Máquinas Eléctricas Rotativas MT.3.4.2-332)07

TÉCNICO EN ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

M

ÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS MÓDULO 5 MT.3.4.2-332/07 Edición 01

Guatemala, abril de 2007

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

COPYRIGHT Instituto Técnico de Capacitación y Productividad -INTECAP- 2007 Esta publicación goza de la protección de los derechos de propiedad intelectual en virtud de la Convención Universal sobre Derechos de Autor. Las solicitudes de autorización para la reproducción, traducción o adaptación parcial o total de su contenido, deben dirigirse al Instituto Técnico de Capacitación y Productividad INTECAP de Guatemala. El Instituto dictamina favorablemente dichas solicitudes en beneficio de la Formación Profesional de los interesados. Extractos breves de esta publicación pueden reproducirse sin autorización, a condición de que se mencione la fuente. MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS Código: MT.3.4.2-332/07 Edición 01

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ÍNDICE 5 7 9

Objetivo del manual Presentación Preliminares UNIDAD 1: MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA Objetivos de la unidad

27

1.1 1.2. 1.3 1.4 1.5

26 29 34 37 40

Motor eléctrico Motores eléctricos de corriente continua Magnitudes eléctricas y mecánicas para motores de corriente continua Instalación y mantenimiento de motores eléctricos Cambio de giro en motores de corriente continua

Actividades Resumen Evaluación

46 47 48

UNIDAD 2: MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS Objetivos de la unidad

49

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10

Motores eléctricos monofásicos Motor de fase de partida Cálculo de magnitudes mecánicas y eléctricas en motores monofásicos Cálculo de conductores y protecciones para motores monofásicos de fase partida Instalación y mantenimiento de motores eléctricos de fase partida Motor con capacitor Cálculo de los capacitores de arranque y régimen para el motor con capacitor Instalación y mantenimiento de motor monofásico con capacitor Motor eléctrico monofásico universal Instalación y mantenimiento de motores monofásicos universales

50 52 59 65 67 99 108 109 111 117 129 131 134

Actividades Resumen Evaluación

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UNIDAD 3: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS Objetivos de la unidad

139

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

140 144 151 157 167 170

Motor eléctrico trifásico Magnitudes mecánicas y eléctricas en los motores trifásicos Instalación y conexión de motores trifásicos Conexiones especiales para motores Cálculo de conductores y protecciones para motores Mantenimiento de motores

Actividades Resumen Evaluación

178 181 183

UNIDAD 4: CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES Objetivos de la unidad

187

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12

Control manual de motores eléctricos Automatismos en motores eléctricos Elementos de mando en motores eléctricos Control electromagnético El contactor Calcular la protección del circuito manual para motores monofásicos y trifásicos Realizar circuitos electromagnéticos de motores monofásico y trifásicos Elementos de protección y maniobra Calcular protección térmica en motores monofásicos y trifásicos Elementos de mandos especiales Proceso para realizar circuitos especiales de motores Elementos de señalización

221 226 227 242 249 256 259 263 266 268 272 275 286

Actividades Resumen Evaluación Glosario Apéndice Bibliografía

4

188 192 198 202 212

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OBJETIVO del manual

El estudio del contenido de este manual, contribuirá a que usted adquiera competencias para realizar la conexión, instalación, control y proporcionar mantenimiento a motores eléctricos de corriente continua, monofásicos y trifásicos, de acuerdo a especificaciones técnicas de fabricantes y a medidas de seguridad y de protección ambiental.

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Presentación El presente manual de Máquinas Eléctricas Rotativas, constituye material de apoyo para el paquete didáctico del evento del mismo nombre, cuyo contenido se determinó a partir de las bases normativas del plan para la formación establecidas por grupos de trabajo conformados por personal técnico del INTECAP. Este manual hace referencia a todas aquellas técnicas utilizadas para realizar la Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos. Su finalidad es proporcionar la información necesaria para realizar los procesos adecuados para la instalación y mantenimiento de motores eléctricos con el apoyo de normas internacionales, como las del American National Standards Institute (ANSI), del Institute of Eléctrico and Electronics Engineers (IEEE) y también del Código Eléctrico Nacional (NEC), que son algunas de las exigidas para esta especialidad. Cada tema incluye una serie de teoría, ejemplos y explicaciones, las cuales, en su mayoría, vienen acompañadas de diagramas, esquemas o dibujos para mejor comprensión del mismo. Es importante que no continúe leyendo si no ha comprendido el contenido de cada tema, ya que la falta de comprensión de alguno de los temas puede limitar el aprendizaje de los temas subsiguientes. El propósito del manual es servirle como guía, para que usted solo, pueda ejecutar las instrucciones de cada práctica o proceso. Estudie con detenimiento la teoría para que le sirva de apoyo al desarrollar las prácticas relacionadas con el tema. El manual consta de cuatro unidades. En la primera unidad, se explican los tipos y características, partes y funcionamiento, procesos de conexión, mantenimiento, medidas de seguridad y elementos de medición de los motores eléctricos de corriente continua, así como también sus tipos magnitudes eléctricas y mecánicas. En la segunda unidad, se describen los procesos necesarios para realizar instalación y mantenimiento de motores eléctricos monofásicos de inducción y universales, cálculos de capacitores de arranque, medidas de seguridad y protección ambiental, requeridos por las normas internacionales y estándares de calidad. En la tercera unidad, se explican los procesos necesarios para realizar instalación y mantenimiento de motores trifásicos, los diferentes tipos de conexiones especiales y el cálculo de conductores y protecciones para dichos motores. En la cuarta unidad, se describen los procesos técnicos para realizar la instalación de motores eléctricos utilizando mandos manuales, electromagnéticos, automáticos y dispositivos especiales y de señalización, útiles para realizar cambios de giro, par arranque, par invertido, así como para conocer el estado de trabajo de los motores eléctricos. Cada una de las unidades, corresponde a una función específica dentro del área de máquinas eléctricas rotativas del técnico en electricidad industrial, por lo que el estudio del presente manual, podría enfocarse únicamente a una o varias de sus unidades, y no necesariamente extenderse a todo el módulo. Esto dependerá lógicamente de las funciones que se realicen en el lugar de trabajo.

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RELIMINARES Antes de comenzar el estudio de las 4 unidades que conforman este manual, usted encontrará dos secciones importantes que debe leer cuidadosamente.

ARMARIO DE MANIOBRA

LIMITADOR DE VELOCIDAD

En primer lugar, encontrará las normas, NEC (Código Eléctrico Nacional),para motores eléctricos las observaciones relativas al orden de trabajo y por último consideraciones sobre medidas de seguridad y de protección ambiental. Es muy importante que no menosprecie estas secciones, tómese suficiente tiempo para analizarlas y comprenderlas, pues son de gran importancia para su salud y seguridad.

GUÍAS DE CABINA CONTRAPESO

CABLES DE TRACCIÓN

A.1 NORMAS

FINALES DE RECORRIDO GUÍAS DE

DE LA EEGSA RODADERAS

Las normas eléctricas se basan con lo estipulado en la edición actualizada y vigente de la E.G.G.S.A., en ellas se indica claramente las disposiciones referentes a motores eléctricos.

ESTRIBO OPERADOR DE PUERTAS PUERTAS

FINALES DE

AUTOMÁTICAS

RECORRIDO

CABINA

A.1.1 MOTORES DE ASCENSORES

CONTRAPESO CABLE LIMITADOR

PARACAÍDAS AMORTIGUADOR HIDRÁULICO

GUARDAPIE

AMORTIGUADOR DE MUELLE POLETA TENSORA

Todos los motores de corriente alterna que operan ascensores o medios de transporte, deberán tener dispositivos de protección para evitar el arranque, si existe alguna de las condiciones siguientes: Si la rotación de fases no tiene el sentido correcto. Ausencia de alguna de las fases.

Figura No. 1 Partes de un elevador.

Si el servicio es de 208Y/120 voltios, los motores de los servicios generales, deberán estar diseñados para este voltaje nominal, debido a que los motores con un voltaje de 240 voltios, no operan eficientemente en un sistema 208Y/120 voltios.

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Figura No. 2 Plano de los contadores con elevador en una vivienda.

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A.1.2 FACTOR DE POTENCIA

A.1.4 MOTORES

El consumidor hará funcionar sus equipos (motores, generadores, transformadores, etc.), con un factor de potencia no menor del 85%. La Empresa se reserva el derecho de aplicar tarifas especiales a consumidores que no cumplan con lo establecido para el factor de potencia.

Las normas de la EEGSA, indican claramente el uso de algunas capacidades máximas de potencias utilizadas en motores, según lo indicado a continuación:

A.1.3 CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA Puede mejorarse el factor de potencia con el uso de capacitores o motores sincrónicos, los cuales deben instalarse por cuenta del usuario.

Motores monofásicos El motor monofásico más grande que se permite conectar a las líneas secundarias de 240 voltios de la empresa, es de 7 HP, siempre y cuando las líneas o el banco de transformadores que sirven la instalación tengan suficiente capacidad. Motores trifásicos

CAPACITOR TRIFÁSICO MOTOR

Figura No. 3 Conexión de un banco de capacitores, acoplado en un motor de inducción trifásico con contador tripolar.

C

C

Cuando se va a conectar un motor trifásico (un molino de maíz por ejemplo), el interesado debe solicitar, previo a firmar el contrato de servicio, la solicitud de determinación de capacidad del transformador y líneas de la empresa, con el fin de no afectar el servicio de los consumidores vecinos.

C

Figura No. 4 Compensación individual de varios motores.

Figura No. 5 Instalación de un motor en servicio.

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ALIMENTACIÓN DE LA COMPAÑIA SUMINISTRADORA

TABLEROS DE ALUMBRADO

SUBESTACIÓN PRIMARIA

CARGA DE ALUMBRADO

CENTRO DE CONTROL DE MOTORES O TABLEROS SECUNDARIOS

COMBINACIÓN DE ARRANCADOR

SUBESTACIÓN UNITARIA

CARGA

CARGA

ARRANCADORES DE MOTORES EN EL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES

Figura No. 6 Motores funcionando en la industria.

Motores mayores de 7 HP Antes de solicitar un servicio nuevo para conectar motores mayores de 7 HP, el consumidor debe consultar a la empresa. Protección para motores trifásicos La Empresa recomienda que todos los motores polifásicos estén protegidos en las tres (3) líneas, con un dispositivo automático que los desconecta cuando falta alguna de las fases. Esta es una protección adicional, además de los elementos protectores requeridos contra sobrecarga y sobrecorriente. La empresa no asume responsabilidad por los motores que se quemen por falta de fase.

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A.2 LAS NORMAS NEC PARA MOTORES ELÉCTRICOS

Se seleccionaron algunas de las condiciones elementales de motores eléctricos en general (Normas NEC en su sección 430)

A.1.2 UBICACIÓN DE LOS MOTORES Ventilación y mantenimiento Los motores deben ubicarse de forma que tengan una ventilación adecuada y facilidad de mantenimiento, tal como la lubricación de cojinetes y que el cambio de escobillas, pueda hacerse fácilmente.

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Motores abiertos Los motores abiertos que tiene conmutadores o anillos colectores, deben ser ubicados o estar protegidos, de manera que las chispas no pueden alcanzar los materiales combustibles adyacentes. Esto no prohíbe la instalación de estos motores sobre pisos o soportes de madera.

Figura No. 7 Motor expuesto sin suficiente ventilación.

TIPO ABIERTO

SEMI-PROTEGIDO

A PRUEBA DE GOTEO

Tiene extremos totalmente

Tiene rejillas de protección

Tiene partes abiertas y selladas

abiertos para máxima ventilación.

en las tapas.

para evitar penetración de agua.

A PRUEBA DE AGUA

TOTALMENTE CERRADO

ENFRIADO POR VENTILADOR

Evita la penetración del agua

Puede ser no ventilado, ventilado

Es el tipo totalmente cerrado con doble

extremadamente o a prueba de

cubierta y ventilador detrás la tapa.

en la parte de abajo.

explosión para atmósferas peligrosas.

Figura No. 8 Tipos de carcaza para motores.

Tus apuntes

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A.2.2 EXPOSICIÓN A ACUMULACIONES DE POLVO

A.2.3 MOTORES ESTACIONARIOS

Donde quiera que el polvo o materiales que floten en el aire pueda depositarse sobre el motor o dentro del mismo, en cantidades tales que perturben seriamente la ventilación o enfriamiento del motor y por consiguiente, se originen temperaturas peligrosas, se emplearán tipos de motores cerrados que no se recalienten al trabajar en las condiciones existentes. En condiciones especialmente severas puede requerirse el uso de motores cerrados ventilados mediante tuberías o ubicar los motores en locales separados, herméticos al polvo, debidamente ventilados por una fuente de aire limpio.

Los armazones de los motores estacionarios se conectarán a tierra cuando exista una de las condiciones siguientes: 1) si están alimentados por conductores con envoltura metálica; 2) si están ubicados en lugares húmedos y no están separados o resguardados; 3) si están en un lugar (clasificado peligroso: lugares donde pueda existir el peligro de incendio o explosión debido a gases o vapores inflamables, líquidos inflamables, polvo combustible, o fibras o partículas inflamables en suspensión) como se menciona en las secciones 500 a 517 de la NEC, donde se puede consultar para profundizar en el tema; y 4) si el motor funciona con cualquier terminal a más de 150 voltios con respecto a tierra.

AIRE CALIENTE RECIRCULADO

Figura No. 9 La ventilación impropia produce problemas de sobrecalentamiento.

La puesta a tierra en los motores es muy importante, para evitar daños a las personas, como a las máquinas y equipos electrónicos.

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Figura No. 10 Ejemplo de una red de protección.

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Si el armazón del motor no está puesto a tierra, aislarse permanente y efectivamente de tierra. Utilice siempre en trabajos eléctricos, los elementos de protección adecuados a cada tarea (casco, uso de arnés de seguridad al trabajar en alturas, lentes protectores, botas industriales, ropa adecuada para trabajar, señalización para indicar las operaciones adecuadas, donde no se tiene acceso al lugar, etc.) Figura No. 12 Electricista instalador inspeccionando tablero de distribución.

A.3 ORDEN DE TRABAJO La orden de trabajo determina el momento y la forma en que debe realizar una tarea, rutina o mantenimiento; debe realizarlo por escrito para que los técnicos y los jefes del departamento de mantenimiento o taller, tengan un conocimiento detallado sobre la tarea que usted realizó. Vea la figura 11.

A.3.2 CARACTERÍSTICAS DE LA ORDEN DE TRABAJO La orden de trabajo, contiene información, tanto para los jefes del taller de instalaciones eléctricas como para usted, detalla la ejecución de un trabajo, los materiales a utilizar, instrucciones de trabajo previamente asignado, etc.

A.3.3 INTERPRETACIÓN DE LA ORDEN DE TRABAJO Para interpretar una orden de trabajo o cualquier tipo de documento interno, se desarrolla a continuación un proceso sencillo para poder interpretar la orden de trabajo: Figura No. 11 Lectura de plano de acuerdo con la orden de trabajo.

A.3.1 DEFINICIÓN DE ORDEN DE TRABAJO La orden de trabajo u orden de servicio, es un documento que describe las tareas, instalaciones, mantenimiento, servicios, etc., que usted debe realizar dentro de las funciones, de un departamento de mantenimiento, de una empresa o taller.

PASO

1

Dé un vistazo general al documento, a medida que hace esto, observe si le son familiares algunos puntos y si puede establecer una relación entre los puntos a tratar en la orden de trabajo.

PASO

2

Lea cuidadosamente cada párrafo de la orden para informarse a cerca de lo que se le está pidiendo que ejecute.

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15

PASO

3

Tenga siempre una libreta de apuntes y un lápiz y/o lapicero, como material de apoyo, le ayudará a su memoria haciendo anotaciones con respecto al documento leído.

A.4 MEDIDAS

DE SEGURIDAD

Las medidas de seguridad que tiene que aplicar son: Nunca debe tocar las piezas en movimiento de los motores, ni de la carga. Si necesita tocarlos asegurese de que el motor esté apagado y de que nadie lo pueda accionar.

Figura No. 13 Libreta de apuntes y lapicero para tomar nota.

PASO

4

Si no comprende una oración o alguna instrucción de la orden de trabajo, pida ayuda a su jefe inmediato, para que éste le explique la tarea que tiene que ejecutar.

PASO

5

Si no tiene ninguna duda de lo que está escrito; como por ejemplo, donde está localizada la máquina o el equipo al que se le practicará el trabajo, el tipo de trabajo o servicio que practicará, el tiempo que se tiene que llevar en ejecutar el trabajo, el tipo de herramienta que debe usar para ejecutar el trabajo, el tipo de repuestos o lubricantes que tiene que utilizar para ejecutar el trabajo, etc. Después de realizar este paso estará en condiciones de ejecutar la orden de trabajo o servicio.

Después de ejecutar la orden de trabajo, infórmelo a sus superiores.

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Figura No. 14 No toque piezas en movimiento de motores y carga.

Use ropa adecuada para el trabajo y cabello corto. Las poleas, fajas o engranajes en movimiento en cualquier descuido aprisionan objetos como corbatas, cabello largo, etc. y causan accidentes.

Figura No. 15 No use corbata, ni pelo suelto cuando esté cerca de motores funcionando.

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Antes de arrancar un motor, asegúrese de que todos los tornillos estén bien apretados y de no dejar piezas sueltas. Al momento de funcionar los motores los tornillos flojos y las piezas sueltas salen volando y causan accidentes.

Figura No. 16 Apriete bien los tornillos y no deje piezas sueltas cuando dé mantenimiento a motores y su carga.

Cuando revise un motor, desenergícelo para no recibir choques electricos.

Desconexión total del circuito donde se realizará la instalación eléctrica, el mantenimiento o el cambio de algún accesorio eléctrico.

Figura No. 18 Descarga eléctrica por no desconectar el circuito al cambiar el conductor eléctrico.

Asegúrese contra una reconexión, deje un letrero en el tablero de distribución o tablero de fusibles, explicando que se está realizando una instalación eléctrica o una rutina de mantenimiento. Al tablero de distribución o tablero de fusibles se le puede instalar un candado; hágalo, y así tendrá una mayor seguridad de que no conectarán el circuito en donde usted esté realizando la instalación eléctrica o practicando la rutina de mantenimiento descrita en la orden de trabajo.

Figura No. 17 Descarga eléctrica recibida por no desconectar la energía eléctrica cuando se hace mantenimiento.

A.5

MEDIDAS GENERALES DE SEGURIDAD

Antes de trabajar en instalaciones eléctricas residenciales se deben tomar en cuenta y respetar las cinco normas de seguridad básicas que se describen a continuación.

NO CONECTAR ESTÁN TRABAJANDO Lugar: Sólo podrá quitar el letrero: Nombre:

Figura No. 19 Letrero para evitar reconexión de circuitos donde se trabaja.

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Compruebe la ausencia de tensión con la ayuda de un voltímetro, antes de empezar la instalación eléctrica o la rutina de mantenimiento descrita en la orden de trabajo. Ponga a tierra y cortocircuitado en el tablero de distribución o en la caja de registro el circuito que está reparando o realizando la rutina de mantenimiento, de acuerdo con la orden de trabajo. Esta medida de seguridad se realiza por si hay una reconexión en el circuito. Tape o cubra con un material aislante las partes que tengan tensión, cuando usted esté realizando la instalación eléctrica o rutina de mantenimiento descrita en la orden de trabajo. ACCIDENTES ELÉCTRICOS Los accidentes eléctricos se producen por el contacto de una persona, con partes activas en tensión. Se denomina parte activa al conjunto de conductores eléctricos y piezas conductoras bajo tensión en servicio normal. Pueden ser de dos tipos: • Contactos directos. • Contactos indirectos. Contacto directo Contactos de personas con partes activas de materiales y equipos. Los contactos directos pueden establecerse de tres formas: • Contacto directo con dos conductores activos de una línea. • Contacto directo con un conductor activo de línea y masa o tierra. • Descarga por inducción.

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Las descargas por inducción son aquellos accidentes en los que se produce un choque eléctrico, sin que la persona haya tocado físicamente ninguna parte metálica o en tensión de una instalación.

Protección contra contactos directos Pueden lograrse de tres formas: • Alejamiento de las partes activas • Interposición de obstáculos • Recubrimiento de las partes activas. Alejamiento de las partes activas de la instalación Aleje las partes activas de la instalación a una distancia del lugar donde habitualmente las personas se encuentren o circulen, de tal forma que sea imposible un contacto fortuito con las manos. Interposición de obstáculos Interponga obstáculos que impidan todo contacto accidental con las partes activas de la instalación. Éstas deben estar fijadas de forma segura y resistir los esfuerzos mecánicos a que están sometidos. Éstos pueden ser: tabiques, rejas, pantallas, cajas, cubiertas aislantes, etc. Recubra las partes activas de la instalación Esto lo realizará por medio de un aislamiento apropiado, capaz de conservar sus propiedades con el tiempo y que limite la corriente de contacto a un valor no superior a 1mA.

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Medidas complementarias

Protección contra contactos indirectos

• Evite el empleo de conductores desnudos.

• Ponga a tierra de las masas.

• Cuando se utilice conductores eléctricos deberán estar eficazmente protegidos.

• Separe los circuitos de fuerza y alumbrado.

• No utilice los interruptores de cuchillas que no estén debidamente protegidos.

• Interruptor diferencial

Contactos directos protección

Ponga a tierra las masas, significa unir a la masa terrestre un punto de la instalación eléctrica (carcasa de máquinas, herramientas, etc.)

• Fase + fase - alejamiento de las partes activas. • Fase + tierra - interposición de obstáculos. • Inducción - recubrimiento de las partes activas. CONTACTO INDIRECTO Éste se produce por efecto de un fallo en un aparato receptor o accesorio, desviándose la corriente eléctrica a través de las partes metálicas de éstos. Pudiendo por esta causa, entrar las personas en contacto con algún elemento que no forma parte del circuito eléctrico y que en condiciones normales no deberían tener tensión como: • Corrientes de derivación.

