. La realidad es que pocos rodamientos requieren más que un número 2. Si el equipo fue diseñado para grasa número 2, requiere número 2. Al colocar una grasa más dura reducimos la lubricación y acortamos la vida útil del equipo. El Aceite: La viscosidad del aceite en la grasa tiene que ser lo que requieren los rodamientos de acuerdo a su tamaño, velocidad, carga, etc. Si es muy viscoso, no penetra y causa mayor temperatura y fatiga en alta velocidad. Si es muy delgado, no soporta la carga y falta lubricación hidrodinámica, causando desgaste, temperatura y fatiga. Hay dos características importantes para el aceite de la grasa: Viscosidad y Calidad. • Viscosidad: Rodamientos o cojinetes de alta velocidad requieren de un aceite delgado. El colchón de lubricación hidrodinámica se forma con la velocidad de las piezas, exactamente como se forma en el motor u otra pieza lubricada con aceite. Si el aceite básico es muy grueso, no penetrará a las piezas y si es forzada se aumenta la temperatura, derritiéndose la grasa. Los rodamientos o cojinetes de baja velocidad requieren un aceite básico más viscoso para soportar la carga.

Calidad: El comportamiento y la frecuencia de reengrase dependen mucho de la calidad del aceite básico utilizado. Hay muchos tipos de aceite básico para escoger.

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o Aceites Aromáticos (o compuestos aromáticos): Es un producto barato. Residuos del proceso de destilación, asfalto y otras substancias que pueden ser cancerosas y que no tienen moléculas saturadas. Provee periodos cortos entre reengrases, es peligroso para el operador y el medio ambiente, y disminuye la vida útil del equipo. Ablanda y expande los retenes de Neopreno. o Aceites Nafténicos: Bajo índice de viscosidad causando fluidez en la grasa y pérdida de su consistencia en el calor y solidificación en el frío si no tienen aditivos para compensar. Relativamente alta frecuencia de reengrase. Menos peligrosos que los aromáticos. Relativamente económicos. Los aceites Nafténicos normalmente contienen más de 30% compuestos aromáticos. Ablanda y expande los retenes de Neopreno si no contiene aditivos para compensar. o Aceites Parafínicos: Relativamente estables, buen comportamiento para uso general. No son muy comunes en las formulaciones de grasas por su poca solubilidad de aditivos y espesantes. Aceites Hidroprocesados: Alta resistencia a la oxidación y buen índice de viscosidad, proveyendo mayor tiempo entre reengrases y mayor protección contra el calor. Consistencia estable en mayor rango de temperatura. Normalmente utilizados para equipo sellado o “patentado”. Comportamiento similar a los Polialfaolefinas en muchas aplicaciones. Tiene poco efecto en los retenes. o Aceites Polialfaolefinas: Los aceites sintéticos tradicionales son utilizados en las grasas de alta exigencia en tiempo entre reengrases y extrema variación de temperaturas. o Otros aceites Sintéticos: Existen numerosas combinaciones de aceites exóticos para propósitos específicos. El Espesante: El espesante es la esponja que mantiene el aceite en el lugar preciso para lubricar las piezas y el sello contra los contaminantes del medio ambiente. Las características de los espesantes modifican e identifican los tipos de grasas. La mayoría de las grasas son espesadas con jabones metálicos de Calcio, Litio, Sodio, o Aluminio. Otras grasas son espesadas sin jabón, utilizando arcilla, poliurea y teflón. Los espesantes de jabones metálicos simples como aluminio, calcio, sodio y litio proveen cierta protección. Estas grasas son buenas para uso general donde no hay mucha variación en temperatura y se puede reengrasar con frecuencia. La mayoría de las grasas en el mercado son de jabones metálicos simples porque el precio es inferior y el costo de mano de obra para reengrasar es baja. Los complejos de jabones metálicos como complejo de litio, complejo de calcio, complejo de bario y complejo de aluminio proveen mayor protección en el calor, mayor punto de goteo y menor oxidación. La mayoría de las grasas en los EE.UU. y Europa son de complejo de jabón metálico por la alta protección que proveen y la preocupación por la degradación y/o desgaste del equipo. Las formulaciones de espesantes utilizando ácido Hidroxiestearato 12 son más estables en altas temperaturas que las formulaciones comunes. Los espesantes de arcilla son especiales para alta temperaturas. Estas grasas requieren una alta dispersión del aceite en la arcilla con un dispersante polar para formar un gel. Generalmente estas