• Use transformadores de 24V.

• Utilice herramientas con doble aislamiento.

Puesta a tierra de las masas

Transformadores de 24V Consiste en la utilización de pequeñas tensiones de seguridad, que tal como se específica en la norma para realizar trabajos de instalaciones eléctricas, serán de 24V para locales húmedos o mojados y 50V para locales secos. Este sistema de protección dispensa de tomar otros contra los contactos indirectos en el circuito de utilización. El empleo de tensiones de seguridad es conveniente cuando se trate de instalaciones o de aparatos cuyas partes activas dispongan de un aislamiento funcional y deban ser utilizadas en lugares muy conductores. Este es el caso de:

• Situación dentro de un campo magnético.

• Lámparas portátiles.

• Arco eléctrico.

• Herramientas eléctricas.

Para la elección de las medidas de protección contra contactos indirectos, tome en cuenta la naturaleza de los locales o emplazamientos, las masas y los elementos conductores, la extensión e importancia da la instalación eléctrica (hospitales, aeropuertos, escuelas, fábricas, etc.), que obligarán en cada caso a adoptar la medida de protección más adecuada.

• Juguetes accionados por motor eléctrico. • Aparatos para el tratamiento del cabello y de la piel. • Trabajos en calderas, recipientes o depósitos, tuberías de conducción, etc.

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Separación de circuitos Consiste en separar los circuitos de utilización de la fuente de energía, por medio de transformadores, manteniendo aislado a tierra todos los conductores del circuito de utilización, incluso el neutro. Este sistema es aconsejable en calderería, construcción naval, estructuras metálicas y en general en condiciones de trabajo donde el contacto del individuo con masa es muy bueno por encontrarse encima, junto o en el interior de piezas metálicas de grandes dimensiones. Este sistema de protección dispensa de tomar otras medidas contra contactos indirectos. Doble aislamiento Consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamiento de protección o reforzadas, entre sus partes activas y sus masas accesibles. Es un sistema económico puesto que exige la instalación de un conductor de protección. Su eficacia no disminuye con el tiempo al no verse afectado por problemas de corrosión. Todos los aparatos con doble aislamiento llevan el símbolo. Entre sus amplias y variadas aplicaciones se pueden citar: tableros de distribución, herramientas manuales, pequeños electrodomésticos, batidoras, molinillos, exprimidores, máquinas de oficinas, calculadoras eléctricas, máquinas de escribir eléctricas, etc. Interruptor diferencial Protege contra contactos indirectos a las personas, por falta o fallo de aislamiento. Protección personal Según la zona del cuerpo que va a proteger, distinguiremos los siguientes tipos de equipos: -

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La ropa de trabajo. Protección de extremidades superiores. Protección de la cabeza. Protección de extremidades inferiores.

-

Protección del aparato visual. Protección del sistema respiratorio. Protección del aparato auditivo. Cinturón de seguridad.

Los vestidos de trabajo proporcionan una protección indudable contra manchas, polvos, productos corrosivos, etc. Debe cuidarse que la ropa de trabajo esté limpia y en buenas condiciones de conservación, sin roturas que puedan ser motivo de enganches con la máquina provocando el accidente. Existen ropas especiales para trabajos especiales, tales como: • Los vestidos ignífugos que protegen contra los riesgos de inflamación. • Los vestidos de caucho para proteger contra las radiaciones. • Vestidos de amianto para trabajos próximos a fuentes de calor. También se utiliza el cuero para la confección de mandiles y delantales. La ropa que debe utilizarse en invierno bajo condiciones climáticas extremas ha de reunir las siguientes cualidades: Poder de retención de calor. Capacidad de eliminación del calor. Facilidad de aireación. Protección de la cabeza La necesidad de llevar un casco protector, resulta de la gravedad que conllevan los accidentes producidos por caídas de objetos. Existe en el mercado una gran variedad de cascos protectores construidos a base de materias plásticas y tela impregnada o cartón endurecido, aluminio, fibra de vidrio, etc.

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Deben tener un campo de visión amplio. No han de estar construidas con material inflamable.

Figura No. 20 Debe realizar los trabajos con equipo de protección personal.

No debe producir irritaciones ni ningún otro tipo de molestia al usuario. Protección del aparato auditivo

En cuanto a la forma, existen cascos con rebordes más o menos salientes, hasta aquellos que no tienen más que una visera. Los primeros protegen las orejas, el cuello y parte de la cara, empleándose especialmente en trabajos de perforación, canteras, etc., siendo los segundos más comunes en trabajo de fábricas, industrias, etc. A fin de completar la acción protectora del casco, pueden añadirse otros accesorios suplementarios, tales como pantallas, cubre nuca o cascos contra ruido procurando en todo momento conjugar eficacia con comodidad.

Cuando el nivel de ruido en un puesto o área de trabajo sobrepase los 80 (db) decibeles, será obligación el uso de elementos o aparatos individuales de protección auditiva. Vea la figura 22.

Protección del aparato visual

La protección de los pabellones del oído se combinará con la del cráneo y la cara por los medios vistos anteriormente.

Los accidentes de ojos pueden ser evitados mediante el uso de gafas o caretas protectoras. Cualquier gafa de seguridad debe reunir una serie de requisitos:

Figura No. 22 Equipo de protección auditivo.

Los elementos de protección auditiva serán siempre de uso individual.

Se han de limpiar con facilidad, por lo que no deben tener pliegues ni ranuras de difícil acceso.

Protección de extremidades superiores

Figura No. 21 Lentes de protección o gafas protectoras.

La protección generalmente aceptada por su eficacia es el guante independientemente de la existencia de mangas, cremas, etc., que pueden emplearse en casos especiales. Las protecciones de extremidades superiores suelen fabricarse en goma, caucho, cuero, etc.

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Según el trabajo a desarrollar utilizaremos los siguientes tipos de guantes:

pomadas o cremas especiales que forman una película protectora sobre la piel sin reducir la sensibilidad táctil del usuario.

De tejido, son adecuados para trabajos que requieren una protección ligera, como en trabajos de construcción.

Protección de extremidades inferiores

De cuero, son resistentes a las chispas, al calor y a los objetos rugosos, proporcionando además, amortiguación a los choques, como en procesos de soldaduras.

La protección puede lograrse mediante calzado con puntera de acero, para prevenir la caída de material pesado sobre los dedos. Vea la figura 24.

De amianto, aíslan del calor y son incombustibles protegiendo contra quemaduras. Presentan el inconveniente de deteriorarse con facilidad. De caucho, son utilizados cuando sea necesario el aislamiento eléctrico. Presentan el inconveniente de no permitir la transpiración ni proteger contra la acción mecánica. Vea la figura 23.

Figura No. 23 Guantes de protección.

De materia plástica, son utilizados en la industria química por resistir a los productos químicos corrosivos, así como a los disolventes industriales. De cota de malla, son indicados para trabajos con elementos cortantes. La protección de manos y brazos contra productos corrosivos puede realizarse mediante pastas,

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Figura No. 24 Calzado de protección con punta de acero.

También se suelen utilizar plantillas metálicas que impidan las heridas cortantes o punzantes en la planta de los pies. Para completar dicha protección, es aconsejable utilizar botas que protejan los tobillos. La protección de las extremidades inferiores puede completarse con rodilleras, polainas, etc. Protección del aparato respiratorio Para proteger el aparato respiratorio, debe seguir un procedimiento que incluye los siguientes puntos: Identifique la sustancia contra la que se necesita protección o vea la figura 25.

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Es importante que en todo taller eléctrico o electromecánico, sean establecidas políticas y normas orientadas a la protección ambiental, las cuales deben explicarle claramente a usted y a todos sus compañeros lo que deben hacer para su protección y la del medio ambiente cuando se trabaja con sustancias peligrosas.

Figura No. 25 Mascarilla, equipo de protección respiratorio.

Valore el riesgo que conlleva cada una de las sustancias identificadas estableciendo su grado de peligrosidad. Determine las condiciones de exposición a esos riesgos, tales como, proximidad con los puntos de alta concentración, existencia o falta de oxígeno, etc.

A.6 PROTECCIÓN AMBIENTAL

Es necesario que usted como trabajador esté conciente de que todos los tipos de materiales que se aplican en el mantenimiento de los motores eléctricos como lacas, barnices, solventes o diluyentes, etc., poseen ciertos químicos, todos en diferentes cantidades, que dañan mucho el medio ambiente y por consiguiente la salud suya y de las personas que permanecen alrededor. Todos los solventes, pinturas, barnices, lacas, etc., se consideran materiales peligrosos porque son tóxicos para la salud y para el ambiente, por ser productos químicos que no pueden reintegrarse a éste en forma natural, y requieren otro proceso industrial para poder ser reutilizados. Deterioran el ambiente y destruyen la capa de ozono. Aunque algunos envases traen una etiqueta que indica que el material no daña la capa de ozono, siempre debe tomar precauciones y cuidados al desecharlos.

Es conveniente disponer de recipientes con tapaderas para almacenar todos los materiales que se han usado en el mantenimiento de los motores, tales como: wipe o mota sucios, restos de aislantes plásticos, papeles aislantes, alambre magneto o esmaltado, conductores de cobre o aluminio e instrumentos desechables que se utilizan para la aplicación de barnices o solventes. Esto servirá para prevenir cualquier tipo de accidente por contaminación o el inicio de incendios debido a lo inflamable de los materiales. Por otro lado, se deben diseñar las cabinas de tratamiento para que cuenten con todas sus comodidades y que no produzcan daños ambientales. Según las normas de seguridad y de control ambiental de la Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA), en las áreas utilizadas para trabajos de este tipo, donde la contaminación por desechos de gases y líquidos es muy notoria, se debe contar con el equipo adecuado que ayude a reducir el esparcimiento en toda su magnitud de estos desechos. Las cabinas de tratamiento deben contar con un extractor de gases, una ventilación adecuada y principalmente el equipo de seguridad del trabajador. A continuación le presentamos una relación de las responsabilidades y obligaciones que la industria de muebles debería cumplir en materia de residuos peligrosos: • Llevar un registro mensual de los residuos peligrosos que genera. • Realizar un manejo reglamentario de los residuos. • Manejar separadamente los residuos que son incompatibles.

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• Envasar los residuos en recipientes seguros, debidamente identificados, etiquetados y bien cerrados. • Almacenar de manera segura los residuos en un lugar previamente establecido para ello.

Toda industria debe tomar conciencia de la protección ambiental y debe crear campañas a nivel interno para conservar el medio ambiente. Cada grano de arena aportado en beneficio de la naturaleza contribuye a crear un mejor mundo para las generaciones venideras. El destino de la tierra está en las manos de los hombres conscientes de su entorno de hoy.

Tus apuntes

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MOTORES

ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA OBJETIVOS de la unidad

El estudio del contenido de esta unidad, contribuirá a que usted adquiera las competencias para:

„

Instalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos de corriente continua, de acuerdo a especificaciones técnicas.

„

Realizar cambio de giro en motores eléctricos de corriente continua, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

1.1 MOTOR ELÉCTRICO

Motores de CD

Todas las máquinas industriales que requieren movimiento para funcionar, utilizan un motor eléctrico para transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores eléctricos varían en tamaño, potencia, velocidad, voltaje, etc.

De imán permanente, devanado en serie, con oscilación en derivación de devanado

Monofásicos

De inducción

De jaula de ardilla

De rotor devanado

Sincronos Motores de CA

1.1.1 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO

Motores universales

De inducción Trifásicos

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que a través de la interacción de campos electromagnéticos, convierte la energía eléctrica a energía mecánica de rotación.

Sincronos

Figura No. 2 Clasificación de los motores eléctricos según su alimentación.

De acuerdo a su tipo de alimentación los motores eléctricos se clasifican en: Motores de corriente continua (CC):

Figura No. 1 Motor eléctrico.

1.1.2 CLASIFICACIÓN Los motores eléctricos se pueden clasificar de diversas formas, las cuales pueden ser con base a la construcción del rotor y del estator, con base al tamaño, por su carcaza, de acuerdo a la variabilidad de la velocidad, en base a la alimentación de energía eléctrica, etc.

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Estos motores utilizan corriente continua para trabajar y poseen las siguientes características: las relaciones de la velocidad con el par de torsión pueden variar en casi cualquier forma útil para aplicaciones de motor, puede girar en cualquier sentido de rotación, la velocidad de un motor de corriente continua puede regularse gradualmente desde un valor nominal hasta cero, son capaces de operar con cargas de tres o más veces su par de torsión nominal. Están disponibles en potencias desde ½ hasta 800 HP.

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Figura No. 3 Motor de corriente continua.

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hp a la velocidad base*

120 y 240 volts

240 volts

1/2 3/4 1 1 1/2 2 3 5 7 1/2 10 15 20 25 30 40 50 60

hp al 300% de la velocidad base y velocidades mayores (motores a prueba de goteo únicamente)

0.65 1 1.3 2

..... ..... ..... 4000

2.6 4 6.5 10 13 20 26 33 40 52 65 80

4000 4000 3700 3700 3700 3700 3700 ..... ..... ..... ..... .....

Velocidad base, r/min 3500

2500

1750

1150

850

650

500

400

Velocidad por medio de control de campo, r/min

..... ..... ..... 4000 4000 3700 3700 3500 3500 3300 3300 3100 3100 3100 ..... .....

..... ..... 3500 3500 3300 3300 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 2700 2700 2400

..... 3200 3200 3000 3000 2800 2800 2800 2800 2600 2600 2600 2600 2400 2400 2200

3000 3000 2800 2800 2600 2600 2600 2600 2500 2500 2400 2400 2400 2200 2200 2000

2600 2600 2600 2600 2600 2600 2400 2400 2200 2200 2200 2000 2000 2000 1800 1800

2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 1800 1800 1800 1800 1800 1800

1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600

Tabla No. 1 Motores industriales de corriente continua con potencia integral y atenuación de campo.

Motores monofásicos: Los motores monofásicos como su nombre lo indica, son aquellos que se alimentan eléctricamente con una sola fase de corriente alterna (una línea y un neutral), por tal circunstancia necesitan de un medio de arranque, pues ellos no cuentan con un campo magnético rotativo. Sus características principales son: no poseer par de arranque, necesitar de un medio auxiliar de arranque y únicamente están disponibles con potencias desde ¼ hasta 10 HP en voltajes de 120 y 240 volt.

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Figura No. 4 Motor monofásico.

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Caballos de potencia extándar nominales

1/6 1/4 1/3

1/20 1/12 1/8

1/2 3/4 1

1 1/4 2 3

5 7 1/12 10

15 20 25

Velocidades estándar nominales rpm, 60 ciclos

de fracción de hp

De número entero de hp

3600 1800 1200 900

1/20-1 1/20-3/4 1/20-1/2 1/20-1/3

11/2-25 1 -25 3/4-25 1/2-25

rpm, 50 ciclos

3000 1500 1000 750

1/20-1 1/20-3/4 1/20-1/2 ..........

11/2-20 1 -20 3/4-20 1/2-20

Tabla No. 2 Caballos de potencia y velocidades estándar nominales de motores monofásicos. BOBINADO CAJA DE BORNES

Motores trifásicos:

VENTILADOR

ESTATOR RODAMIENTO DE BOLAS

En los motores trifásicos el campo magnético rotatorio proporcionado por la potencia de corriente alterna trifásica, permite los medios simples y de bajo costo para construir un motor eléctrico. Se utilizan para todo uso y no requieren de devanados de arranque, interruptores o capacitores de arranque y giro con lo cual se eliminan las mayores fuentes de falla de los motores monofásicos. La potencia de salida de los motores trifásicos varia desde ½ hasta 2, 500 HP o más. La corriente de arranque requerida es alrededor de 5 a 7 veces la corriente a plena carga.

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JUNTA DE ESTANQUEIDAD

CARCASA

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EJE DEL MOTOR ROTOR

ZÓCALO

Figura No. 5 Motor eléctrico de inducción.

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1.1.3 PARTES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS Y SU FUNCIONAMIENTO

Rodamientos: Cojinetes de bolas o rodillos, que ayudan para que la rotación del eje (rotor) sea libre de fricción y minimiza las pérdidas.

Las partes más importantes que forman un motor eléctrico son las siguientes: El estator: Es el lugar donde están los devanados principales del motor, que producen los campos magnéticos rotativos del motor. El rotor: Como su nombre lo indica, es donde se produce el movimiento de rotación, que transfiere la energía mecánica a través del eje hacia las máquinas o equipos.

Figura No. 7 Cojinete de bolas.

Caja de conexiones: Como su nombre lo indica, es una caja donde están todas las puntas de los conductores de los devanados del motor, conectadas a una bornera en espera de los conductores de alimentación.

Figura No. 6 Rotor de un motor de CC.

1.2 MOTORES

La cubierta o carcaza: Protege el motor de factores ambientales como de salpicaduras, polvo, suciedad, riesgos de explosión, etc. así como para proteger al operador de los riesgos de accidentes. Sistema de enfriamiento: Elimina el calor producido por el calentamiento de los devanados, este sistema consiste en un ventilador y ranuras de disipación del calor.

ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Los motores de corriente continua son máquinas utilizadas como motores o como generadores, dependiendo de la dirección del flujo de potencia a través de ella. En esta unidad se definirán los diferentes tipos y características de los motores de corriente continua, así como también las ventajas y las desventajas de cada uno de ellos.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

RANURAS

1.2.1 DEFINICIÓN DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Se define a un motor eléctrico de corriente continua, como una máquina eléctrica que convierte la potencia eléctrica en mecánica y utiliza el principio de inducción magnética o sea que la alimentación del motor es eléctrica y se aplica un voltaje de corriente directa en las terminales.

1.2.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Las partes principales de un motor de corriente continua pueden tener algunas variantes, de acuerdo con el tamaño del motor. Aquí conviene recordar que pueden haber motores de corriente directa de gran potencia para aplicaciones industriales, motores de pequeña (o muy pequeña) potencia como los utilizados en juguetes y motores de alta precisión en su control para algunas aplicaciones específicas, como es el caso de la robótica.

Figura No. 8 Núcleo de la armadura.

NÚCLEO DE LA ARMADURA

CONMUTADOR

EJE

RANURAS DE LA ARMADURA

Figura No. 9 Armadura con el conmutador.

La armadura

- La armadura

La armadura consiste de un número de bobinas de alambre devanadas y alojadas en las ranuras de un núcleo circular laminado. El núcleo está hecho de un material ferroso, que no sólo soporta a las bobinas, sino que también, incrementa su inductancia.

- El núcleo laminado sobre el cual se devana la armadura

El núcleo laminado sobre el cual se devana la armadura

Partes de un motor de corriente continua Independientemente del tipo de motor, las partes principales del motor de corriente continua son:

- Las escobillas - El conmutador - La carcaza - Los polos de campo - Las tapas y las chumaceras

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EJE

Este núcleo está formado por laminaciones de acero al silicio, troqueladas, formando un paquete compacto y montadas sobre la flecha o eje. La armadura está ranurada; de manera que en estas ranuras se alojan las bobinas, mismas que se conectan en el conmutador o colector.

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Las escobillas

La carcaza

Al circular la corriente eléctrica a través de la armadura, ésta se comporta como un electroimán. El paso de la corriente se hace a través de unos elementos que se conocen como las escobillas, que van alojadas en portaescobillas, los cuales van a su vez, generalmente montados sobre un puente sujeto al escudo frontal.

La carcaza en los motores de corriente continua cumple con dos funciones: una mecánica de soporte de los polos y la otra de contención de las bobinas de campo, así como de la armadura, a través de las tapas en las que se encuentran montadas las chumaceras, sobre las que gira la flecha. Las carcazas se fabrican de hierro, de tal forma que sirven para completar el circuito magnético creado por los polos. Los polos de campo

Figura No. 10 Escudo frontal con el puente de los portaescobillas.

El conmutador Consiste de barras de cobre de forma rectangular, que están montadas sobre la flecha o eje y están aisladas unas de otras, formando un círculo alrededor del eje. Es también llamado colector. EJE

Están construidos de hierro, ya sea sólido o laminado, formado por paquetes de láminas delgadas llamadas laminaciones. Los polos de hierro soportan a los devanados de campo y completan el circuito magnético entre la carcaza y la armadura. Las tapas y chumaceras Las tapas de un motor se denominan anterior y posterior. Tienen la función de soportar mecánicamente a la armadura y a la vez, permitir su rotación por medio de las chumaceras. Las chumaceras usadas en los motores de corriente continua se montan alrededor de la flecha de la armadura y soportan el peso de la misma.

VENTILADOR RANURAS DEVANADOS

NÚCLEO CONMUTADOR Figura No. 11 Armadura mostrando el montaje del conmutador.

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Figura No. 12 Tapas y chumaceras.

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Funcionamiento de un motor de corriente continua En los motores de corriente continua, la corriente de excitación y la corriente del inducido se suministran desde el exterior. Existen también motores de corriente continua, de potencias de hasta 20 kW, que no necesitan corriente de excitación, por estar su sistema inductor formado por imanes permanentes. Dichos imanes o la corriente de excitación, originan un campo magnético en el estator. Como circula corriente por los conductores del inducido, se origina un par motor en dicho inducido. Al girar el inducido, la corriente alimenta a otras bobinas del mismo, con lo que dicho inducido sigue girando. Al girar el inducido, el campo del inducido tiende a girar para colocarse en la misma dirección que el campo de excitación. Pero con la corriente alimenta a otras bobinas en cuanto se produce un giro, el campo del inducido se mantiene siempre en su dirección primitiva.

1.2.3 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Hay tres tipos de motores de corriente continua: serie, shunt, compound. Los tres son de aspecto exterior semejante, y sólo difieren entre sí por la construcción de las bobinas inductoras y por la manera de conectarlas al arrollamiento del inducido. Tipo de serie El motor en serie, tiene las bobinas inductoras formadas por unas pocas espiras de hilo grueso, conectadas en serie con el arrollamiento del inducido. Este motor posee un par de arranque elevado y una característica de velocidad suave (todo aumento de carga provoca una disminución de la velocidad, y viceversa) inductor

inducido

Figura No. 14 Conexión de los arrollamientos inductor e incluido en un motor en serie.