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grasas no son utilizadas para altas revoluciones donde la fuerza centrífuga causa la separación del elemento engrasado. Grasas de poliurea y complejo de poliurea también son muy buenos para alta temperatura. Son formados por la mezcla de aminas e isocianates o disocinates en el aceite, formando una mezcla plástica. Las grasas de poliurea (especialmente cuando utilizan un aceite básico hidroprocesado) frecuentemente son utilizadas en los rodamientos patentados (sellados por vida) por sus excelentes características y larga vida. Al seleccionar el tipo de grasa a utilizar, hay que considerar la protección que provee. Podemos ver estas características en la tabla siguiente. Por lógica entre mayor protección provea la grasa, mayor será el precio, mayor serán los tiempos entre reengrases y menores los costos operativos. La Frecuencia de Reengrase: Cada cojinete o rodamiento tiene su momento ideal de reengrasar. Este punto depende del tamaño del cojinete, la velocidad del eje, la carga, la temperatura del medio ambiente, la humedad y la grasa utilizada. Cualquier variación en uno de estos elementos cambia la frecuencia de reengrase. ¿Cuál es el impacto en el mantenimiento de una planta? • Si cambiamos la velocidad o carga del equipo, tenemos que cambiar el programa de lubricación. • Si el fabricante recomendó el reengrase del equipo cada 20 horas de trabajo con una grasa de litio, y usamos una grasa de calcio, tendremos que aumentar la frecuencia de reengrase, tal vez hasta unas 8 o 12 horas. Siempre que no exista presencia de agua. • En este mismo ejemplo, si aumentamos la calidad de la grasa a una de aceite base hidroprocesado y espesante de poliurea, tendremos que reducir la frecuencia de reengrase, posiblemente a 30 ó 40 horas de trabajo. La Cantidad de Grasa: Uno de los problemas que enfrentamos todos los días es la aplicación de un exceso de grasa a los cojinetes y rodamientos. Podemos ver en esta gráfica que la aplicación de la cantidad correcta de grasa al rodamiento causa un aumento de temperatura temporal mientras la grasa cubre toda la superficie, volviendo a su temperatura normal dentro de pocas horas. Cuando se coloca mas grasa de la requerida, la temperatura continúa subiendo por la resistencia causada cuando no tiene donde desplazarse al ser compactada en la zona de carga.

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La frecuencia de reengrase en un rodamiento de tamaño “normal” en servicio “normal” y velocidad “normal” con una grasa común tendrá una variación significativa con las temperaturas de operación. En esta gráfica podemos ver la necesidad de aumentar esta frecuencia de acuerdo a la temperatura. Si la temperatura del rodamiento es cerca de los 80o C, podemos engrasarlo cada 6 meses (8 horas de trabajo al día), pero si la temperatura se acerca a 150o C tendremos que engrasarlo cada mes. La otra opción sería el mejorar la calidad de grasa con una con mejor aceite básico (Grupo II o Sintético tradicional), o mejor espesante. Obviamente si podemos bajar la temperatura, sea con una mejor grasa, un procedimiento de engrase basado en la falta de grasa, análisis vibracional, alineamiento del equipo, ventilación, u otro método, podremos ahorrar en todo sentido. En el próximo dibujo tenemos un cojinete típico donde podemos ver como la carga aprieta la grasa al reducir el espacio entre el eje y el cojinete. La resistencia creada aumenta la temperatura de la grasa causando su liquefacción y expulsión por el retén.