Ia

Tipo shunt El motor shunt, tiene las bobinas inductoras compuestas por muchas espiras de hilo fino, conectadas en paralelo con el arrollamiento del inducido. Este motor posee un par de arranque mediano y una característica de velocidad dura (la velocidad es prácticamente independiente de las variaciones de la carga) Ie

Figura No. 13 Los campos de excitación y del inducido hacen girar al rotor.

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Los motores shunt de cierta potencia suelen estar provistos de un pequeño arrollamiento adicional en serie con el inducido, el cual, tiene por objeto evitar el embalamiento eventual del motor o bien conseguir una ligera reducción de la velocidad cuando la carga aumenta.

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Los arrollamientos de estos motores están conectados como en un motor compound. ARROLLAMIENTO INDUCTOR

Por cada 10 °C que un motor opera sobre su valor nominal de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad. Por tanto:

ARROLLAMIENTO INDUCIDO

Asegúrese de dar mantenimiento al motor cuando esté desenergizado. Utilice ropa de trabajo.

Figura No. 15 Conexión de los arrollamientos inductor e inducido en un motor derivación.

Compound El motor compound, cada bobina inductora está formada por dos arrollamientos independientes, uno de los cuales va conectado en serie con el inducido, y el otro en paralelo con el inducido y el arrollamiento serie. De este modo, el campo inductor resultante es una combinación de los campos creados por cada arrollamiento inductor parcial, y el motor compound reúne las características de los motores en serie y derivación.

Limpie toda las partes del motor Mueva el eje de abajo hacia arriba, comprobando sí los cojinetes se encuentran desgastados. Si fuera así, extráigalos del motor y sustitúyalos por unos nuevos de las mismas características. Por último limpie el lugar en donde realizó el mantenimiento. MOTOR

ARROLLAMIENTO INDUCTOR

ARROLLAMIENTO EN SERIE

ARROLLAMIENTO INDUCIDO

Figura No. 16 Conexión de los arrollamientos inductores y del arrollamiento inducido en un motor compound.

1.2.4 MANTENIMIENTO BÁSICO DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Frecuentemente las condiciones del ambiente agresivo como, humos o vapores corrosivos, aire salino, suciedad excesiva, polvo y otros agentes contaminantes varían los valores nominales de temperatura (dato de la placa)

Figura No. 17 Prueba de las chumaceras en un motor.

Aplique las siguientes medidas de seguridad antes de realizar el mantenimiento de un motor de corriente continua: Coloque un rótulo cerca del área en donde trabaje; en el que se indique que se está trabajando en el mantenimiento del motor. Baje los interruptores del lugar en donde se encuentre el motor y guárdelos en su bolsillo. Mida la tensión en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero voltios)

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Mida la intensidad en las terminales que alimentan al motor (estas deben indicar cero amperios)

1.3 MAGNITUDES

ELÉCTRICAS Y MECÁNICAS PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

La ecuación general de la velocidad de un motor de cc., es: 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 b i i 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789

N= k

V - (R . I ) φ

En donde: Vb = tensión aplicada al inducido φ = flujo inductor N = velocidad de rotación del motor Esta expresión indica que la regulación de la velocidad de un motor de corriente continua puede hacerse actuando sobre la tensión aplicada al inducido o bien variando el flujo inductor, ya que el término Ri · Ii es muy pequeño y no modifica prácticamente la ecuación. A su vez, la regulación de la tensión aplicada al inducido puede hacerse por: CONTROL REOSTÁTICO EN EL INDUCIDO La regulación de la tensión se consigue disponiendo de una resistencia regulable en serie con el inducido, pudiendo servir para ello el reóstato de arranque. La introducción de resistencias tiene una desventaja, ya que se pierde por efecto Joule una potencia R · I2, tanto más importante, cuanto más haya de variarse la velocidad.

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REGULACIÓN POR ACOPLAMIENTO DE MOTORES Este sistema es apropiado para los servicios que necesiten de varios motores como ocurre en tracción eléctrica. Así, una locomotora que dispone de seis motores serie emplea las conexiones siguientes: Serie: en la que permanecen los 6 motores acoplados en serie, por lo que a cada motor se aplicará 1/6 de la tensión de red y los motores girarán a la velocidad más reducida. Serie-paralelo: formada por dos ramas de 3 motores en serie, y éstas a su vez en paralelo. La tensión aplicada a cada motor será de 1/3 de la tensión de red, por lo que el motor girará a mayor velocidad que en el caso anterior. Paralelo: formada por 3 ramas de 2 motores en serie. y éstas a su vez en paralelo. La tensión que se aplica a cada motor es 1/2 de la tensión de red. GRUPO WARD-LEONARD Es un sistema para regular la velocidad, por variación de tensión. Muy utilizado principalmente para trabajos duros, que consume potencias elevadas. El grupo Ward-Leonard, está compuesto por las siguientes máquinas: Grupo convertidor corriente alterna/continua, compuesto por un motor trifásico de corriente alterna y un generador de corriente continua de excitación independiente. El motor de corriente continua o de trabajo, de excitación independiente. Una excitatriz para alimentar los circuitos de excitación, si bien puede ser sustituido por un rectificador, por ser este último el que ha reemplazado ventajosamente a la excitatriz.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

La regulación del flujo inductor puede conseguirse por: CONTROL REOSTÁTICO EN EL CIRCUITO INDUCTOR

La tensión como la intensidad, se mantienen constantes, para no aumentar por encima del valor fijado por el constructor. De esta forma, un aumento de velocidad estará compensado por una disminución de flujo y viceversa.

Según la expresión de la velocidad, ésta puede variar en razón inversa al flujo, de forma que otro procedimiento de regular la velocidad de un motor es variando la corriente de excitación.

La regulación de velocidad conseguida al actuar sobre la tensión del inducido se denomina a par constante. ya que la expresión del par es:

La variación de corriente de excitación se logra intercalando un reóstato en serie con el devanado de campo en el motor derivación, y en paralelo en el motor serie. Este sistema de regulación presenta las ventajas de sencillez de realización y de reducido consumo, ya que las pérdidas por efecto Joule son: 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 2 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 r ex j 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890

N=

M=K·φ·I

Permanecen constantes la corriente absorbida I y el flujo φ. La variable será la potencia cedida, y su variación será según una recta, por ser: 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012 12345678901234567890123456789012

P=I·V=K·V I = constante

R .I

En el motor existe una derivación muy reducida la corriente Iex y en el motor serie, mínima la resistencia desviadora Rr. Sin embargo, este sistema no es muy utilizado, por ofrecer una gama de control de velocidad reducida (de 1 a 2,5). Este inconveniente surge, tanto al disminuir la velocidad, por la limitación de la saturación del circuito magnético, como en el aumento, por el excesivo valor de corriente y la consiguiente reacción de inducido. Comparación de sistemas de regulación: La regulación de velocidad conseguida al actuar sobre el flujo inductor se denomina a potencia constante, ya que la potencia cedida por el motor viene dada por la expresión: 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 máx 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890 1234567890123456789012345678901212345678901234567890

P

12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456 12345678901234567890123456

·=M·N=K·φ·I·N

El motor de excitación independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el inductor y el control por el inducido, pudiendo incluso disponer de los dos sistemas de regulación. El motor derivación no es muy adecuado para la regulación de la velocidad, si bien se utiliza la regulación a par constante en un margen reducido (de 1 a 4) También en alguna ocasión se utiliza la regulación por control del inducido, siendo el funcionamiento entonces similar al del motor de excitación independiente. El motor serie permite las regulaciones sobre el campo y sobre la tensión del inducido, aunque de por sí, el motor se ajusta automáticamente a las necesidades del momento en cuanto a par y velocidad, manteniendo la potencia prácticamente constante.

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Finalmente, del motor compound cabe añadir que su control de velocidad será el resultante de actuar sobre los circuitos derivación y serie. Cálculos de eficiencia en los motores de corriente continua Para calcular la eficiencia de un motor de corriente continua, se deben determinar las siguientes pérdidas: Sus pérdidas en el cobre Sus pérdidas por caída en las escobillas Sus pérdidas mecánicas Sus pérdidas en el núcleo Sus pérdidas rotacionales. Las pérdidas en el cobre del motor son las pérdidas I2R en los circuitos de armadura y campo del motor. Estas pérdidas pueden encontrarse conociendo las corrientes en la máquina y las dos resistencias. Para determinar la resistencia del circuito de armadura de una máquina, bloquee su rotor para que no pueda girar y aplique un voltaje de corriente continua pequeño a los terminales de armadura. Ajuste el voltaje hasta que la corriente de armadura sea igual a la corriente nominal de la máquina. La relación de voltaje aplicado a la corriente circulante en la armadura es RA. La razón para que cuando se realiza esta prueba la corriente sea aproximadamente igual al valor de plena carga, es que RA varía con la temperatura y al valor de corriente de plena carga, los devanados de la armadura están cerca de su temperatura normal de operación.

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La resistencia obtenida no es completamente precisa, porque: No está presente el enfriamiento que ocurre normalmente cuando el motor está girando. Puesto que durante la operación normal hay un voltaje de corriente alterna en los conductores del rotor, ellos adolecen de alguna cantidad de efecto pelicular, el cual eleva adicionalmente la resistencia de armadura. Los estándares sobre máquinas de corriente continua permiten un procedimiento más preciso para determinar RA, el cual puede utilizarse, si se requiere. La resistencia de campo puede determinarse suministrando el voltaje nominal de pleno campo a su circuito de campo y midiendo la corriente de campo resultante. La resistencia de campo RA es justamente la relación del voltaje de campo a la corriente de campo. Las pérdidas por caída en las escobillas a menudo son cargadas junto con las pérdidas en el cobre. Si se tratan separadamente, pueden determinarse de una gráfica de potencial de contacto versus corriente, para el tipo particular de escobillas que se estén usando. Las pérdidas por caída en las escobillas son justo el producto del voltaje de caída en las escobillas VBD por la corriente de armadura IA. Las pérdidas en el núcleo y las mecánicas usualmente se determinan juntas. Si se lleva un motor a girar libre sin carga y a la velocidad nominal, no hay potencia de salida desde la máquina. Puesto que el motor está sin carga, IA es muy pequeña y las pérdidas en el cobre de la armadura son despreciables. Por lo cual, si las pérdidas en el cobre del campo se restan de la potencia de entrada al motor, la potencia de entrada restante consta de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina a esa velocidad.

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Estas pérdidas del motor se denominan pérdidas rotacionales sin carga. En la medida que la velocidad del motor permanezca cercana a la cual fueron medidas las pérdidas rotacionales sin carga son una buena estimación de las pérdidas mecánicas y en el núcleo de la máquina bajo carga.

1.4 INSTALACIÓN Y

MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS

Para proceder a la instalación de un motor eléctrico se debe de considerar la instalación mecánica y eléctrica del mismo. Instalación mecánica Para realizar la instalación mecánica de un motor eléctrico debe de realizar los pasos siguientes: MODO DE IZAR Emplee siempre los elementos correctos para izar (elevar) los motores

1.4.1 PROCESO DE INSTALACIÓN Antes de instalar un motor eléctrico, ya sea de corriente continua, monofásico o trifásico, en el lugar de ubicación definitiva debe realiza las comprobaciones siguientes: DAÑO CAJA BORNES CORROSIÓN

DAÑO PARA VENTILADOR Figura No. 19 Forma incorrecta de levantar motores eléctricos.

DAÑO EJE

DAÑO PATAS/SOPORTES

Figura No. 18 Partes a revisar en motores eléctricos.

Comprobar que los detalles de la chapa de características concuerdan con las del pedido.

El peso máximo para izar a mano es 20 kg. bajo los hombros y por encima de la cota del suelo Debe de recordar siempre que las argollas son sólo para sostener el motor y están diseñadas para izar verticalmente

Comprobar que la potencia nominal y tipo de servicio del motor son las que corresponden a la aplicación. Comprobar que no hay tornillos flojos.

Figura No. 20 Forma de elevar un motor eléctrico.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Asegúrese de que la superficie de instalación está nivelada

Compruebe la resistencia del aislamiento de todos los bobinados con un megóhmetro de 500 V en CC. Si es menor de 10 MW, secarlos Compruebe el reglaje de la protección contra sobrecarga

Figura No. 21 Nivelación incorrecta y verificación de aprete de tornillos.

Asegúrese de apretar correctamente tuercas y tornillos, realice una inspección final del torque de tornillos antes de dar por concluida la instalación. Asegúrese de que juntas, retenes y guardas están puestos correctamente. Asegúrese de que hay ventilación y espacio adecuados para el mantenimiento. Instalación eléctrica Recuerde que la inadecuada manipulación con cualquier conductor eléctrico puede ocasionar cortocircuitos y por lo tanto, arruinar los elementos eléctricos y en el peor de los casos dañar el organismo humano. Para realizar la instalación eléctrica debe de seguir los pasos siguientes: Antes de ponerse a trabajar en una máquina, asegurarse de que su interruptor está apagado y se ha desconectado de la red >10MΩ >10MΩ

500V dc

500V 500V dc dc

V

L1 L2 L3

Figura No. 22 Medir resistencia de aislamiento.

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Recuerde que los calefactores, si los hay, tendrán tensión aunque el motor esté parado Verifique los cables de la red y recuerde que tienen que ser de la sección recomendada por fabricantes de motores eléctricos el esquema suministrado con el motor. Siempre compruebe la disposición de los bornes, luego apriete las conexiones; compruebe que la máquina movida por el motor está libre; y la rotación (desacoplado) Después de que haya realizado las conexiones y pruebas, hay que poner las tapas de las cajas de bornes. Compruebe que el motor está puesto a tierra.

1.4.2 PROCESO DE MANTENIMIENTO Al realizar el mantenimiento de motores eléctricos debe de seguir los pasos siguientes: Siempre debe desconectar la fuente de energía antes realizar cualquier reparación en motores eléctricos. Siempre consulte el catalogo de instalación y mantenimiento proporcionado por el fabricante

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Debe efectuar el mantenimiento periódico cada 2000 horas de funcionamiento o cada 3 meses. Ej: comprobar si hay indicios de daños, como grietas en ventiladores, tapas, patas, carcasas, etc. Limpie la carcasa del motor y la tapa del ventilador para quitar el polvo, suciedad, fibras, etc. Apriete los tornillos y tuercas, cables y conductores de tierra. Nunca golpee un cojinete con un martillo. Use siempre un extractor. Debe de evitar daños a los bobinados al sacar el rotor del motor. Cuando instale motores para ambiente peligrosos (gas o polvo) Consulte el catálogo de instalación y mantenimiento. Al solicitar repuestos debe de indicar el número de serie de los motores.

1.4.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD Cuando trabaje con motores eléctricos en el proceso de montaje, debe de tomar en cuenta las medidas de seguridad siguientes:

Realice de forma técnica la manipulación del motor, levántelo utilizando el mecanismo adecuado a las especificaciones relativas al peso del motor. Nunca se coloque o coloque una parte de su cuerpo debajo del motor cuando éste se encuentre levantado. Tenga cuidado en la manipulación de un motor, si no guarda las medidas de seguridad podría lastimarse las manos principalmente. Cuando manipule elementos que transporten corriente eléctrica debe de verificar el circuito esté desenergizado, podría ocasionar un corto circuito o sufrir un accidente físico. Cuando trabaje con motores eléctricos en el proceso de mantenimiento debe de tomar en cuenta las medidas de seguridad siguientes: Nunca manipule herramienta ni equipo con las manos manchadas de grasa o aceite, proceda a lavarlas antes de realizar cualquier proceso. Si trabaja con alta tensión colóquese el equipo apropiado para dicha manipulación, desenergize el circuito al realizar el mantenimiento al motor eléctrico.

Verifique que los tornillos rosquen libremente en la base metálica en que se montará el motor, en caso de no roscar proceda a machuelear las roscas o cambiar los tornillos.

Verifique el diagrama y especificaciones del motor, consulte el manual del fabricante, si lo tuviera.

Limpie el motor de grasa y aceite, limpie también el mecanismo para levantar el motor (en caso de que lo necesitara), lávese las manos y pida a la persona o personas que le ayudarán que también lo hagan.

Coloque un cartel de aviso de desconexión y mejor si deja con llave el panel donde se encuentra el equipo para energizar el circuito del motor al proporcionar mantenimiento.

Nunca deje cables sin empalmar.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

1.4.4 MEDIDAS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL Cuando realice el montaje o mantenimiento de motores eléctricos, regularmente generará desechos, debe de colocarlos en el recipiente adecuado para proceder a entregarlos a personas o instituciones dedicadas a reciclar dichos desechos, nunca deposite ni vierta los desechos en barrancos o drenajes públicos.

1.5

CAMBIO DE GIRO EN MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Figura No. 23 Motor tipo serie.

Esta curva indica que la velocidad disminuye de manera no lineal, cuando el par crece, es decir, cuando la corriente de armadura aumenta.

1.5.1 FUNCIÓN Hasta ahora se utilizaron distintas disposiciones de los electroimanes para los diferentes tipos de motores alimentados por una fuente de voltaje fijo. Esto era necesario en la época en la que se utilizaban los primeros motores, porque no se disponía de fuentes de voltaje variable, este tipo de motores se describen a continuación. Motor tipo serie Como se muestra en la siguiente figura, el motor en serie es un motor, cuyo electroimán de campo es un devanado conectado en serie con la armadura. Por lo tanto, cuando la corriente de armadura varía, la fuerza del electroimán de campo cambia y, como consecuencia, K1 y K2 alteran sus valores. Vea la figura 23. La gráfica siguiente muestra la característica velocidad en función del par de un motor c.c. serie, cuando el voltaje de armadura está fijo.

40

Figura No. 24 Característica velocidad en función del par del motor serie.

Cuando el motor en serie es alimentado por medio de una fuente de c.c. de voltaje fijo, proporciona un fuerte par de arranque y un amplio rango de velocidades de funcionamiento. Sin embargo, la velocidad, el par y la corriente de armadura dependen de la carga mecánica aplicada al motor. Los motores en serie también tienen una característica de funcionamiento no lineal. Como consecuencia, resulta difícil hacer funcionar un motor en serie con velocidad constante, cuando la carga mecánica fluctúa. Asimismo, se debe limitar la corriente de armadura durante el arranque del motor (cuando se lo energiza), para evitar dañarlo.

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Finalmente, un motor en serie nunca debe funcionar sin carga mecánica, porque su velocidad puede aumentar hasta alcanzar valores muy elevados (motor embalado), que pueden dañar el motor. En la actualidad, los motores serie pueden funcionar con fuentes de voltaje fijo, como los motores de arranque de los automóviles o con fuentes de voltaje variable, como los sistemas de tracción.

IA

FUENTE DE ALIMENTACIÓN CC A VOLTAJE FIJO

REÓSTATO DE CAMPO

IF ARMADURA DEVANADO DE CAMPO EN DERIVACIÓN

+ EA

Figura No. 25 Motor shunt.

Motor shunt El motor shunt es un motor cuyo electroimán de campo es un devanado en derivación, conectado en paralelo con la armadura. Como lo muestra la figura siguiente, dicho devanado y la armadura se conectan a la misma fuente c.c. de voltaje. La misma figura indica que para un voltaje de armadura fijo, las constantes k1 y k2 permanecen estables y la característica velocidad en función del par es muy similar a la obtenida para un motor c.c. con excitación independiente, alimentado por una fuente c.c. de voltaje fijo. Al igual que para el motor c.c. con excitación independiente, las características (K1 y K2) de un motor shunt se pueden cambiar, variando la corriente de campo por medio de un reóstato. Sin embargo, resulta muy difícil variar la velocidad de un motor shunt cambiando el voltaje de armadura, porque se altera la corriente de armadura. De este modo se modifican las características del motor y se crea una oposición a la variación de la velocidad. La ventaja principal de un motor shunt es que requiere una única fuente c.c. de voltaje fijo, para alimentar la armadura y el devanado en derivación.

VELOCIDAD n (r/min)

MOTOR EMBALADO

CARACTERÍSTICA EN VACÍO

CORRIENTE DE CAMPO I F

(A)

VELOCIDAD n (r/min)

VOLTAJE DE ARMADURA FIJO

PAR TSALDEL MOTOR (N . m O lbf . plg) Figura No. 26 Característica velocidad del motor shunt.

Además, la velocidad cambia muy poco, cuando la carga mecánica varia. No obstante, un motor shunt tiene un rango de velocidades limitado, porque no es fácil variar la velocidad cambiando el voltaje de armadura.

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Asimismo, se debe limitar la corriente de armadura durante el arranque del motor (cuando se lo energiza), para evitar dañarlo. Por último, cuando el devanado en derivación se abre accidentalmente, la corriente de campo IF se hace cero, la velocidad aumenta rápidamente y el motor se embala, como lo sugiere la característica velocidad, en función de la corriente de campo de la figura anterior.

IA

REÓSTATO DE CAMPO

FUENTE DE ALIMENTACIÓN CC A VOLTAJE FIJO

IF ARMADURA DEVANADO DE CAMPO EN DERIVACIÓN

Motor compound Es posible combinar los devanados en serie y en derivación para obtener una característica particular de la velocidad en función del par. Por ejemplo, para obtener la característica de velocidad decreciente, cuando el par del motor aumenta, se puede conectar un devanado en serie con la armadura, para que el flujo magnético que dicho devanado produce, se adicione al flujo magnético que crea el devanado en derivación. Como resultado, el flujo magnético aumenta automáticamente con el incremento de la corriente de armadura. Este tipo de motor c.c. se llama motor compound acumulativo, porque los flujos magnéticos producidos por los devanados en serie y en derivación, se suman entre sí. Los devanados paralelos y en serie también se pueden conectar para que los flujos magnéticos se resten uno del otro. Con esta conexión se obtiene el motor compound diferencial, que se usa raramente porque el motor se vuelve muy inestable, cuando la corriente de armadura aumenta. La figura siguiente muestra un motor compound. Ver figura 27.

42

EA

Figura No. 27 Motor compound. VELOCIDAD n (r/min)

VOLTAJE DE ARMADURA FIJO

PAR TSALDEL MOTOR (N . m O lbf . plg) Figura No. 28 Característica velocidad en función del par.

Esto significa en el caso del motor de corriente continua que su sentido de giro dependerá del sentido de la corriente Ie que circula por el devanado de excitación (inductor) y del de la corriente Ia por el devanado de inducido. Cuando se desee invertir el sentido de giro deberá invertirse el sentido de una de estas corrientes.

Sentido de giro del motor Según la regla de la mano izquierda, el sentido de la fuerza que actúa sobre un conductor recorrido por una corriente y situado en un campo magnético, depende de los sentidos del campo y la corriente.

+

Giro a la izquierda

Giro a la derecha

Figura No. 29 Sentido de giro de un motor de corriente contínua.

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El sentido de giro de un motor de corriente continua, puede invertirse cambiando el sentido de la corriente que circula por el inducido o el de la que circula por el inductor.

La figura siguiente representa el mismo motor de la figura anterior, en el que se ha conseguido el cambio del sentido de rotación por inversión de la corriente en el inductor. En este caso se han permutado los terminales del arrollamiento inductor.

Cuando deba cambiarse frecuentemente el sentido de giro de un motor de corriente continua, se invertirá el sentido de la corriente de inducido, con lo que se evitan las elevadas tensiones que aparecen por autoinducción, cuando se conmuta el devanado de excitación.

1.5.2 CAMBIO DE GIRO EN MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Figura No. 31 Otro sistema para invertir el sentido de giro de un motor en serie bipolar (inversión de la corriente en los polos)

Para cambiar el sentido de rotación de un motor de corriente continua hay que invertir la corriente en el inducido o en el inductor. En los motores en serie lo normal es invertir el sentido de la corriente en el inducido, como se indica en la figura siguiente.

Figura No. 32 Pequeño inversor de tambor.

Proceso de ejecución A continuación se describe el proceso para arrancar manualmente un motor en serie con un inversor de tambor. Herramienta que utilizará: Destornilladores Figura No. 30 Modo de cambiar el sentido de giro de un motor en serie bipolar (inversión de la I en el inducido)

Basta permutar los portaescobillas para conseguir la inversión deseada.

Navaja Alicate Pinza

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Materiales que utilizará: Un inversor de giro manual tipo tambor (manivela)

Arrollamiento inducido

Dos fusibles Diazed de porcelana de 16 Amperios (base y tapón) Doce metros de alambre de cobre de TW No.12 Un tablero de lámina perforada. Riel DIN para acoplar los elementos de control.

+ L1 -

L2

Arrollamiento en serie

Figura No. 33 Motor en serie conectado a un inversor de tambor (marcha adelante)

Cinta de aislar. 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123

Bornera de conexión.

El motor debe estar completamente parado antes de mover la manivela en cualquier dirección. Cuando el motor en serie está parado, la manivela se encuentra en el punto central; para la marcha en un sentido se mueve la manivela hacia la derecha, y para la marcha en sentido inverso se dispone primeramente la manivela en la posición de paro y luego mueva hacia la izquierda.

Banco de trabajo. Tornillos. Equipo que utilizará: Multímetro Tacómetro

PASO

1

Monte los accesorios para accionamiento manual. - Busque posición de accesorios. - Asegure accesorios con tornillos.

PASO

2

Realice la conexiones, como se indica en la figura siguiente. Vea la figura 33.

PASO

3

Compruebe las conexiones, midiendo continuidad en el circuito del motor en serie.

44

PASO

4

Energice el motor, cambiando la posición de la manivela de la posición de paro hacia la derecha. Mida con el tacómetro, las revoluciones del motor en serie y compárelas con las indicadas en la placa de características. Pare el motor en serie, regresando la manivela a la posición del centro (paro), y luego mueva la manivela hacia el sentido inverso (izquierda)

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MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

PASO Arrollamiento inducido

+L1 -L 2

Arrollamiento en serie

Figura No. 34 Motor en serie conectado a un inversor de tambor (manivela)

5

Desenergice el motor en serie, verificando con el multímetro la ausencia de tensión.

1.5.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD Durante las distintas conexiones, usted estará en presencia de voltajes elevados. No realice ninguna conexión en los circuitos bajo tensión.

Tus apuntes

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45

Instrucciones: con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y de acuerdo a los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades: 1. Partes de un motor compound En forma individual realicen un dibujo de las partes de un motor compound, el dibujo debe de ser lo suficientemente grande, pues servirá para exponer en el salón de clases el funcionamiento de cada una de dichas partes dentro del motor mencionado. La elección de los participantes la hará el facilitador. 2. Arranque de motor de corriente continua En grupos de cinco participantes investiguen las distintas formas de realizar el arranque de motores de corriente continua. Deben de realizar una presentación del trabajo realizado en forma gráfica, además deben de entregar un reporte al facilitador. 3. Motores de corriente continua más utilizados En parejas investiguen sobre por lo menos cinco máquinas industriales que utilicen motores de corriente continua, el tipo de mantenimiento que dichos motores reciben y el trabajo que realizan dichos motores en la máquina. Realizar un reporte y entregarlo al facilitador. 4. Características de motores de corriente continua En grupos de tres participantes deben investiguen las características de los motores de corriente continua en cuanto a tamaño, características eléctricas y mecánicas máximas y mínimas de dichos aparatos actualmente utilizados en la industria y sus aplicaciones. Realizar un reporte y entregarlo al facilitador. 5. Simbología normalizada para motores de corriente continua Investigue en forma individual sobre los distintos tipos de simbología utilizada en la representación gráfica de motores eléctricos de corriente continua, el nombre y siglas de las instituciones normalizadoras y el tipo de normativa adoptada en el país. Realizar un reporte y entregarlo al facilitador.

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

El motor de corriente continua convierte la potencia eléctrica en mecánica y utiliza en principio de inducción magnética o sea que la alimentación del motor es eléctrica y se aplica un voltaje de corriente directa en sus terminales. Los motores de corriente continua, son máquinas utilizadas como motores o como generadores, dependiendo de la dirección del flujo de potencia a través de ella. Las partes principales de un motor de corriente continua son la armadura, el núcleo laminado sobre el cual se devana la armadura, las escobillas, el conmutador, la carcaza, los polos de campo, las tapaderas y chumaceras. Se debe de considerar las especificaciones del fabricante en relación a la construcción de dichas partes. Los motores de corriente continua son el tipo serie, shunt y compound, externamente son iguales, la diferencia entre uno y otro es la manera en que se construyen las bobinas inductoras y por la manera de conectarlas al arrollamiento del inducido. Se debe de tener en cuenta que un motor eléctrico de corriente continua en serie nunca debe de funcionar sin carga mecánica, pues la velocidad puede variar alcanzado valores muy elevados, produciendo daños irreversibles en dicho motor. La velocidad de un motor shunt puede variar variando la corriente de campo por medio de un reóstato y es muy difícil variar la velocidad de dicho motor cambiando el voltaje de armadura, porque se altera la corriente de armadura. El arranque de motores de corriente continua se realiza básicamente de dos maneras; arranque directo e inversión de giro manual o por medio de contactores. La corriente de arranque a tensión nominal es mayor en motores CD comparada con un motor AC de la misma potencia. Para cambiar el sentido de giro en un motor eléctrico de corriente continua, es necesario únicamente cambiar el sentido de la corriente a través de dicho dispositivo.

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Instrucciones: a continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta. Subraye la correcta, de acuerdo a los contenidos estudiados. 1. El motor______________________ es un motor cuyo electroimán de campo es un devanado en derivación, conectado enparalelo con la armadura. A) B) C) D)

Tipo serie Compound Shunt Dahlander

2. El sentido de rotación de un motor de corriente puede invertirse cambiando el sentido de la corriente que circula por el inducido o el de la que circula por el inductor. A) B) C) D)

Continua Alterna Pulsante Monofásica

3. El ____________________________ es una parte del motor de CC que consiste de barras de cobre de forma rectangular, que están montadas sobre la flecha o eje y aisladas, formando un círculo alrededor del eje. A) B) C) D)

Conmutador Núcleo Estator Colector

4. El motor _____________________ es un tipo de motor en el cual se puede variar la resistencia del circuito del rotor conectando resistores adicionales. A) B) C) D)

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Compound Jaula de ardilla Anillos rozantes Inducción

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MOTORES

ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS OBJETIVOS de la unidad

El estudio del contenido de esta unidad, contribuirá a que usted adquiera las competencias para:

„

Instalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos monofásicos de inducción, de acuerdo a especificaciones técnicas.

„

Instalar y proveer mantenimiento a motores eléctricos monofásicos universales, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Motor universal

2.1 MOTORES

ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Los motores monofásicos son alimentados únicamente con una fase de corriente alterna, no son capaces de arrancar por sí mismos, por esta razón estos motores necesitan de un sistema auxiliar. Los motores monofásicos, se utilizan para bajas potencias, desde ¼ hasta 10 HP y tienen una diversidad de aplicaciones, sobre todo en aparatos de uso doméstico, tales como: bombas de agua, lavadoras, refrigeradoras, congeladores, aspiradoras, etc.

2.1.1 DEFINICIÓN DE MOTOR MONOFÁSICO

Estos motores se denominan así, porque pueden trabajar tanto con corriente continua, como con corriente alterna y muestra idénticas características de funcionamiento para ambos tipos de corriente. El motor universal tiene una curva par-velocidad ligeramente mejorada y es más eficiente con corriente continua, estos motores son probablemente lo motores más pequeños de propósito especial, usados en aparatos eléctricos portátiles. Sus características más importantes son: corriente de arranque alta, alta velocidad, de tamaño pequeño y la velocidad del motor cambia con las variaciones de carga. EJE DEL ROTOR VENTILADOR

ESTATOR

COLECTOR

Los motores de corriente alterna monofásicos, son motores que utilizan corriente alterna para funcionar adecuadamente y sólo requieren alimentación de una línea de fase y un neutral.

ROTOR

ESCOBILLA

Figura No. 36 Motor universal.

Motor de fase partida: Figura No. 35 Motor monofásico.

2.1.2 TIPOS DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS Y SUS CARACTERÍSTICAS Los motores eléctricos monofásicos, según su forma de arranque, pueden dividirse en:

50

Estos motores tienen dos devanados, uno principal y otro de arranque; la alta resistencia del devanado de arranque crea un corrimiento de fase que induce un par de torsión, que causa la rotación inicial del motor y la aceleración. Cuando se alcanza una velocidad predeterminada, un mecanismo centrífugo abre el circuito del devanado de arranque; entonces el motor acelera solamente con la energía del devanado principal y gira como un motor de inducción.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Las características más importantes de este tipo de motor son que este motor tiene una corriente de arranque mediana, es de construcción simple, se utilizan para servicio prolongado y su velocidad es casi constante.

Sus características son: corriente de arranque alta, bajo costo, pequeño, construcción simple y velocidad casi constante. DEVANADO AUXILIAR DE ARRANQUE ROTOR DE JAULA DE ARDILLA FUENTE DE ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA DEVANADO PRINCIPAL DE CAMPO

Figura No. 38 Capacitor de arranque de motor monofásico.

INTERRUPTOR DE ARRANQUE

2.1.3 PARTES DEL MOTOR MONOFÁSICO Y SU FUNCIONAMIENTO

Figura No. 37 Diagrama esquemático de un motor de fase partida.

Motor con capacitor Los motores de arranque por capacitor son similares a los motores de fase dividida, excepto por el hecho de que un capacitor está colocado en serie con el devanado de arranque, para producir un par de torsión mayor de arranque y aceleración. Después de haber alcanzado cierta velocidad, un interruptor centrífugo desconecta el devanado de arranque.

Las partes más importantes que forman un motor eléctrico monofásico se muestran en la figura No. 39 y son las siguientes: El estator: es el lugar donde está el devanado principal y de arranque del motor, los que producen los campos magnéticos principal y de arranque. 11

2

8

12

10 9 3

4

7

1

6 5

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Retenedor Platillo A/S B5 Platillo A/S B3 Arandela Rodamiento AS Carcasa estator

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Platillo Bs/B3 Rodamiento BS Ventilador Caperuza Tapa caja de bornes Regleta de bornes

Figura No. 39 Partes de un motor monofásico.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

El rotor: es la parte donde se produce el movimiento de rotación el que transfiere la energía mecánica a través del eje, hacia las máquinas o equipos, existen dos tipos de rotores: rotor devanado y rotor jaula de ardilla. Interruptor centrífugo: dispositivo de mazas rotativas, que cuando alcanza cierta velocidad, se abre, desconectando el devanado de arranque. La cubierta o carcaza: sirve para proteger al motor de los factores ambientales como de salpicaduras, polvos, suciedad, riesgos de explosión, etc. así como proteger al operador de los riesgos de accidentes. Sistema de enfriamiento: sirve para eliminar el calor producido por el calentamiento de los devanados, este sistema consiste en un ventilador y ranuras de disipación del calor. Rodamientos: cojinetes de bolas o rodillos, que ayudan para que la rotación del eje (rotor) sea libre de fricción y minimiza las pérdidas. Caja de conexiones: como su nombre lo indica, es una caja donde están todas las puntas de los conductores de los devanados del motor conectadas a una bornera en espera de los conductores de alimentación. Capacitor: dispositivo eléctrico, formado por dos placas de material conductor separadas por un material aislante, enrolladas en forma paralela. Su función principal es producir un desfase entre el campo magnético principal y el de arranque.

2.2 MOTOR DE FASE PARTIDA

El motor de fase partida es un motor de corriente alterna de potencia equivalente a una fracción de caballo, que se emplea para accionar aparatos como lavadoras, quemadores de aceites pesados, pequeñas bombas de agua, taladros, sierras para madera, etc.

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Este tipo de motor se conecta normalmente a una red monofásica de alumbrado o de fuerza, y se utiliza cuando el par de arranque necesario es moderado. Figura No. 40 Motor de fase partida.

2.2.1 MOTOR DE FASE PARTIDA La “National Electrical Manufactures Association” (NEMA) define el motor de fase partida en estos términos: Motor de inducción monofásico provisto de un devanado auxiliar desplazado magnéticamente respecto al devanado de trabajo y conectado en paralelo con este último. La American Standars Association (ASA) en su definición para un Motor de fase partida lo cataloga como un motor de inducción monofásico con un devanado auxiliar desplazado en su eje magnético y conectado en paralelo con el devanado de trabajo. El objeto del devanado auxiliar también llamado de arranque, es conseguir el arranque del motor monofásico. Para ello es preciso que los flujos magnéticos engendrados por los dos devanados (auxiliar y de trabajo) del estator estén desplazados en el espacio y desfasados en el tiempo. La primera condición se cumple disponiendo geométricamente cada devanado en posición adecuada con respecto al otro, 90 grados en el estator. La segunda condición se logra variando la resistencia y la reactancia inductiva del devanado auxiliar. Para obtener una diferencia de fases entre dos devanados conectados en paralelo, ambos devanados tendrán que diseñarse, de tal manera que su resistencia óhmica y su reactancia sean tan diferentes como sea posible.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

La resistencia de un devanado es directamente proporcional al número de espiras. Si el número de espiras en el devanado auxiliar se reduce, su reactancia se hace menor que la del devanado de trabajo y si se utiliza un conductor más delgado se incrementa la resistencia, con lo cual la corriente en las dos ramas se desfasa en un ángulo suficiente para obtener el par de arranque necesario. La figuras 41 y 42 muestra en forma esquemática la relación entre las corrientes en ambos devanados de motor de fase partida. La corriente en el devanado auxiliar tendrá respecto al voltaje aplicado V un ángulo de atraso menor que el correspondiente a la corriente It que circula por el devanado de trabajo, de modo que el ángulo a entre ambas corrientes tenga un valor adecuado. Una diferencia de fases entre devanado de trabajo y de arranque de 25 a 30º suele dar resultados satisfactorios.

VL

IL

IL

Ia

Figura No. 41 Esquema de las intensidades que circulan en un motor de fase partida.

12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 L 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901

IL Ia It V

= Intensidad de línea. = Intensidad de arranque. = Intensidad de trabajo. = Voltaje de línea.

Figura No. 42 Angulo entre las corrientes en un motor de fase partida.

12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901 12345678901234567890123456789012123456789012345678901

V Ia It a

= Voltios. = Intensidad de arranque. = Intensidad de trabajo. = Angulo de desfase,

El devanado auxiliar está hecho de un conductor mucho más delgado que el del devanado de trabajo y conduce una corriente de intensidad comparable mayor. Para evitar que el devanado auxiliar se sobrecaliente, es de comprender que sólo sirve para arrancar el motor, por lo tanto, se le retira del circuito una vez que el rotor ha alcanzado cierta velocidad. El sistema de fase partida es por tanto, un medio económico de obtener el par de arranque necesario de un motor de inducción monofásico, y por tal motivo este tipo de motor es uno de los más utilizados. Cabe mencionar que el par que puede obtenerse con este tipo de motor es relativamente reducido, puesto que está limitado por el ángulo de desfasamiento entre la corriente del devanado de trabajo y la del devanado auxiliar y este valor no puede incrementarse mas allá de cierto límite. Por esta causa, en algunas aplicaciones que requieren un elevado par inicial es necesario utilizar un motor de arranque por capacitor. Para tener una idea de las magnitudes que intervienen enseguida se examinan los datos de diseño de un motor de fase partida de 1/3 hp, cuatro polos, 1725 rpm, 120 V y 60 Hz. En este motor se utiliza un volumen de hierro en el núcleo de casi 900 cm cúbicos, lo que equivale al material activo necesario para un motor trifásico de 1/2 hp. Esto es indicativo del mayor contenido de material que se requiere en un motor monofásico. El devanado de trabajo consta de 316 espiras de alambre magneto de cobre calibre 17 (de 1.2 mm de diámetro), con un peso total de 0.690 kg, en tanto, que el devanado auxiliar está constituido por 212 espiras de alambre magneto de cobre calibre 23 (de 0.617 mm de diámetro) y con un peso total de apenas 0.136 kg.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

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Este motor desarrolla un par de arranque equivalente al 196% del nominal y un par máximo del 264%, lo que resulta satisfactorio en la mayor parte de las aplicaciones.

2.2.2 PARTES DEL MOTOR DE FASE DE PARTIDA Este motor consta de cuatro partes principales que son: 1. Una parte giratoria, llamada rotor.

ROTOR El rotor (figura 44) se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de elevada calidad magnética. La segunda es el eje, sobre el cual va ajustado a presión el paquete de chapas. La tercera es el arrollamiento llamado “de jaula de ardilla” (figura 45), que consiste en una serie de barras de cobre de gran sección, alojadas en sendas ranuras mediante dos gruesos aros de cobre, situados una a cada extremo del núcleo. En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotórico es de aluminio y está fundido de una sola pieza. De este tipo es el rotor que aparece en la figura 44.

2. Una parte fija, llamada estator 3. Dos escudos o placas terminales sujetos a la carcasa del estator mediante tornillos o pernos. 4. Un interruptor centrífugo, dispuesto en el interior del motor.

Figura No. 44 Rotor tipo jaula de ardilla.

Figura No. 45 Jaula de ardilla de un rotor de motor de inducción.

ESTATOR Figura No. 43 Esquema de conexiones de un motor de fase partida y partes (Simbología Europea)

1. Rotor o inducido. 2. Estator. 3. Devanado auxiliar o de arranque. 4. Devanado de trabajo o de régimen. 5. Interruptor centrífugo. 6. Placa de bornes con nomenclatura de bornes U,V,W,R,T,Z.

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El Estator se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición, dentro de la cual está introducido a presión el núcleo de chapas, y de dos devanados de hilo de cobre aislado alojados en las ranuras y llamados respectivamente devanado de trabajo y devanado auxiliar. Al devanado de trabajo también se le da los nombres de devanado principal y devanado de régimen. Al devanado auxiliar también se le da el nombre de devanado de arranque.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

La figura 46 muestra el aspecto exterior de un estator, y la figura 47 el esquema de ambos devanados. En el instante del arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación; sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el devanado de arranque es desconectado automáticamente de la red por medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor. 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 STATOR 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567

E

se compone de:

El núcleo de chapas de acero Una carcasa de acero

2 devanados de hilo de cobre

Figura No. 47 Esquema de los devanados de un motor de fase partida.

ESCUDOS O PLACAS TERMINALES Los escudos o placas terminales están fijados a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos; su misión principal es mantener el eje del rotor en posición invariable. Cada escudo tiene un orificio central previsto para alojar el cojinete, ya sea de bolas o de deslizamiento, donde descansa el extremo correspondiente del eje rotórico. Los dos cojinetes cumplen las siguientes funciones: sostener el peso del rotor, mantener a éste exactamente centrado en el interior del estator, permitir el giro del rotor con la mínima fricción y evitar que el rotor llegue a rozar con el estator. INTERRUPTOR CENTRÍFUGO

Figura No. 46 Estator de motor de fase partida.

A. Devanado auxiliar o de arranque. B. Devanado de trabajo de régimen o principal.

El interruptor centrífugo va montado en el interior del motor. Su misión es desconectar el devanado auxiliar o de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. El tipo más corriente consta de dos partes principales, un fija (figura 48), y otra giratoria. La parte fija esta situada por lo general, en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar, en algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.

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Figura No. 48 Parte fija del interruptor centrífugo, montado sobre la placa de bornes.

El funcionamiento de un interruptor centrífugo es el siguiente (figura 49): mientras el rotor está en reposo o girando a poca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte fija. Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos contactos y permite por tanto que se separen, con lo cual el devanado auxiliar o de arranque queda automáticamente desconectado de la red de alimentación.