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Después de expulsar el exceso, si la grasa no se ha descompuesto, puede volver a lubricar normalmente. La mayoría de las grasas no mantienen sus características después de ser abusadas así. Grasa Página 10 de 12 Como regla general, si el rodamiento gira más de 50% de su velocidad máxima de diseño, se debería llenar entre 30% a 50% del rodamiento y su mazo. Si la velocidad es menos que 50% de su diseño, se coloca más grasa, llegando entre 50% a 65% del rodamiento y su mazo. Vemos este mismo problema en los rodamientos de los autos. Actualmente se debe engrasar los rodamientos y llenar como máximo 1/3 de la área del mazo y la tapa, dejando campo para que la grasa se expanda y permitiendo el ajuste correcto del rodamiento. Cuando se llena el mazo con grasa, es difícil ajustar correctamente los rodamientos, y al rodar se derrite y chorrea por el retén. Contaminación: Hay tres tipos de contaminación que nos preocupa: 1. Contaminación por tierra en el envase dentro del almacén: Muchas veces por economizar las empresas compran tambores, cuando no usan más que 15 kilos por mes. El tambor abierto puede ser contaminado por los elementos del ambiente y el aire, reduciendo sus propiedades de protección. 2. Contaminación por otras grasas: Como vemos anteriormente, todas las grasas no son compatibles. • El sistema de compras basado en el menor precio donde se cambia de productos o marcas con cada compra, causa una pérdida grande en mantenimiento. Se gastan miles de rodamientos y en equipo detenido por aplicar diferentes grasas baratas en cada compra. • Cuando se manda un motor eléctrico u otro equipo a un taller externo para repararlo, muchas veces utilizan una grasa incompatible con la grasa que será utilizada en su mantenimiento en la planta. El rodamiento funciona bien hasta su primer re-engrase. Al ser engrasada con otro tipo de grasa, se separa el aceite del espesante y se pierde la lubricación.

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• El trabajo de engrasar el equipo frecuentemente se delega al empleado con menos experiencia. A veces existe la necesidad de dos o tres tipos de grasa en una planta. El lúbrico frecuentemente no sabe cuál grasa se utiliza en cada equipo. Contaminación por el ambiente una vez aplicadas: Los contaminantes del ambiente normalmente son tierra y agua, pero hay otros contaminantes. • Tierra: La tierra entra por cualquier retén que no sella correctamente. Si la grasa puede salir cuando se calienta, vuelve con tierra cuando se contrae. La tierra también entra con el agua sucia. Mientras los retenes tienen que estar en buen estado, también la grasa debería sellar y evitar lo máximo posible las contaminaciones. • Agua: El agua entra a la grasa cuando, lavamos el equipo, llueve, o simplemente se la incorpora de la humedad ambiental al girar el rodamiento. Para evitar la entrada de agua hay que mantener los retenes en buen estado y evitar lo que posible el contacto con el agua. • Gas, vapor, soda cáustica y otros químicos en una planta son contaminantes para la grasa. Existen grasas especiales que no son solubles en gas natural y otras grasas para usos específicos. Aun así, los retenes son críticos. Recomendaciones: Comprar grasa no es como comprar diesel ó azúcar. Hay que ser muy específico cuando se busca la grasa correcta que bajará sus costos de mantenimiento. Hay que estudiar las condiciones de trabajo, revisar las recomendaciones de los fabricantes del equipo y consultar con alguien que conoce las características de los productos posibles para simplificar el mantenimiento, para subir los intervalos entre reengrases cuando se puede, reducir el desgaste y eliminar paradas de planta por quiebra de máquinas.

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PROCESO DE MANTENCIÓN ELÉCTRICA

Etapas del proceso de mantenimiento Recepción Pruebas Desarmado Limpieza o lavado Secado Cambios o reparaciones Armado Funcionamiento Despacho

Equipos de alineación Reloj Comparador

MANTENIMIENTO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Actividades de mantenimiento de máquinas estáticas y rotatorias

Transformador de distribución. Máquina soldadora. Máquina de corriente continua. Máquinas de corriente alterna

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BIBLIOGRAFIA

Transporte de la Energía Eléctrica. José Luis Torá

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Tecnología de los oficios metalúrgicos. A. Leyensetter,G. Würtemberger,Carlos Sáenz de Magarola www.widman.biz www.wikipedia.com

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