Int. centrífugo A)

Int. centrífugo B)

Figuras No. 49 y 50 Funcionamiento del interruptor centrífugo.

A) Contactos cerrados durante el arranque. B) Los contactos se abren al llegar al 75% de la velocidad de régimen. En otro tipo de interruptor centrífugo, más antiguo, la parte fija está formada por dos segmentos semicirculares de cobre, montados en la cara interior del escudo frontal y aislados uno de otro.

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La parte giratoria se compone de tres láminas de cobre que deslizan sobre el borde de los segmentos durante la fase de arranque. Ambas partes se ha representado en la figura 51, mientas el motor arranca, las tres láminas permanecen en contacto con los segmentos y los cortocircuitan, con lo cual el devanado de arranque queda conectado a la red, en cuanto el rotor alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, la fuerza centrífuga hace que se levanten las láminas y éstas, al separarse de los segmentos, desconectan el del devanado de arranque.

Parte rotativa

Parte fija

Figuras No. 51 Partes jiratoria y fija de un interruptor centrífugo de tipo antiguo.

Existen ciertas aplicaciones, por ejemplo, los compresores herméticos para refrigeración, en los que no sería factible tener un interruptor centrífugo dentro del motocompresor. En este caso se extraen las tres terminales del motor y se instala un relevador (relé) electromagnético externo para desconectar el devanado auxiliar. En el tipo de relevador accionado por corriente (figura 52), se tiene una bobina de control B en serie con el devanado de trabajo, que acciona un juego de contactos (c-c) normalmente abiertos intercalado en el circuito del devanado auxiliar. Cuando se aplica el voltaje de línea al devanado de trabajo, la corriente de arranque que toma es elevada y el campo magnético que se genera en la bobina B es lo bastante intenso para atraer el núcleo (n) hacia arriba y cerrar los contactos (c-c), alimentando así al devanado. Una vez que el motor se ha puesto en marcha, la corriente que toma el devanado de trabajo será apenas 1/5 ó 1/6 de la inicial, y por tanto la fuerza

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que ejerce la bobina (B) sobre el núcleo (n) ya no es capaz de retenerlo levantando en la parte superior, de modo que los contactos se abren al bajar el núcleo. Generalmente la bobina B actúa contra la gravedad, por lo que el relevador debe instalarlo en posición vertical, auque hay algunos diseños de relés que mediante un resorte pueden operar en cualquier posición.

2.2.3 INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA La inversión del sentido de giro resulta una operación muy sencilla en un motor de fase partida, pues basta que permute la conexión de los terminales (T) del devanado de trabajo o del devanado de arranque. La figura 54 muestra esquemáticamente el mismo motor representado en la figura 55, pero con la conexión de los terminales del devanado de arranque permutada.

Devanado de trabajo Figura No. 52 Motor de fase partida con relevador de arranque del tipo corriente.

Auxiliar

Red

En años recientes se han desarrollado interruptores de tipo electrónico (interruptor de estado sólido) para el arranque de motores monofásicos. El tipo más común consiste en un dispositivo triac con un circuito de control que permite discriminar entre las condiciones de arranque y de marcha. Para evitar la posibilidad de resonancia debido a la carga inductiva que presenta el devanado auxiliar, la capacidad del triac se puentea con un resistor de resistencia no lineal. Este tipo de interruptor tiene la ventaja de que la adición de un segundo triac permite invertir el sentido de rotación del motor sin detener su marcha.

inf. centrífugo

Figura No. 54 Motor de fase partida con conexión del devanado de arranque (auxiliar) para giro a la derecha.

Devanado de trabajo

Auxiliar

Devanado auxiliar Red

V

Tinac

M

circuito de control

inf. centrífugo Devanado de trabajo

Figura No. 53 Motor de fase partida con interruptor de arranque de estado sólido.

Figura No. 55 Motor de fase partida con conexión del devanado de arranque (auxiliar) para giro a la izquierda.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

La mayoría de los motores de fase partida llevan una placa de bornes montada sobre uno de los escudos. En vez de hacer salir los terminales de los devanados al exterior, éstos se conectan a sus respectivos bornes de la placa. En motores de este tipo, la parte fija del interruptor centrífugo suele estar también montada sobre la citada placa. Para que invierta el sentido de giro de un motor con una sola tensión de servicio, provisto de placa, permute la conexión a los bornes de los terminales del devanado auxiliar o permute la conexión a los bornes de los terminales del devanado de trabajo. A veces es necesario conectar el motor de manera que gire siempre en un solo sentido, por regla general en sentido contrario al de las agujas del reloj (mirando el motor por el extremo opuesto al de accionamiento) Esto puede conseguirse fácilmente, recordando que el sentido de giro es el indicado por la sucesión de un polo del devanado de trabajo. La explicación de esto es que el campo magnético del devanado auxiliar se genera antes que el del devanado de trabajo. Por consiguiente, todo sucede como si el campo magnético girase desde un polo del devanado auxiliar hacia el polo más próximo y de igual signo del devanado de trabajo. Como el rotor es arrastrado por el campo magnético giratorio, su sentido de rotación coincide con el de éste.

La figura 56 le muestra un motor de fase partida para dos tensiones de servicio, las conexiones se efectúan para que funcione a 120 V y con un sentido de giro hacia la izquierda. Note que el motor posee dos devanados de trabajo, los que le servirán para que funcione con una u otra tensión. Para que el motor funcione con 120 V, conecte estos dos devanados en paralelo. Para que funcione a 220 V, conéctelos en serie. (figura 57). Si desea cambiar el giro del motor basta con permutar T5 y T8.

Figura No. 56 Motor de fase partida previsto para funcionar con dos tensiones de servicio distintas. La conexión está para que funcione con 120V y con giro a la izquierda.

A. Devanado de trabajo, parte 1. B. Devanado de trabajo, parte 2.

Resulta, pues, fácil conectar los devanados de trabajo y auxiliar de modo que se consiga un determinado sentido de giro en el motor.

C. Devanado auxiliar o de arranque.

2.2.4 CONEXIÓN DE UN MOTOR DE FASE PARTIDA PARA DOS TENSIONES DE SERVICIO Algunos motores de fase partida vienen para funcionar a dos tensiones de servicio, generalmente 120 y 220 voltios alternos. Es importante, que realice las conexiones adecuadas en la placa de bornes del motor para la red de alimentación a la que se va a conectar el motor de fase partida.

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Figura No. 57 Designación y conexión de los terminales en un motor de fase partida para dos tensiones de servicio. En la parte de arriba para 120V y abajo para 220 V.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en "joule" y se representa con la letra "J". Figura No. 58 Esquema que muestra la disposición y conexión de los devanados en un motor tetrapolar de fase partida, previsto para dos tensiones de servicio. El esquema reproduce las conexiones para la tensión más baja (120 V) y un sentido de giro a la izquierda.

A. Devanado de trabajo, parte 1. B. Devanado de trabajo, parte 2.

2.3.2 POTENCIA ELÉCTRICA Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra "P".

C. Devanado auxiliar o de arranque. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

2.3 CÁLCULO DE

MAGNITUDES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS EN MOTORES MONOFÁSICOS

Para realizar cálculos relativos a motores eléctricos monofásicos se debe hacer referencia a conceptos vistos en otros capítulos relativos a este manual.

2.3.1 ENERGÍA Por ejemplo, para entender qué es la potencia eléctrica, es necesario conocer primeramente el concepto de "energía", que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una

La unidad de medida de la potencia eléctrica "P" es el "watt", y se representa con la letra "W".

2.3.3 CÁLCULO DE LA POTENCIA DE UNA CARGA ACTIVA (RESISTIVA) La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en amper. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula: 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789 12345678901234567890123456789012123456789

P= V . I

El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt (W)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Por tanto, si sustituimos la "P" que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la "W" de watt, tenemos también que: P= W, por tanto, 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345

W= V . I

Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación matemática correspondiente: 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121

I= W V

Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación. 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345 12345678901234567890123456789012123456789012345

1 watt = 1 volt · 1 ampere

La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-hora (vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.

En el segundo caso, obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje de la red eléctrica y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm (Ω) que posee la resistencia de la carga conectada. El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea ésta una resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer leyéndolo directamente en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

2.3.4 CÁLCULO DE LA POTENCIA DE CARGAS REACTIVAS (INDUCTIVAS)

P= I2 . R

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de "phi" (Cos π) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, consumidores de energía eléctrica que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores, que es nuestro objeto de estudio.

P= V R

Las resistencias puras, como la de las bombillas de alumbrado incandescente y halógena, y los calentadores eléctricos que emplean resistencia de alambre nicromo (NiCr), tienen carga activa o

Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar, indistintamente, una de las dos fórmulas que aparecen a continuación: 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121

2

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En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm (Ω) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

resistiva y su factor de potencia es igual a "1", que es el valor considerado ideal para un circuito eléctrico; por tanto, ese valor no se toma en cuenta a la hora de calcular la potencia de consumo de esos dispositivos. Sin embargo, las cargas reactivas o inductivas, como la que poseen los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que "1" (generalmente su valor varía entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestión y de la red de suministro eléctrico varía cuando el factor se aleja mucho de la unidad, traduciéndose en un mayor gasto de energía y en un mayor desembolso económico. No obstante, tanto las industrias que tiene muchos motores eléctricos de corriente alterna trabajando, así como las centrales eléctricas, tratan siempre que el valor del factor de potencia, llamado también coseno de "fi" (Cos), se acerque lo más posible a la unidad en los equipos que consumen carga eléctrica reactiva. Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en una placa metálica junto con otras características del equipo. En los motores eléctricos esa placa se encuentra situada generalmente en uno de los costados, donde aparecen también otros datos de importancia, como el consumo eléctrico en watt (W), voltaje de trabajo en volt (V), frecuencia de la corriente en hertz (Hz), amperaje de trabajo en ampere (A), si es monofásico o trifásico y las revoluciones por minuto (rpm o min-1) que desarrolla.

La fórmula para hallar la potencia de los equipos que trabajan con corriente alterna monofásica, teniendo en cuenta su factor de potencia o Cos es la siguiente: 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789

P= V.I.Cos.ϕ

De donde: P V I Cos

= Potencia en watt (W) = Voltaje o tensión aplicado en volt (V) = Valor de la corriente en amper (A) = Coseno de "fi" (phi) o factor de potencia (menor que "1")

Si queremos conocer la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10,4 amper (A), posee un factor de potencia o Cos ϕ = 0,96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V), sustituyendo estos valores en la fórmula anterior tendremos: 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890

P = 220 ó 10,4 ó 0,96 = 2196,48 watt

Como vemos, la potencia de ese motor eléctrico será de 2 196,48 watt. Si convertimos a continuación los watt obtenidos como resultado en kilowatt dividiendo esa cifra entre 1000, tendremos: 2196,48 ÷ 1000 = 2,2 kW aproximadamente.

2.3.5 MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE LA POTENCIA EN WATT MÚLTIPLOS kilowatt (kW) = 103 watt = 1 000 watt kilowatt-hora (kW-h) -Trabajo realizado por mil watt de potencia en una hora. Un kW-h es igual a 1 000 watt x 3 600 segundos o sea, 3 600 000 joule (J)

Figura No. 59 Placa colocada al costado de un motor monofásico de corriente alterna, donde aparece, entre otros datos, su potencia en kilowatt (kW), o en C.V. (H.P.)

SUBMÚLTIPLOS miliwatt (mW) = 10-3 watt = 0,001 watt microwatt ( W) = 10-6 watt = 0,000 001 watt

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

CABALLO DE FUERZA (HP) O CABALLO DE VAPOR (C.V)

En esta sección se aclarará qué es cada cosa para evitar falsos mitos. Veamos lo que nos dice la física:

Caballo de fuerza (HP) o caballo de Vapor (C.V.) Los países anglosajones utilizan como unidad de medida de la potencia el caballo de vapor (C.V.) o Horse Power (H.P.) (caballo de fuerza) 1 H.P. (o C.V.) = 736 watt = 0,736 kW 1 kW = 1 / 0,736 H.P. = 1,36 H.P.

2.3.6 PAR MOTOR El par motor, es la fuerza que es capaz de ejercer un motor en cada giro. El giro de un motor tiene dos características: el par motor y la velocidad de giro. Por combinación de estas dos se obtiene la potencia. Un ejemplo práctico para comprender la diferencia entre par y potencia lo podemos observar en los pedales de una bicicleta; en donde el motor sería la persona que pedalea y el par motor, en ese caso, la presión o fuerza que ejerce sobre los pedales. Si por ejemplo, la persona conduce su bicicleta a una determinada velocidad fija, digamos unos 15 km/h, en un piñón bajo, dando 30 giros o pedaleadas por minuto; estaría generando una potencia determinada; y si cambia a un piñón alto y reduce a 15 las pedaleadas por minuto, estaría generando la misma potencia, pero el doble de par; pues deberá hacer el doble de fuerza con cada pedaleada para mantener la velocidad de 15 km/h. En los motores eléctricos, si se mantiene constante la tensión, el par aumenta para mantener la velocidad cuando la resistencia al giro es mayor, mediante el aumento de la corriente consumida Es una discusión común entre los participantes el debatir qué es más importante, si un motor que entregue mucho par u otro que tenga una gran cifra de potencia máxima. A menudo se observa que la gente no tiene bien claro lo que es cada concepto.

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Tanto el par como la potencia se pueden definir de muchas formas, y cada una de ellas nos aporta una nueva e interesante visión del asunto.

El par motor tiene unidades de momento de fuerzas [N*m], de hecho, podemos identificar ambos sin ser en exceso puristas. Todos tenemos más o menos claro lo que es intuitivamente una fuerza en movimientos lineales. Pues un momento de fuerzas o par de fuerzas es el mismo concepto pero para movimientos curvos. Si fuerza es lo que necesitamos para arrastrar un bloque de piedra por el suelo, par sería lo que necesitaríamos para mover la rueda de un molino o una noria (de esas de tracción animal, con el burrito dando vueltas) ¿Cuál es la diferencia entre ambas? Pues que en el primer caso sólo es necesario la fuerza de nuestros músculos, mientras que para mover la rueda de molino, además de fuerza [Newtons] es muy importante la distancia [metros] a la que está aplicada respecto del eje de giro (como intentemos jalar del molino desde donde jala el mulo, nos reventamos en dos minutos, necesitamos compensar nuestra debilidad empujando desde un radio mayor) 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212

M= F * I

Otra forma de de definir potencia, y la más interesante en nuestro caso, es como el producto de dos magnitudes, una es el par (M) y otra es el régimen de giro (n) 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234 123456789012345678901234567890121234

P= M * n

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Es esta la mejor definición para el caso de un motor, ya que para calcular la curva de potencia en un banco lo que se hace es calcular el par motor a carga máxima para cada régimen de giro y, posteriormente, multiplicar ambas magnitudes para así obtener la curva de potencia. Aunque estemos muy acostumbrados a utilizar el caballo de vapor (CV) como medida de potencia, la más sencilla es seguir el sistema internacional y utilizar el Watio [W] 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121 123456789012345678901234567890121

P= F * v

Es decir, potencia es el producto de la fuerza por la velocidad. Esta definición nos recuerda que no es lo importante la fuerza (F) que logremos desarrollar, ya que a base de acortar el desarrollo podríamos mover el más inmenso arado. Sino a qué velocidad (v) podríamos mover ese arado por el campo. O lo que es lo mismo, cuanto tiempo (t) tardaríamos en arar ese prado (trabajo W) El par del motor electromagnético puede ser expresado por la relación: 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456 12345678901234567890123456789012123456

C=

ωs Pg/ω

Donde Pg es la potencia del campo que gira a una velocidad angular síncrona w s radianes por segundo. Por otro lado, si P es la potencia mecánica proporcionada a través del eje que gira a una velocidad angular w radianes por segundo C = P / ω s Por lo tanto:

12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567

P = Pg * w /ws = (1 - s ) * Pg

O sea la potencia cedida por el eje es igual a la potencia disponible en el entre hierro de la máquina Pg (potencia de campo giratorio), menos al parte correspondiente a las pérdidas en el rotor s * Pg.

2.3.7 DESLIZAMIENTO La pérdida de velocidad angular del motor (necesaria para que sea producido un par electromagnético), expresada por unidad de velocidad síncrona, se llama deslizamiento. Donde: s = deslizamiento (pérdida de velocidad angular del rotor) n = velocidad del rotor ω = velocidad angular del rotor. Medición del deslizamiento, de acuerdo con varios métodos. Al probar los motores de inducción y determinar el deslizamiento a diversas condiciones de carga, es escencial que el valor de deslizamiento que se obtenga sea exacto. Por ejemplo, si la velocidad a plena carga es de 1700 rpm. Si se mide su velocidad del rotor con un tacómetro con error de 2%, la indicación puede ser de 1740 ω 35 rpm. O sea puede ser tan alta como 1775 rpm o tan baja como 1705 rpm. Un error pequeño de 2% se conservaría en todas las ecuaciones , por este motivo, raramente se mide la velocidad del motor per se, y en lugar de ello se trata de medir directamente el deslizamiento, (diferencia entre velocidad síncrona y la del rotor) es comparar la velocidad del motor de inducción con la de un pequeño motor síncrono empleando un contador electromecánico. El motor síncrono que se emplee debe tener el mismo número de polos que el motor de inducción.

2.3.8 LA POTENCIA DE ACCIONAMIENTO kw= par motor * hp= par motor *

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

RPM g+5 RPM 726

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Potencia en KW = 0,736 * Potencia en HP Potencia en HP = 1,36 * Potencia en KW La potencia está definida en dos factores: La fuerza en kg y la velocidad en metros por segundo.

La potencia está definida en dos factores: La fuerza en kg y la velocidad en metros por segundo. 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123

Potencia=

F*V= Kg/Seg.

El par del motor es una magnitud decisiva hasta el punto de determinar las dimensiones de un motor. Motores de igual par tienen aproximadamente las mismas dimensiones aunque tengan diferentes velocidades. En el arranque de un motor, es decir, en el intervalo de tiempo que pasa de la velocidad 0 a la nominal, el par toma distintos valores independientemente de la carga. La potencia nominal debe ser lo más parecida posible a la potencia requerida por la máquina a accionar. Un motor de potencia excesiva da lugar a una mayor intensidad de corriente durante el arranque. La velocidad a plena carga, el aumento de temperatura, la eficiencia y el factor de potencia, así como el aumento máximo de torsión y la torsión al arranque, han sido desde hace mucho tiempo los parámetros de interés en la aplicación y compra de motores. Otras consideraciones es el factor de servicio. El factor de servicio de un motor de corriente alterna es un multiplicador aplicable a la potencia nominal en caballos. Cuando se aplica en esa forma, el resultado es una carga permisible en caballos en las condiciones especificadas para el factor de servicio. Cuando se opera a la carga del factor de servicio, con un factor de servicio de 1,15 o mayor, el aumento permisible en la temperatura ocasionado por resistencia es el siguiente: aislamiento clase A, 70 °C; clase B, 90 °C; clase F, 115 °C.

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2.3.9 EFICIENCIA DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS Los métodos para determinar la eficiencia son: por medición directa o por pérdidas segregadas. Estos métodos están expuestos en el Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators, Std 112-1978, ANSI/IEEE; en el Standard Test Code for DC Machines, Std 113-1973, IEEE; en el Test Procedure for Single-Phase Induction Motors, Std 114-1982, ANSI/IEEE y en el Test Procedure for Synchronous Machines, Std 115-1965, IEEE. Las mediciones directas pueden hacerse usando motores, generadores o dinamómetros calibrados para la entrada a generadores y salida de motores y, motores eléctricos de precisión para la entrada a motores y salida de generadores. 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789

Eficiencia=

Salida Entrada

Las pérdidas segregadas en los motores se clasifican como sigue: · Pérdidas I2*R en el estator (Campo en derivación y en serie I2*R para corriente continua) · Pérdidas I2*R en el rotor (I2*R en la armadura, para corriente continua) · Pérdidas en el núcleo. · Pérdidas por cargas parásitas. · Pérdidas por fricción y acción del viento. · Pérdidas en el contacto de las escobillas (Rotor devanado y corriente continua) · Pérdidas en el excitador (Sincrónico y corriente directa) · Pérdidas por ventilación (Corriente directa)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Las pérdidas se calculan en forma separadas y luego se totalizan. 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Salida 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Eficiencia= 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Salida + perdidas 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Potencia activa (Kw)= Potencia entregada (Kw) 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Salida + perdidas 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Pe(Kw) 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Potencia aparente(kvar)= = 3*V*1 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 12 * Cos(O) 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1000 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Potencia activa (Kw)= Potencia entregada (Kw)*1g (O) 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 R 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 P(Kw) * 1000 P(Kw) * 1000 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 Intensidad= = 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 3 * V * Cos (O) 3*V*R*Cos (O) 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345

Donde,

123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345

Pe: Potencia entregada. P: Potencia absorbida. R: Rendimiento. : Angulo del factor de potencia.

2.4 CÁLCULO DE

CONDUCTORES Y PROTECCIONES PARA MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA

Al realizar el cálculo de conductores se debe tomar en cuenta dos situaciones:

12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012 12345678901234567890123456789012123456789012

I=

HP*746 V*%Ef*Fp

En donde: HP = Potencia en caballos de fuerza. V = Voltaje. % Ef = Eficiencia en por ciento. Fp = Factor de Potencia. I = Intensidad en amperios. 746= Constante de conversión. Cuando la distancia del motor al centro de carga o alimentación no exceda a los 15 metros de longitud, no tome en cuenta la caída de tensión, ya que esta es despreciable. El material más utilizado para los conductores eléctricos es el Cobre Cu. Los motores eléctricos monofásicos de inducción no se fabrican en potencias grandes ya que mientras más grande sea el motor, mayor corriente tomará de la red, resultando muy caro su funcionamiento. En la tabla 3 observará las capacidades de carga, secciones y calibres de conductores comúnmente utilizados en la instalación de motores eléctricos monofásicos, esta tabla le ayudará para seleccionar el conductor adecuado. Recuerde que no todos los conductores tienen el mismo material de aislamiento, por lo que no se puede utilizar el mismo tipo de conductor en todas las instalaciones, ya que los ambientes a los que son sometidos los motores eléctricos no son iguales.

El consumo de corriente del motor a plena carga. La distancia a la que se encuentre el motor del centro de carga o alimentación. El consumo de corriente de un motor lo sabrá, inspeccionando la placa de datos o bien realizando el cálculo con la fórmula siguiente.

EJEMPLO Calcule el conductor para conectar un motor monofásico de CA de 10 HP que opera a 220 Voltios, con una eficiencia del 90 % y un factor de potencia de 0.85.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

65

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

SOLUCIÓN Averigüe la Intensidad de la corriente de este motor. I=

HP * 746 V * % Ef * Fp

I=

10 * 746 220* 0.9 * 0.85

Para instalaciones eléctricas se acepta el 3 % de caída de tensión. Para instalaciones eléctricas de motores monofásicos se acepta el 1.5% de caída de tensión.

EJEMPLO

I = 44.32 Amperios.

RESPUESTA Aproximadamente 45 Amperios. La corriente a plena carga es de 45 Amperios. Según el tipo de aislamiento del conductor a utilizar y el tipo de canalización o al aire libre, seleccione el No. de conductor.

RESPUESTA

Calcule el conductor que utilizará al conectar un motor monofásico de CA, de 3 HP que opera a 220 Voltios con una eficiencia del 90 %, y un factor de potencia de 0.85. El motor está a una distancia de 20 metros del centro de carga.

SOLUCIÓN Calcule el 1.5 % de caída de tensión admisible. Esto puede calcularlo muy fácilmente con una regla de tres.

Si fuera TW en conduit utilizaría un No. 6. Si fuera THW en conduit utilizaría un No. 8. Si fuera THHN en conduit utilizaría un No. 8. Cuando la distancia excede a los 15 metros del centro de carga o del alimentador, simplemente utilice la fórmula: 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345 1234567890123456789012345678901212345

220 Voltios ____ 100 % X ____ 1.5 % 230 Voltios es el voltaje medido en el alimentador o centro de carga. 220 * 1.5 100

A = 2 * l * I * Cos j U% * k

En dónde: 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 2 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567

l I

Cos j k A U%

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= Longitud en metros. = Intensidad de la corriente en amperios. = Factor de potencia. = Conductividad. = Sección en mm . = Caída de tensión en porcentaje.

U% = 3.3 Voltios Con la fórmula I=

HP * 746 V * % Ef * Fp

Averigüe la Intensidad de la corriente del motor. I=

3 * 746 220 * 0.90 * 0.85

I = 13.30 Amperios.

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Con la fórmula

La sección que debe utilizar es de 2.44 mm2 Observe en la tabla 3 ¿cuál de todos los conductores cumple con tener una sección de 2.44 mm2 o más?.

A = 2 * l * I * Cos ø U% * k

RESPUESTA

Averigüe el No. del conductor.

La sección del conductor que debería utilizar es la del calibre No. 12

A = 2 * 20 * 13.30 * 0.85 3.3 * 56 A = 2.44 mm2 CALIBRE No. 14 12 10 8 6

DIÁMETRO EN mm CON AISLANTE mm 2 2.08 3.31 5.26 8.37 13.3

TW 3.38 3.86 4.47 5.99 7.72

THW 4.14 4.62 5.23 6.76 7.72

THHN 2.77 3.24 4.09 5.40 6.34

CAPACIDAD DE CORRIENTE A 30 °C TW CONDUIT AIRE 20 25 30 40 55

AIRE 25 30 40 60 80

THW CONDUIT AIRE 20 25 35 50 65

30 35 50 70 95

THHN CONDUIT 25 30 40 55 75

35 40 55 80 105

Tabla No. 3 Tabla de capacidad de carga de conductores según aislamiento y temperatura.

2.5 INSTALACIÓN Y

MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE FASE PARTIDA

En muchos casos, el cimiento o la placa de base están mal diseñados, mal construidos o ambas cosas. El resultado inevitable es vibración desalineación de los ejes (flechas), daños a los cojinetes e incluso ruptura del eje o de la armazón o carcasa, lo cual suele acarrear, además, una grave falla eléctrica.

En el artículo 430 NEC y en las normas NEMA se presentan los requisitos eléctricos para la instalación de motores así como recomendaciones para sus controles.

Si el motor va a montarlo sobre una base de concreto (hormigón), es esencial que el cimiento sea rígido a fin de minimizar las vibraciones y la desalineación durante el funcionamiento.

2.5.1 PROCESO DE INSTALACIÓN

Los cimientos deben ser de concreto macizo, con sus fundamentos a suficiente profundidad para que descansen sobre una sub-base firme.

Montaje de motores eléctricos Muchos de los problemas que se presentan en los motores, tienen su origen en la forma en que son instalados.

El concreto puede colarlo sobre el suelo, acero estructural o los pisos del edificio, siempre que el peso total del motor, máquina impulsada y cimientos no exceda la capacidad de carga establecida para la estructura.

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En el caso de que tenga que montar el motor sobre una placa de acero, todos los soportes deben ser del tamaño y resistencia adecuados y tener refuerzos o riostras para obtener una rigidez máxima (figura 60)

Todos los puntos de montaje deben estar exactamente en el mismo plano; de lo contrario el equipo no quedará nivelado. Esta es la razón por la cual se prefiere una placa gruesa base rígida, de acero, en vez de una base ensamblada del mismo material; en su defecto debe emplearse cuando menos una placa maciza de acero, junto con la base ensamblada. Para la instalación de equipo grande y pesado, se recomienda recurrir a los servicios de un ingeniero mecánico, civil o un constructor, a fin de que la cimentación se construya correctamente.

Figura No. 60 Motor eléctrico con su carga montado en soportes de acero. Los soportes de acero deben ser de tamaño y resistencia adecuados, y tener refuerzos (o riostras) para que no se comben o tuerzan, lo cual puede ocurrir durante el funcionamiento de motores grandes que transmiten alto par de rotación.

CIMENTACIÓN El concreto de cemento, apropiado es de gran importancia para la firmeza, rigidez y estabilidad de la cimentación, ni siquiera las mejores placas base de acero se consideran un soporte adecuado, salvo que estén enclavadas o ahogadas en el concreto. En la figura 62, se ilustra en forma exagerada lo que puede ocurrir. Es muy importante el empleo del concreto correcto, y hay que utilizar la mezcla recomendada de arena, cemento, agua. Por todo ello, así como para su aplicación debe consultarse a especialistas en dicha área.

Figura No. 61 Forma en que un motor eléctrico que trasmite un alto par de rotación puede torcer la base con soportes de acero, si no está bien reforzado.

Independientemente de que la base del motor sea de concreto o de acero, debe estar bien nivelada. Si es de concreto no debe ser demasiado alta. Siempre es posible elevar la carga que soporta una cimentación por medio de calzas (suplementos), pero resulta difícil reducir la altura, ya que habría que desprender parte de la superficie de concreto. El requisito de tener una base a nivel es muy importante. Por lo general, habrá cuatro puntos de montaje para la instalación del motor, uno en cada esquina de la base. Además hay también requisitos para el montaje de la carga impulsada.

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Figura No. 62 La aplicación incorrecta de la lechada (mezcla de concreto) para cimentación puede producir su contracción, lo cual, a su vez, permitirá la torcedura de las vigas de soporte, causando desalineación axial y excesiva vibración.

El empleo correcto de las calzas (lainas o suplementos) es recomendable para el buen montaje del motor en el cimiento; es tan importante como el diseño y contrucción de la base, en sí, pero a veces no se les presta mucha atención. Una forma de lograr que un calzamiento (instalación de calzas) correcto consiste en quitar los suplementos e inspeccionarlos en cada punto de soporte, antes de efectuar la alineación final.

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Los problemas más comunes que se presentan en el empleo de las calzas, son: herrumbre, corte incorrecto, dobleces, arrugas, rebabas, marcas de martillo y suciedad. Tenga presente la razón del uso de las calzas, no son sólo para colocar más alto o más bajo el motor; sino también para que queden bien alineados los ejes de la máquina. Sirven además para resolver el problema geométrico de hacer que todas las superficies de montaje o patas del motor estén en el mismo plano, si una de ellas está más alta o más baja que las otras, y todas están bien atornilladas, entonces se deformarán desalineando la base o la carcasa del motor. Una prueba útil para determinar la fuente de vibraciones en una impulsión constante, es que afloje los pernos de montaje del motor uno a la vez, con el motor en marcha, si la vibración se reduce en forma notoria el problema se debe a que la base está deforme o la instalación incorrecta de las calzas. Para que los suplementos cumplan su función, deben formar un paquete macizo y compacto al apretar bien los tornillos, si un grupo de calzas queda “esponjosas”, elllo significa que hay una unión floja que quizá no permanece en el mismo plano, con los otros puntos de montaje. Otro aspecto esencial de una buena cimentación es la estabilidad (figura 63). Una vez que la base está bien conformada e instalada no debe modificarse. A veces el calor excesivo puede crear problemas, por ejemplo, el exceso de calor al soldar con arco o gar perjudicará la base. En climas muy secos y cálidos se ha dado el caso de que una base de acero se combe o tuerza cuando recibe el calor del sol, por un lado y por otro lado está en la sombra. Si la base es compartida por el motor y la máquina impulsora, lo anterior puede no ser grave, ya que ambos componentes tendrán el mismo movimiento. Las conexiones en la maquinaria como las de un tubo conduit de pared gruesa, deben permitir esa alteración y el asentamiento. Si ello no es factible, habrá que construir un cobertizo para que la base tenga un calentamiento uniforme.

Figura No. 63 Solera con aletas soldadas en su parte inferior, para una mayor resistencia y firmeza al enclavarla (ahogarla) en el cimiento de concreto, con lo cual se obtiene un montaje más rígido.

En muchas impulsiones, la alteración de la base ha causado problemas. En un caso se utilizó una placa base de acero durante muchos años, con una combinación particular de motor y bomba. Debido a un cambio en las condiciones de trabajo, se instaló un motor diferente y más pequeño. Se hizo coincidir la altura de su eje con la altura del eje de la bomba, soldando piezas de soporte en las cuatro esquinas de la placa base. Dichas piezas eran bastante fuertes para soportar el peso del motor, pero resultaron demasiado flexibles y permitieron el balanceo de este de un lado a otro. Además, las soldaduras fueron deficientemente realizadas y se desprendió la pieza de una esquina lo cual dio por resultado la falla de cojinetes. Inicialmente se atribuyó la falla al motor pero un examen detallado reveló que se habían utilizado métodos incorrectos para el montaje. VERIFICACIÓN DE UN BUEN SOPORTE O BASE PARA EL MOTOR Para que verifique que un motor tenga una base adecuada se le recomienda lo siguiente: No debe hacer soldaduras gruesas en bases maquinadas después de su construcción y acabado. Si en una base pueden verse soldaduras por puntos, que no sean pequeñas, cabe esperar que haya ocurrido cierta torcedura. La soldadura en la base o soporte debe ser continua; en muchos casos, las soldaduras intermitentes permiten que hayan torceduras y deformación.

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Las secciones de caja o tubulares, son mucho mas rígidas que los canales o vigas. Compruebe que las secciones de caja no estén abiertas o separadas a lo largo de un lado, pues en este caso perderán gran parte de su resistencia a las torceduras. Una base entera (de una pieza) para el motor y la unidad impulsada es mucho mejor que una base en secciones. Las bases con buena profundidad, son mejores que las de poca profundidad. Debe observar en especial si hay torceduras o deformación ocasionadas por cargas en voladizo sobre las bases, por encima del nivel del piso. Las riostras o refuerzos ajustables suelen estar desajustadas. No debe dar por hecho que el piso en sí es firme. Una base robusta para el motor y su carga montada sobre un piso resonante puede vibrar al igual que una base débil en un piso rígido. Las vibraciones durante el funcionamiento, son indicios de problemas, y muy a menudo estos residen en la base del motor y su carga. Inspeccione primero la base o la alineación y luego el motor. Compruebe que todos los pernos de anclaje estén en su lugar y bien apretados. Compruebe que todas las uniones separables de la base, estén sujetas con espigas entre el motor y la base y el cimiento que las soporta. Busque si hay huecos o aberturas sin calzas; todos los suplementos deben estar bien colocados en su lugar y en buenas condiciones.

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Verifique si hay refuerzos cerca de los pernos del montaje, pues incrementan mucho la rigidez de la base para el motor. Observe si hay refuerzos directamente debajo del motor, que es donde más se necesita; las soleras de acero deben estar soportadas cuando menos cada 45 centímetros (18”) COLOCACIÓN DEL MOTOR SOBRE LA BASE En el caso de motores pequeños, se dispone de bases y adaptadores deslizantes para su uso en máquinas con armazón T, que sustituyen a las de los motores antiguos. Es necesario que determine si van a montarse en el motor, otros componentes o equipo, tales como un reductor de engranes, acoplamientos especiales y bombas, a fin de dejar el espacio libre necesario. Después de colocar la base en su lugar y antes de fijarla, utilice los suplementos que sean necesarios para nivelarla. Para ello puede utilizar un nivel de burbuja ordinario, comprobando en dos direcciones, a fin de asegurarse de que las patas del motor estarán en el mismo plano y que la base no se combará al apretar los pernos en ella. El motor se coloca sobre la base, se instalan las tuercas y se aprietan con una torsión menor de la especificada; el apriete señalado debe aplicarlo después de alinear. Se sabe por experiencia que el motor y la unidad impulsada, montados sobre la misma base y alineados temporalmente en la fábrica, independientemente de su robustez y de su sección transversal, pueden torcerse durante el embarque. Por ello, es necesario que compruebe la alineación después de montar.

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ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN Los motores para conexión directa, provistos de cojinetes de bolas (baleros) o de rodillos, pueden acoplarse a su carga mediante acoplamientos flexibles; pero éstos no debe instalarlos a golpes ni a presión, sino que debe calentarlos previamente para instalarlos en el eje del motor. La alineación mecánica exacta es esencial para el buen funcionamiento. Las vibraciones mecánicas y la irregularidad durante el funcionamiento del motor son indicios de mala alineación. Para que compruebe la alineación, no suele bastar el empleo de una regla recta y un calibrador de hojas entre las dos partes del acoplamiento; se le recomienda que emplee indicadores de carátula y barras de comprobación fijas al eje del motor y en la máquina impulsada. Las chumaceras tienen una capa de metal babbitt para restringir el corrimiento axial del rotor durante el arranque o durante su operación cuando está desconectado de la carga. Estas capas de babbitt no son para soportar cargas de empuje contínuas, por lo que éstas deben evitarse con una alineación cuidadosa. La alineación debe permitir el funcionamiento en el centro mecánico aproximado, entre los límites del juego longitudinal o sea muy cerca de la ubicación del centro magnético. Los motores estándar tienen más juego longitudinal. En el caso de los motores con chumaceras, es necesario emplear un acoplamiento flexible con juego longitudinal limitado, a fin de que el corrimiento axial total sea menor que el señalado en los planos del motor. Si utiliza un acoplamiento flexible, puede transmitirse un empuje capaz de dañar las chumaceras del motor. Los motores con cojinetes de bolas, al contrario de los que tiene chumaceras, debe acoplarlos de modo que haya más juego longitudinal en el acoplamiento que en el motor. Ello se debe a que tales cojinetes pueden soportar sin dañarse, un empuje suficiente para que el acoplamiento se deslice en dirección axial debido a la dilatación térmica en el sistema. En estos motores el juego longitudinal puede ser de 50 a 150 mil (milipulgadas), o sea 1.3 a 3.8 mm, y el acoplamiento o cople debe tener cuando menos ese juego.

Para obtener la ubicación axial correcta, el motor se inclina hacia el extremo externo (opuesto al acoplamiento), a fin de desplazar el rotor lo más posible en esa dirección (no es fácil mover el rotor en la dirección axial, porque los cojinetes deben deslizarse en su alojamiento), o le hace girar el motor con una palanca en el extremo externo, y luego el motor se coloca de tal modo que haya cuando menos 150 mil (1.3 mm) entre las mitades del acoplamiento o los extremos de los ejes. O bien, colocar el motor en posición, sin importar la del rotor, de modo que el cople tenga un corrimiento de 0.100 pulg. (2.5 mm) en uno u otro sentidos. La transmisión de banda (o correa) hace necesario que el motor esté montado en rieles o placa base, de forma que sea posible ajustar la tensión de la correa o las bandas. Las poleas se alinean de modo que las correas o bandas queden perpendiculares al eje y que todas tengan la misma tensión. Los rieles o patines debe colocarlos de modo que el motor esté cerca del extremo del riel más cercano a la máquina impulsada. Esto permite que haya un amplio espacio para que ajuste la tensión de las bandas y para que vuelva a ajustarla después de compensar el desgaste o el estiramiento. La banda o las bandas debe apretarlas lo preciso para evitar deslizamiento (patinaje) a la potencia nominal. La tensión excesiva de una banda producirá cargas innecesarias sobre el eje y los cojinetes. Con cargas de alta inercia o con equipo que se puede “ahogar” o detener, en el cual, la banda produce chirridos o patina durante la aceleración o en el que el par se aproxima a su valor máximo, el apriete de la banda o correa para evitar el chirrido o el deslizamiento, sobrecargará los cojinetes o el eje. Las velocidades normales de las bandas están limitadas a 1500 m/min (5000 pie/min) en el caso de las de sección E, y a 1 950 m/min (6 500 pie/min) en el de las de sección 8-V. No debe utilizar velocidades mayores sin antes consultar con el fabricante de las bandas o correas. Las impulsiones con engranajes requieren una alineación precisa y un montaje rígido. El diámetro de paso y la anchura no deben exceder de los límites señalados por el fabricante del engranaje.

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Antes de instalar engranes helicoidales es necesario consultar la capacidad de empuje de los cojinetes, En todos los casos, los dientes de los engranajes deben estar centrados correlativamente, hay que obtener la distancia correcta entre centros de ejes y las caras de los engranes deben estar paralelas. Los dientes de las ruedas o engranajes han de embonar debidamente hasta una profundidad que produzca un juego u holgura entre dientes mínimo de alrededor de 0.051 mm (2 mil); debe evitar un endentado tan profundo que pueda hacer que los dientes se flexionen o traben. Para comprobar la alineación correcta haga girar el eje del motor a mano y comprueba el juego en el engranaje impulsado en una revolución completa. Después de apretar los tornillos de montaje vuelva a comprobar el juego y el paralelismo de la cara. ALINEACIÓN MECÁNICA Salvo algunas excepciones, se utiliza un acoplamiento flexible para conectar un motor a su carga. Este acoplamiento está construido de modo que tolera cierta desalineación que, no obstante, puede producir ciertas vibraciones, esfuerzos o ambos, en los cojinetes del motor. En consecuencia, en todas las instalaciones con acoplamiento, los ejes o árboles debe alinearlos con el mismo alto grado de exactitud, independientemente del tipo de acoplamiento o de cojinetes. Para obtener la alineación correcta en las impulsiones de conexión directa debe seguir ciertos pasos importantes.

Los cimientos para el motor y la máquina impulsada han de proporcionar una relación fija y permanente entre el motor y su carga.

El motor se coloca en su cimiento de modo que se obtenga el espaciamiento correcto entre el eje del motor y el de la máquina impulsada. Los fabricantes de los acoplamientos especifican esa distancia, que suele ser de 3.2 a 9.5 mm (1/8 a 3/8 pulg) La colocación de los motores con chumaceras debe limitar el corrimiento axial del acoplamiento para hacer que las chumaceras floten libres y separadas de los rebordes de empuje pues no resisten un empuje continuo. Cuando se coloca en posición el eje o árbol de un motor que tiene juego longitudinal debe situar dicho eje en el punto central del juego y no es necesario tener presente la indicación del centro magnético. Para ajustar la posición del motor utilice tornillos gatos, calzas o suplementos, hasta que la desalineación angular y paralela entre los dos ejes quede dentro de los límites recomendados, cuando mida con un indicador de carátula estando los tornillos del motor ya apretados. Al ajuntar la posición del motor es necesario que tenga el cuidado de comprobar que cada una de sus patas tenga los suplementos necesarios, antes de apretar los tornillos, de modo que sólo se pueda introducir en el grupo de calzas una hoja de calibración de no más de 0.05 mm (2 mil) de espesor. La desalineación angular es el grado en que las caras de las dos mitades de un acoplamiento están fuera de paralelismo. Para determinarla, en una mitad del cople monte un indicador de carátula, con su botón apoyado en la otra mitad y haga girar 360 grados ambos ejes en conjunto, para apreciar las variaciones de la lectura.

Los cimientos para el motor y la máquina impulsada han de proporcionar una relación fija y permanente entre el motor y su carga.

Es importante que durante esta verificación fije el eje (flecha) de un motor con juego axial contra su reborde de empuje y lo mismo en el caso del eje de la carga (contra su propio reborde), a fin de impedir falsas lecturas debido a corrimientos en la dirección axial.

Los cimientos deben proporcionar un anclaje firme para mantener la relación fija después de alinear.

La desalineación axial es el desplazamiento entre las líneas centrales de los dos ejes de máquina.

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Puede determinarlo con el indicador de carátula montado en una parte (mitad) del acoplamiento, estando el palpador del aparato apoyado radialmente sobre la otra parte y haga girar luego conjuntamente los ejes un ángulo de 360 grados.

Es esencial que el motor y su carga estén bien alineados bajo las condiciones y temperaturas reales de funcionamiento. Si están bien alineados a la temperatura ambiente, pueden desalinearse en forma grave por deformación o dilatación térmica diferencial al aumentar la temperatura. Por ello, debe comprobar y, de ser necesario, corregir la alineación después de que el motor y la máquina impulsada han llegado a su temperatura máxima con carga.

Se recomienda que utilice “acoplamientos de ejes flotantes” o “acoplamientos con espaciador” en motores en los que no es posible comprobar o mantener con exactitud la alineación de algunas centésimas de milímetro (o milésimas de pulgada) con cambios pequeños de las diferencias de temperatura entre los motores grandes y el equipo impulsado. Después de alinear el motor con la carga, fíjelo en su lugar con pernos del mayor tamaño posible. Es aconsejable la posibilidad de variar un poco la ubicación de los pernos de anclaje; para ello estos elementos se instalan dentro de tubos de acero enclavados o embutidos (ahogados) en el concreto. Es conveniente que un ingeniero constructor experimentado en esta materia diseñe y supervise los conjuntos de cimientos y soportes, en el caso de motores grandes. La alineación produce un funcionamiento satisfactorio; en el caso afirmativo las máquinas se fijan definitivamente con clavijas en sus placas de base. Se le recomienda emplear dos espigas (clavijas) por máquina, una en cada pata diagonalmente opuesta. El tamaño aproximado de las espigas debe ser la mitad de diámetro de los pernos del montaje.

Los motores y máquinas conectados que queden bien alineados al instalarlos pueden desalinearse más tarde por desgaste, vibración, desplazamiento de la base, asentamiento de los cimientos dilatación y contracción térmicas o corrosión. Por ello, es aconsejable comprobar la alineación a intervalos regulares y corregirla en caso necesario. Los restos de material (concreto, hierro, acero, pernos, etc.) que ya no utilizó en el montaje de los motores, colóquelos en un lugar donde no dañe el medio ambiente. CONEXIÓN ELÉCTRICA DEL MOTOR DE FASE PARTIDA Es necesario que compruebe que el voltaje y la frecuencia sean los especificados para el motor. Las características del suministro deben corresponder a los valores señalados en la placa de datos del motor, como sigue: • Voltaje: variación de ± 10 % respecto del valor indicado en la placa de identificación. • Frecuencia: variación de ± 5 % respecto del valor señalado en la placa. • Voltaje y frecuencia en conjunto: no deben variar más del 10 % (suponiendo que la frecuencia anterior varía menos del 5 %) respecto a los valores de la placa. Una vez que halla determinado que el voltaje y la frecuencia son correctos, conecte las terminales en el motor. Las conexiones de los devanados del estator debe hacerlas como se indica en el diagrama de conexiones de la placa de identificación o en las instrucciones que se reciben junto con el motor o bien conforme a lo indicado en el interior de la tapa de la caja de terminales. Los problemas con las conexiones de terminales se debe al hecho de que, en ocasiones, los conductores del circuito derivado son del tamaño diferente del de los conductores terminales del motor.

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El tamaño de los conductores del circuito derivado se determinan conforme al NEC con base en la corriente de plena carga del motor, y se incrementa cuando es necesario reducir la caída de voltaje. Para los conductores del motor se permite mayor capacidad de conducción de corriente, dado algún calibre AWG, que para los conductores equivalentes del circuito derivado, porque están expuestos al aire que circula dentro del motor. PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR MONOFÁSICO CON ARRANCADOR MANUAL Los motores eléctricos deben conectarse a la red de alimentación por medio de un dispositivo que permita su arranque y parada en el momento deseado. La forma de conectar un motor con control manual es la siguiente.

PASO

2. Fusibles. 3. Interruptor. 4. Conectores ducton. 5. Tubo ducton. 6. Alambre. 7. Motor de fase partida.

PASO

3

Conecte la protección: • Desconecte la alimentación, bajando el interruptor termomagnético y asegúrese de que nadie lo suba, colocando un rótulo o candado al panel. • Conecte fusibles a la red de alimentación. • Conecte las salidas de los fusibles al arrancador.

1

Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar.

PASO

1. Base portafusibles.

2

Asegure la base portafusibles, el interruptor, el motor y la tubería, como se observa la figura 64. 1

• Al conectar las bases portafusibles cuide de que las líneas de alimentación queden en el lugar correcto, para evitar golpes eléctricos al cambiar fusibles. L1 L2 N

2

3 4 5

oI

6 7

M

Figura No. 64 Montaje de accesorios para la instalación de un motor de fase partida con arrancador manual.

74

Figura No. 65 Esquema de conexión para instalación de un motor de fase partida.

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PASO

• Mida tensión en la entrada del arrancador.

4

• Accione arrancador.

Conecte el arrancador: • Conecte las líneas que vienen de los fusibles a los bornes marcados con “L 1 y L 2 “(entrada del arrancador) • Conecte la línea neutra al borne marcado con “N ” o a la carcasa del arrancador.

PASO

5

• Verifique que la conexión del motor y los datos de placa coincidan con el voltaje de la fuente de alimentación que se está utilizando para la instalación. • Conecte las líneas “T 1 y T 2” del arrancador a los bornes de entrada del motor. • Conecte la línea “N” del arrancador a la carcasa del motor.

6

• Compruebe las conexiones. • Compare las conexiones que efectuó con su d i a g r a m a: • Asegúrese de que no existan falsos contactos.

PASO

• Mida intensidad de corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación. • Mida velocidad de giro con tacómetro en el eje del motor.

Conecte motor:

PASO

• Observe que el motor arranca correctamente y se queda funcionando sin producir ruidos extraños, ni sacando humo.

7

Energice circuito. • Coloque fusibles. • Suba el interruptor termo magnético de su fuente de alimentación. • Mida tensión en la salida de los fusibles.

• Compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o placa de datos del motor. • Pare el motor desactivando el arrancador.

PASO

8

• Desconecte material y equipo utilizado.

PASO

9

• Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

2.5.2 MANTENIMIENTO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA Previo al mantenimiento de los motores eléctricos monofásicos de fase partida, se debe disponer de procedimientos que permitan diagnosticar o detectar posibles fallas en los motores mismos o en sus circuitos de control. Para la localización de las posibles fallas en forma rápida, se necesita cierto conocimiento e información sobre cómo proceder, pero también se requiere el uso de herramientas y equipo de prueba. La localización de los problemas no le llevará mucho tiempo, si usted sigue algunas reglas básicas. Estas técnicas permiten aproximarse al problema en una forma lógica y ayudan a ubicar rápidamente la parte con falla.

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El primer paso para la localización de fallas o problemas en cualquier circuito, es tener una clara comprensión del mismo, así como de su función, antes de comenzar. Existen causas que pueden evitar que el motor monofásico de fase partida siga funcionando, éstas puede ser: polvo excesivo, grasas, aceites, humos o vapores corrosivos y otros agentes contaminantes, dependiendo del lugar de trabajo. Por lo que, se le recomienda que cada 6 meses o como lo estipule el fabricante, tome medidas preventivas, aunque en algunas oportunidades necesariamente tendrá que brindar mantenimiento tipo correctivo al motor eléctrico. El motor monofásico de fase partida se divide en dos partes principales, la eléctrica y la mecánica. Componentes eléctricos: considere como componentes eléctricos, los arrollamientos de trabajo y arranque, arrollamiento rotórico, las puntas salientes para conexiones, bornes de conexiones, dispositivos contra cobre carga, contactos del interruptor centrífugo. Componentes mecánicos: son escudos o tapaderas, chapas de alta calidad magnética del estator y del rotor, valeros o cojinetes, Eje rotórico, mecanismo del interruptor centrífugo. De acuerdo con lo anterior, los motores eléctricos pueden fallar por dos causas: fallas mecánicas y fallas eléctricas. Materiales utilizados para el mantenimiento del motor de inducción Cuando escuche que se habla de fallas eléctricas, se trata en realidad de fallas en el aislamiento o del sistema eléctrico del motor. Para que comprenda el mecanismo de falla en los aislamientos eléctricos de los motores, es conveniente que se inicie con una descripción de los componentes del sistema:

76

El aislamiento primario, se encuentra entre el cobre (los conductores) y el núcleo de hierro laminado (del estator) Se le denomina aislamiento a tierra y, por lo general, se trata de un polímero o bien una combinación polímero/mica para los motores que operan a alta tensión. En la actualidad, los materiales aislantes son extremadamente durables, esto es, que no se deterioran o queman, excepto a temperaturas muy elevadas; son resistentes al ataque de agentes químicos y mecánicamente muy durables.

Aislamiento entre el hierro del estator y la bobina Figura No. 66 Aislamiento primario en una ranura del motor monofásico.

En la construcción y reparación de máquinas eléctricas se pueden emplear diferentes tipos de materiales aislantes. EL AISLANTE DE RANURA IDEAL ES: 1. De clase H (ver tabla de clases de aislantes) 2. Delgado. 3. Indestructible. 4. Con óptimas características aislantes 5. Barato. 6. Plano y suave. 7. Fácil de doblarse. Lamentablemente no existe ningún producto de esta naturaleza y para escogerlo correctamente, es necesario que conozca las características principales de los mismos. AISLANTES TEXTILES SÓLIDOS Los textiles naturales se emplean principalmente para el aislamiento de conductores o para el encintado de las bobinas.

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Los textiles más empleados son el algodón, el lino y la seda. Considerando que los textiles absorben muy fácilmente la humedad (perdiendo así sus características aislantes), es necesario impregnarlos con barnices, naturales o sintéticos, para que los pueda emplear en la reparación de los motores eléctricos monofásicos. CARTONES Existe toda una variedad de papeles y cartones empleados para el aislamiento de las máquinas; el más conocido es el “papel pescado” el cual se fabrica con celulosa pura impregnada con barnices. Este tipo de aislante se utiliza principalmente en las máquinas eléctricas previstas para funcionar a tensiones y temperaturas no demasiado altas. Los cartones se comercializan en diferentes espesores. MICA Es el mejor aislante natural: sería el aislante ideal si, en estado natural, fuera posible encontrarlo en pliegos de grandes dimensiones. La mica puede utilizarla también pegando, con materiales apropiados, las escamas entre sí o también pegando las escamas de la mica sobre un soporte (seda, cartón, etc.) La mica no absorbe la humedad y mantiene sus características aislantes aún trabajando a altas temperaturas. Otro proceso que le permite aprovechar este material, es reducir la mica a una especie de “pulpa” y después de trabajar ésta para obtener hojas como si fuera pulpa de papel. Con este proceso obtiene el aislante llamado “papelmica” o “mica-mat” el cual tiene escasa resistencia mecánica, pero óptimas características aislantes. POLYESTER Esta clase de aislantes ha sido estudiado en particular para el aislamiento de las ranuras de motores eléctricos. El “Mylar” (nombre con el cual se identifica esta capa de polyester) tiene buena resistencia mecánica a los químicos y a la humedad y tiene buenas características térmicas y aislantes.

Muchas veces el Mylar se combina con oportunos soportes (papel, cartón, fibras de vidrio, etc.) para mejorar su resistencia mecánica y sus características aislantes. MADERA Este aislante siempre es sustituido por materiales plásticos, puede emplearlo principalmente para cerrar las ranuras (“cuñas”) una vez que haya colocado las bobinas. La madera es empleada siempre y cuando esté tratada con barnices aislantes. FIBRA DE VIDRIO Es un aislante muy empleado en la reparación o embobinado de motores eléctricos; lo encuentra trenzado en forma de pliegos o de espaguetti (los espaguettis sirven para aislar las conexiones internas de un embobinado) Tiene mucha consistencia y además, se impregna con resinas que le dan inmejorables cualidades, pudiendo llegar a soportar temperaturas del orden de los 180 ºC. AISLANTES LÍQUIDOS O BARNICES Uno de los últimos pasos en la fabricación o reparación de motores es sumergirlos en barniz. La función más importante del barniz es fijar los alambres de un embobinado en una masa compacta que no se mueva y no vibre. El barniz también provee: • • • •

Protección contra la humedad. Mejoramiento de la calidad del aislamiento. Protección contra químicos, aceites, etc. Estética del embobinado.

Un buen barniz debe tener estas características: • Alta resistencia a la humedad y a los químicos. • Elevado poder de penetración. • Buena capacidad de transmisión del calor. • Buena capacidad de aislamiento eléctrico. Los barnices deben secarse fácilmente y rápidamente bajo la acción del calor. Los barnices aislantes están constituidos de resinas (naturales o sintéticas) a las cuales se le agrega un solvente (por ejemplo thinner)

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En el mercado industrial se encuentran diferentes tipos de barnices que se pueden clasificar en dos categorías: •Barnices que secan al aire.

Clase

•Barnices que secan al horno. BARNICES QUE SECAN AL AIRE Los “barnices que secan al aire” no necesitan de temperaturas elevadas para endurecerse, pero el proceso de evaporación del solvente puede ser relativamente largo (hasta de 24 horas) BARNICES QUE SECAN AL HORNO Los “barnices que secan al horno” además de tener mejores características, en relación a los barnices que secan al aire, se endurecen en hornos (hasta 300- 350 ºC de temperatura) en tiempos más cortos, entre 2 y 10 horas. Clases de aislamiento El funcionamiento de una máquina eléctrica implica un calentamiento de la misma; esto significa que las diferentes partes de una máquina se calientan a temperaturas más altas que la del ambiente. La temperatura de las diferentes partes de una máquina no debe sobrepasar ciertos valores si no se quiere comprometer la integridad y el funcionamiento de la misma máquina. Los aislantes en particular no soportan temperaturas elevadas (la mayoría de los aislantes se deterioran a temperaturas del orden de 100 ºC y rápidamente pierden sus capacidades aislantes; a temperaturas más altas se carbonizan) En muchos países se ha normalizado y clasificado la construcción de las máquinas eléctricas, tomando en cuenta la temperatura máxima que estas máquinas pueden soportar en su funcionamiento.

78

Esta clasificación fija las temperaturas máximas que pueden soportar los diferentes materiales aislantes.

A

aislamiento de algodón, seda, papel y otros materiales orgánicos similares, impregnados con barnices o sumergidos en aceites. Temperatura máxima 105 ºC. Un aislante de algodón o seda, se considera impregnado cuando una sustancia apropiada (por ejemplo un barniz) reemplaza por completo el aire existente entre las fibras del material. Clase

B

aislamiento en mica, asbesto, vidrio u otras sustancias inorgánicas combinadas con material cementante orgánico. El aislamiento se considera también en clase B cuando se emplean materiales aislantes de clase A, a condición que estos últimos aislantes sean empleados como soportes y que el porcentaje de aislantes en la clase B no sea inferior al 40% del peso total de los aislantes empleados. Temperatura máxima 130 ºC . Clase

C

aislamiento en porcelana, vidrio, cuarzo, derivados de la mica combinados con material cementante inorgánico (nomex, teflón) Temperatura máxima 220 ºC. Clase

E

aislamiento con esmalte de tipo sintético (hilos esmaltados) no sumergidos en aceite. El aislamiento se considera de clase E también cuando el hilo esmaltado es recubierto de algodón, seda o papel siempre y cuando éstos sean impregnados. El aislamiento hacia la masa tiene que ser de una clase superior. Temperatura máxima 120 ºC.

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Clase

F

DENOMINACION Y COMPOSICIÓN

aislamiento en fibra de vidrio, asbesto, derivados de la mica barnizados o impregnados, durante el proceso de embobinado de una máquina eléctrica, con resinas. Temperatura máxima 155 ºC. Clase

H

aislamiento en fibras de vidrio, asbesto, derivados de la mica impregnados con resinas a base de silicones. Temperatura máxima 180 ºC. Clase

Y

aislamiento en algodón, seda, papel y otros materiales orgánicos similares no impregnados ni sumergidos en aceites. Temperatura máxima 90 ºC. En la Tabla siguiente se identifican las “clases de aislamiento” de las máquinas eléctricas y sus correspondientes temperaturas máximas.

DEL AISLANTE

Clase F: Aislamiento en fibra de vidrio, asbesto, derivados de la mica impregnados con resinoas (duroid), dracon- Mylar-dracon. Mica natural. Clase H: Aislamiento en fibra de vidrio, asbesto, derivados de la mica impregnados con resinas a base de silicones. Clase C: Aislamiento en derivados de la mica, porcelana, vidrio, cuarzo, combinados con materiales cementantes inorgánicos (nomex, Teflón)

TEMPERATURAS MAXIMAS ADMITIDAS

155 °C

180 °C

220 °C

Tabla No. 3.1 Tipos de aislamientos y temperaturas máximas admitidas.

El aislamiento de fase a fase, es similar a aquél que se tiene entre el devanado y tierra, es decir, se requiere un polímero de alta resistencia. Este tipo de aislamiento se coloca entre las espiras y al final de las mismas. Este aislamiento será normalmente de papel pescado.

TEMPERATURAS

DENOMINACIÓN Y COMPOSICIÓN

MÁXIMAS ADMITIDAS

DEL AISLANTE

Clase Y: Aislamiento en algodón, seda papel y otros materiales orgánicos similares no impregnados en barnices. Clase A: Aislamiento de algodón, seda, papel y otros materiales similares impregnados en barnices (madera) aislamiento con esmalte (alambre)

90 °C Aislamiento entre bobinas

105 °C

Figura No. 67 Aislamiento de fase a fase.

El aislamiento de espira a espira, es una película delgada de poliéster aplicada a la superficie del conductor (cobre) usado en el devanado de motor.

Clase E: Aislamiento con esmalte de tipo sintético.

120 °C

Clase B: Aislamiento en mica, asbesto, vidrio y otras substancias inorgánicas similares (Mylar)

130 °C

Bajo condiciones normales de operación, el voltaje entre las espiras nunca es muy alto, de manera que no se pone demasiada atención al componente secundario del aislamiento del devanado; sin embargo, el deterioro de este aislamiento es una de las causas de fallas en los motores eléctricos.

Tus apuntes

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Si toma las medidas preventivas apropiadas, puede evitar un buen número de fallas en los motores eléctricos, y con ello aumentar la vida útil de los mismos. Una parte importante de este proceso es el conocimiento del por qué fallan los motores. Las causas principales de falla de un motor de fase partida se puede resumir en las siguientes:

La humedad es también otra fuente común de fallas en los motores, ésta se forma en la superficie de los aislamientos debido a la humedad del ambiente, cambios de temperatura o a la exposición directa al agua. Por lo anterior, la superficie del aislamiento se puede hacer altamente conductiva, lo que se traduce en una falla del aislamiento y en consecuencia, del motor.

1) Impacto del ambiente agresivo. Selección inapropiada del motor eléctrico

2) Selección inapropiada. 3) Instalación inadecuada.

La selección y la aplicación incorrecta de un motor puede variar ampliamente, por lo que es necesario que en primera instancia, seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor, de acuerdo a la carga. Como lo muestra la figura 68.

4) Fallas mecánicas. 5) Fallas Eléctricas. 6) Mantenimiento inadecuado. 7) Alguna combinación de los factores. Impacto de ambiente agresivo para el motor La temperatura excesiva causada por el ambiente o por un problema con el motor mismo es una de las fallas más frecuentes en el motor. Los motores deben operar dentro de sus valores nominales de temperatura (dato de placa) para asegurar una vida larga. Por cada 10 °C que un motor opera sobre su valor nominal de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad. Otros elementos de ambiente agresivo que deben ser evitados, son los siguientes: a) b) c) d) e)

80

Humos o vapores corrosivos. Aire salino. Suciedad excesiva. Polvo. Otros agentes contaminantes.

Figura No. 68 Representación de una selección inapropiada de los motores en relación a su carga.

Los ciclos de trabajo son los que más dañan a los motores. Cuando no son seleccionados en forma apropiada, los arranques, los paros y frenados bruscos, así como los períodos de aceleración largos, conducen a fallas en el motor. La consideración de la altitud sobre el nivel del mar del sitio de la instalación del motor, es un factor que con frecuencia no es considerado.

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A grandes alturas la densidad del aire es más baja y se reduce la efectividad del enfriamiento. Esta reducción significa en forma aproximada que la temperatura de operación se reduce un 5% por cada 300 metros de elevación sobre el nivel del mar. Instalación adecuada del motor Los errores al montar los motores pueden ser una de las causas de falla. En algunas ocasiones, el tamaño de los tornillos o anclajes de montaje y sujeción no es el apropiado o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a problemas de vibraciones con posibles fallas en los cojinetes o chumaceras o hasta en el eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan de fundamental importancia para evitar problemas mecánicos y eventualmente eléctricos. En la sección anterior de montaje, se explicó ampliamente este tema. FALLAS MECÁNICAS Es posible que seleccione correctamente el motor para su carga inicial; sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor. Los cojinetes comenzarán a fallar, los engranes estarán expuestos a presentar fallas en los dientes o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presenta una sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del aislamiento como lo demuestra la figura 69.

Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el motor.

Figura No. 69 Motor excesivamente caliente después de sobrecargarlo.

Los problemas en los cojinetes o chumaceras son causas comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranajes o piñones, son causas de fallas mecánicas. Por otro lado, debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración. FALLAS ELÉCTRICAS Una incorrecta alimentación de voltaje al motor puede reducir la vida de éste o causar una falla rápida del mismo, si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta una corriente mayor que la normal. Un voltaje alto en la línea de alimentación de un motor reduce las pérdidas R * I2, pero produce un incremento en el flujo magnético, con el consecuente incremento de la pérdidas en el hierro. Los motores eléctricos monofásicos de fase partida puede operarlos en forma satisfactoria bajo condiciones de operación con carga nominal y con una variación del voltaje de +/- 10% en sus terminales. Por otro lado, una variación en la frecuencia de +/5% es aceptable. Una variación combinada de voltaje y frecuencia de +/- 10% se considera aceptable, con tal de que la frecuencia no exceda el +/- 5% de su valor nominal. Por ejemplo, el voltaje podría variar un máximo de +/- 7% y la frecuencia tener una máxima variación de +/- 3%. La variación combinada no excede +/- 10%.

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Un 5% de incremento en la frecuencia incrementará la velocidad del motor alrededor del 5% e incrementará también, en forma ligera, la eficiencia, el factor de potencia y la corriente de plena carga. El par de arranque decaerá en el orden del 10%. Un decremento del 5% en la frecuencia incrementará el par en alrededor del 11%, la velocidad se reduce al 5% y hay una ligera reducción en la eficiencia, el factor de potencia y la corriente. En la tabla 3.2 le muestran cómo se afectan, en lo general, las características de los motores eléctricos, por desviaciones en los valores del voltaje de alimentación.

CARACTERÍSTICAS

BAJO VOLTAJE

Corriente arranque Corriente plena carga Eficiencia Factor de potencia Par

Se incrementa Aumenta Se reduce Aumenta Aumenta

CARACTERÍSTICAS

ALTO VOLTAJE

Corriente arranque Corriente plena carga Eficiencia Factor de potencia Par

Se reduce Aumenta Se reduce Se reduce Se reduce

Tabla No. 3.2 Características de desviaciones de voltajes.

MANTENIMIENTO ADECUADO El mantenimiento preventivo básico, puede prevenir o retrasar la falla en un motor eléctrico. Existen algunos elementos indicativos, a primera vista, de falta de mantenimiento, que pueden conducir a problemas más severos, entre otros elementos se mencionan los siguientes: Presencia de polvo, humedad e impurezas como lo muestra la figura 70.

82

Figura No. 70 La suciedad impide la circulación del aire.

Proceso para proporcionar mantenimiento al motor La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos monofásicos de fase partida los puede detectar por una simple inspección o bien, efectuando algunas pruebas. Un aspecto básico en la determinación de las condiciones de un motor es definir si el motor presenta síntomas de falla o bien observar a través de las pruebas de rutina de mantenimiento fallas o tendencias a la falla. Algunas fallas pueden resultar fáciles de identificar, sin necesidad de que realice pruebas complicadas. De hecho, algunos de los problemas mecánicos se pueden detectar por simple observación y algunos eléctricos sólo por el uso de la lámpara de prueba o Multímetro. A este tipo de pruebas se les conoce como Pruebas de Diagnóstico. Se inician con la localización de fallas con las pruebas más simples, y el orden en que se desarrollan normalmente tienen que ver con el supuesto problema. La forma de localizar problemas tiene relación con el tamaño y tipo de motor, especialmente cuando se trata de motores

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monofásicos en donde hay mayor variedad constructiva; sin embargo, hay algunas pruebas sencillas que son comunes a casi todos los tipos de motores eléctricos. Los equipos y herramientas que empleará para las pruebas, van desde los más sencillos como lo son las lámparas de prueba y los Multímetros (algunos digitales y otros análogos) como lo muestra la figura 71.

Las fallas mecánicas aumentan debido a un incremento en el tamaño de la carga que el motor está accionando, pero también por alguna falla en los cojinetes o chumaceras o bien en el medio del acoplamiento con la carga. Para determinar si el motor está fallando utilice el siguiente proceso.

PASO

1

Desconecte el motor del controlador.

PASO

2

Revise que las conexiones o los medios de conexión se encuentran en buenas condiciones.

PASO

3

Opere el controlador para arrancar el motor Figura No. 71 Multímetros: digital y análogo.

Pasos para determinar las condiciones de falla de un motor El sistema de un motor eléctrico se puede considerar que consta de cuatro componentes principales que son: 1. La fuente de alimentación. 2. El controlador.

PASO

Mida el voltaje de entrada al controlador. Si no hay voltaje o bien una variación de más del 10% del valor nominal del motor, entonces la alimentación a éste puede ser la causa probable de falla. Suponiendo que la fuente de alimentación es aceptable, active el controlador para arrancar el motor.

PASO

3. El Motor. 4. La carga. Cuando ocurre un problema en un motor, es necesario que determine primero, cuál de estos componentes está en mal estado. El suministro de energía eléctrica y los controladores pueden fallar en la misma proporción y en ocasiones con mayor frecuencia que el motor mismo.

4

5

Cuando mida el voltaje de salida del controlador debe tener los voltajes apropiados a intervalos de tiempo definidos, si no se tienen los valores del suministro eléctrico, el controlador debe estar en condiciones de falla.

PASO

6

Verifique el acoplamiento mecánico entre el motor y la carga.

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Desconecte el acoplamiento y gire el rotor del motor para revisar si gira libremente.

PASO

7

• Aplicación incorrecta: Cambie de capacidad o tipo de motor.

Conecte el motor directamente a la fuente de alimentación, puenteando el controlador.

• Motor sobrecargado: Reduzca la carga.

Si sospecha que la falla se encuentra en el motor, entonces puede proceder hacer un recorrido general de causas probables, de falla de acuerdo a la siguientes guías.

• Bajo voltaje en el motor: Verifique que se mantenga el voltaje de placa. Verifique también las conexiones.

EL MOTOR FALLA AL ARRANCAR Fusibles fundidos: Reemplace los fusibles del tipo y capacidad apropiada. Disparos por sobrecarga: Verifique y restablezca el dispositivo de sobrecarga en el arrancador. Fuente de alimentación impropia: Verifique que la alimentación esté de acuerdo con los datos de placa del motor. Conexión inapropiada a la línea: Verifique las conexiones con el diagrama de conexiones del motor. Circuito abierto en los devanados o el interruptor de control: Se indica por medio de ruido o zumbido cuando el motor arranca. Verifique si existe una mala conexión en devanados. También verifique que todos los contactos del control estén cerrados. Fallas mecánicas: Verifique si el motor y su carga giran libremente. Verifique los cojinetes y lubricantes. Corto circuito en el estator: Es la causa por la cual se funden los fusibles. El motor se debe rebobinar. Conexiones flojas en las bobinas del estator: Remueva los extremos y localice las conexiones flojas con la lámpara de pruebas o multímetro. Defectos en el rotor: Verifique si hay barras abiertas o están abiertos los anillos extremos de la jaula de ardilla. El motor está sobrecargado: Reduzca la carga.

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EL MOTOR PIERDE VELOCIDAD

• Circuito abierto: Fusibles fundidos. Verifique los relevadores de sobrecarga, estator y botoneras. EL MOTOR NO LLEGA A SU VELOCIDAD • Aplicación incorrecta: Verifique las fases para determinar si están abiertas. • Voltaje demasiado bajo en las terminales del motor, debido a caída de voltaje: Proporcione un voltaje mayor en las terminales del transformador o reduzca la carga. También verifique las conexiones y el calibre adecuado de los conductores del alimentador y/o circuito derivado. • Carga al arranque demasiado alta: Verifique la carga que supuestamente debe poder manejar el motor. • Barras rotas en el rotor o pérdidas de rotor: Observe si hay fracturas cerca de los anillos. • Apertura en el circuito primario: Localice la falla con dispositivos de prueba y repárelos. EL MOTOR TOMA DEMASIADO TIEMPO PARA ARRANCAR • Exceso de carga: Reduzca la carga.

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• Circuito pobre: Verifique si hay un valor elevado de resistencia. • Defectos en rotor de jaula de ardilla: Reemplácelo con un rotor nuevo. • Voltaje aplicado demasiado bajo: Verifique que la compañía suministradora provéa el valor apropiado. SENTIDO DE ROTACIÓN INCORRECTO • Conexión de las bobinas de arranque cambiadas: Cambie las conexiones en el motor. EL MOTOR SE SOBRECALIENTA MIENTRAS OPERA CON CARGA

• Fallas en los cojinetes o chumaceras: Reemplace los cojinetes o chumaceras. • Cojinetes no alineados: Alinee los cojinetes. RUIDO DE CHATARRA • Ventilador suelto: Ajuste el Ventilador al eje del rotor. • Entrehierro no uniforme: Verifique si las tapaderas, cojinetes o chumaceras están montadas correctamente. • Desbalance en el rotor: Balancee el rotor con ayuda del torno. IDENTIFICACIÓN DE LAS FALLAS Las fallas o averías más frecuentes que se pueden presentar en los motores monofásicos de fase partida son las siguientes:

• Sobrecarga: Reduzca la carga. • La carcaza o las ranuras de ventilación pueden estar atascadas con basura o polvo: Haga limpieza y verifique la circulación del aire. • Bobina a tierra: Localice en que parte la bobina hizo contacto con el enchapado o carcaza. EL MOTOR VIBRA DESPUÉS DE QUE SE HA HECHO LA CORRECCIÓN • Motor mal alineado: Realinee el motor. • Soporte débil: Refuerce la base del motor. • Acoplamiento fuera de balance: Balancee el acoplamiento. • Desbalance en el equipo accionado: Rebalancee el equipo mencionado.

Fusibles quemados. Cojinetes desgastados. Sobrecargas. Corto circuito. Conexiones internas erróneas. Contactos a tierra de los devanados. Cojinetes excesivamente apretados. Tapaderas mal montadas. Ejes torcidos. Barras del rotor flojas. Capacitor defectuoso Interrupción en el devanado de arranque. Interrupción en el devanado de trabajo. Un principio básico es que observe la operación diaria de los motores y, en adición, elabore un programa de inspección basado en sus condiciones de servicio. Eventualmente, puede basar la frecuencia de la inspección en la experiencia que tenga con los motores.

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Periódicamente, debe verificar lo siguiente: 1. La limpieza general. 2. Las condiciones eléctricas. 3. Las temperaturas ambientales elevadas y la ventilación apropiada. 4. El alineamiento con la carga. 5. La lubricación apropiada y el desgaste de los cojinetes del motor y de la carga. 6. La condición del rotor. 7. El deterioro del aislamiento de los devanados. 8. El desgaste en los interruptores. 9. El deterioro de los capacitores. En primer lugar identifique las fallas en el arrancador, el controlador, la carga o en el propio motor, ya que si se identifica que es el motor eléctrico, entonces debe detectar el grado de severidad de la falla, porque algunas fallas puede corregirlas fácilmente, en tanto que otras son mayores y debe reemplazar partes eléctricas en mal estado. El siguiente paso que debe dar, es separar los problemas mecánicos de los problemas eléctricos. El proceso inicia desacoplando el motor de su carga y separando el acoplamiento, de manera que se pueda verificar la libertad de giro del rotor; si se encuentra algún problema mecánico, proceda a corregirlo. La mayoría de los problemas mecánicos y eléctricos puede observarlos directamente y es necesario que tenga cierta sensibilidad para aislar unos de otros, ya que a veces un problema mecánico puede ser la causa de uno eléctrico. Después de asegurarse de que no haya problemas mecánicos o bien que se hayan corregido, es conveniente que intente poner en marcha el motor otra vez; si el problema persiste, entonces proceda a realizar las pruebas eléctricas.

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2.5.3 PROBLEMAS MECÁNICOS EN LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA Algunos de los problemas mecánicos más frecuentes en los motores eléctricos monofásicos de fase partida son los siguientes: Tapaderas mal montadas. Cojinetes desgastados. Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados. Los procesos de mantenimiento preventivo y de reparación efectivos, deben permitir el desarmado completo de los motores, de acuerdo a una programación establecida. Los factores que influyen en la frecuencia del mantenimiento y la necesidad de desarmar un motor son principalmente los siguientes: El tamaño del motor. El uso o ciclo de trabajo que tenga. El medio ambiente en el cual opera. El mantenimiento correctivo, en donde con frecuencia se necesitan cambios de partes o reparaciones, requiere por lo general, que los desmonte y los desarme, al menos parcialmente. Se le recomienda seguir las siguientes Reglas Generales para el desarmado de los motores eléctricos monofásicos. Desconecte la alimentación del motor. Tome nota o elabore un diagrama de las conexiones del motor, para evitar errores cuando lo vuelva a poner en servicio.

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Quite el equipo auxiliar que impida el acceso libre al motor. Analice si se requiere o no, remover el motor del lugar de su instalación. Siga preferentemente las recomendaciones del fabricante para su montaje y maniobras a realizar. Seleccione un área de trabajo limpia cuando el motor se desarma. Estando en su lugar de montaje, tenga el suficiente cuidado con el manejo de sus partes, márquelas y etiquételas debidamente para su correcto armado. Antes de desarmar un motor, haga marcas de identificación en uno de sus lados para facilitar posteriormente el armado como lo muestra la figura 72. Marcas de identificación

Algo básico en esta operación de ajuste de tapaderas, es la colocación de marcas entre las tapaderas y el estator, a fin de conservar la misma posición para el armado.

Estas marcas las puede realizar con marcadores de tinta indeleble, punzones o etiquetas autoadheribles, aunque la más recomendable es la de los punzones, ya que al manejar las tapaderas o el estator puede despegar o borrar las marcas hechas por el marcador o las etiquetas. Este procedimiento puede apreciarlo en la figura 73. Martillo metálico

Punzón de punto

x x x

Figura No. 72 Marcas en una de las parted del motor para referencia del armado posterior.

TAPADERAS MAL MONTADAS Cuando una tapadera no se adapta bien a la carcasa de un motor, los cojinetes no quedan bien alineados y no se puede hacer girar a mano el rotor o bien presenta un alto grado de dificultad. Con tapas mal ajustadas los tornillos de sujeción se aflojan. El procedimiento será el siguiente: centre nuevamente las tapas y vuélvalas a apretar, procurando apretarlas en forma de cruz para que la tapadera asiente bien, esto lo puede verificar por medio de un bloque de madera que al golpear la tapadera debe emitir un sonido limpio.

Figura No. 73 Procedimiento para marcar las partes del motor.

Después de marcar las tapaderas y la carcaza del motor, puede proceder a desarmar el motor. Se le recomienda seguir las siguientes precauciones. No use martillos metálicos directamente sobre cualquier parte del motor, ya que el impacto puede romper o fracturar al hierro fundido. También puede deformar otras partes. No use desarmadores o destornilladores para forzar las tapaderas al tratar de separarlas, esto puede producir marcas o daños en las uniones tapadera-estator.

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Esté preparado para registrar el procedimiento de desarmado y arregle la disposición de las partes en un orden que identifique su posición. Tenga listo un cuaderno de notas y un lápiz para anotar la forma en la que están dispuestas las conexiones internas de los devanados. Luego de hacer las marcas correspondientes en el motor, proceda a desarmarlo de la manera siguiente: Remueva los tornillos o pernos de sujeción de las tapaderas a la carcaza.

En la medida que continúe con el proceso de desarmado, registre todas las partes que se retiran y el orden en que van colocadas. Elabore un diagrama del alambrado. Haga una lista de colores, de acuerdo al código para cada terminal, o bien use la numeración convencional. Una vez que haya retirado las tapas del eje del motor, retire el rotor, teniendo cuidado de que no se golpee contra el estator o los devanados del estator para evitar daños; por lo que dependiendo del tamaño del motor, debe adoptar distintas formas de soporte del rotor, observe la figura 75.

Después de efectuar el paso anterior, colóquese en posición de retirar las tapas de la carcaza. Tan pronto como separe las tapaderas, el rotor queda soportado por el estator. Deberá tomar precauciones para evitar que el rotor sufra daño, usando soportes o polipastos. Entre más grande es el motor, tendrá mayor riesgo de daño.

A

A

Use un martillo de bola y un bloque de madera para proteger contra daño, como se muestra en la figura 74.

Figura No. 75 Forma correcta de desmontar un motor.

Figura No. 74 Procedimiento para marcar las partes del motor.

Remueva las tapaderas de ambos lados del motor, retirando el rotor lentamente y procurando previamente haber desconectado todos los alambres del circuito que puedan haber, por ejemplo, los del interruptor centrífugo.

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Bloque de soporte soporte

Figura No. 76 Forma de desmontar un rotor de un motor grande con ayuda del polipasto.

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COJINETES DESGASTADOS Cuando los cojinetes de un motor eléctrico están desgastados, se produce un descentrado del rotor del motor y, debido a que el entrehierro o espacio de aire entre el rotor y la armadura del estator es normalmente un espacio muy pequeño, este descentramiento produce en ocasiones un roce mecánico entre el rotor y el estator, con lo cual se origina un deterioro en los devanados.

Dispositivo para llenado de aceite Chumacera

Porta chumacera

Anillo de aceite Drenaje de aceite

123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212 123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901212

Este tipo de falla se puede reconocer observando las marcas producidas por el roce entre el rotor y el estator.

Cuando los cojinetes están desgastados existen posibilidades de que el motor no funcione o, si lo hace, haga un ruido producido por el roce mecánico; debido a esto, debe vigilar que no exista juego del eje sobre el cojinete, para esto se intenta mover en el sentido vertical el extremo libre del eje, es decir el del lado de accionamiento.

Vástago Resorte Drenaje de aceite

Figura No. 78 Sistemas de lubricación de chumaceras tipo deslizante. Drenaje exteriores Pista de rodamiento

Rodillo

Separador Balín o bola

Cuando exista juego vertical, como lo muestra la figura 77, es señal de que el cojinete y muy raras veces el eje están desgastados, en este caso tendrá que sustituir el cojinete o el rotor por uno nuevo.

A

B

Figura No. 79 Tipos de cojinetes: A) De bolas. B) De rodillos.

MOTOR

REEMPLAZO DE LOS COJINETES

Figura No. 77 Juego vertical o radial existente por desgaste de cojinetes.

El mantenimiento de los cojinetes y chumaceras varía ligeramente, dependiendo de su tipo, ya sea tipo deslizante, de rodillos o rodamientos o de bolas o bien de tipo liso con fieltros o cueros de cierre para evitar fugas de aceite.

Lo primero que hará al proporcionarle mantenimiento a los cojinetes del motor será la limpieza, y esto por lo general implica desarmar el motor para aplicar un procedimiento de limpieza general. Para esto, a menos que sea estrictamente indispensable, no es necesario que extraiga los cojinetes que estén en buenas condiciones. Cuando necesite extraerlos, debe almacenarlos o guardarlos en papel aceitado, procurando también mantenerlos limpios.

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Cuando el estado de los cojinetes requiere que sean reemplazados,deberá hacerlo con herramientas especiales para tal fin.

Tuerca de regulación

En la figura 80 se muestra un conjunto de árboles o barras para remover chumaceras tipo deslizante. Patas o varillas

Tornillo Tuerca de regulación

Figura No. 80 Conjunto de árboles o barras para extraer chumaceras deslizantes.

Varillas de tracción

Estas barras o herramientas vienen en varios tamaños y cada barra puede tener hasta cinco diámetros. La herramienta está diseñada de tal forma que el diámetro exterior pueda pasar a través del porta chumacera sin dañarlo. Las chumaceras se pueden remover golpeando la herramienta con un martillo o bien con el mismo tipo de herramienta, pero accionando a presión como lo demuestra la figura 81.

Figura No. 82 Extractores de tornillo con abertura regulable.

La técnica que utilizará para manejar los extractores y extraer los cojinetes de sus cunas se muestran en la figura 83.

Extractor de tornillo

Cojinete Llave de perico

Rotor

Figura No. 83 Técnica para extracción de cojinetes con el extractor. Figura No. 81 Forma de colocar la tapa y la herramienta para extraer las chumaceras.

En el caso de los cojinetes, también usará distintos tipos de herramientas para su extracción, algunas de éstas se muestran en la figura 81.

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EJE TORCIDO Si después de que verificar si las tapaderas están bien montadas, tiene dificultad para hacer que gire el motor accionándolo manualmente, entonces, es casi seguro que el eje se encuentra torcido.

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La reparación de esta falla en motores pequeños puede hacerla con el rotor montado sobre los puntos del torno y con una palanca o un pedazo de tubo colocado en la parte curvada, intente enderezar, como lo indica la figura 84. Cabezal del torno

Rotor

2.5.4 LOS PROBLEMAS ELÉCTRICOS EN LOS MOTORES DE FASE PARTIDA

Conmutador

Los problemas que con mayor frecuencia presentarán los motores eléctricos monofásicos de fase partida se clasifican en dos categorías:

Eje

Efectos de sobrecargas.

Bancada del torno

Figura No. 84 Rotor de motor eléctrico montado en un torno para rectificarlo.

Efectos ambientales y de mantenimiento. EFECTOS DE SOBRECARGAS

Algo básico en esta operación de ajuste de tapaderas, es la colocación de marcas entre las tapaderas y el estator, a fin de conservar la misma posición para el armado.

La mayoría de los problemas que generan las sobrecargas se refleja como un sobrecalentamiento en el estator, como lo muestra la figura 86.

COJINETES O CHUMACERAS EXCESIVAMENTE APRETADOS Cuando los cojinetes están excesivamente ajustados con el eje del rotor, resulta muy difícil hacerlo girar a mano, y si se ha descartado el problema del eje torcido, entonces la solución se encuentra rectificando los cojinetes para que ajusten debidamente. Otra opción es también pulir el eje con lija metálica. La parte del eje a pulir la señala la figura 85. Parte del eje a pulir con lija

Figura No. 86 Devanado dañado por sobrecalentamiento.

Los arranques y paros repetidos generan también esfuerzos mecánicos sobre los cabezales de las bobinas y las bobinas en forma individual. Estas fuerzas mecánicas generadas vía el proceso de operación del motor (arranque-paro) se refleja como un esfuerzo físico en los cabezales de las bobinas y terminales de las espiras de cobre, incrementando los problemas potenciales por fractura del aislamiento de las partes conductoras.

Figura No. 85 Parte del eje a pulir con lija.

El otro aspecto que se debe descartar es el montaje defectuoso de las tapas.

Otra posibilidad que se presenta es un incremento sustancial en la temperatura del aislamiento, como resultado del proceso de arranques y paros del motor en tiempos relativamente cortos.

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El simple calor generado por estos procesos incrementa la temperatura, acelerando el deterioro del aislamiento, en combinación con los esfuerzos físicos aplicados al sistema. Si tiene polvo y humedad, se puede acelerar el proceso de falla. Estas condiciones de falla se pueden presentar en un motor algunos meses después, siguiendo el proceso de operación normal. A continuación observará una serie de problemas, sus posibles causas y sus efectos.

Deterioro del aislamiento. Cortocircuito de espira a espira, de bobina a bobina, de fase a fase o de fase a tierra. Daño al estator. PROBLEMA DE TIPO ELÉCTRICO

• Obstrucción en el sistema de ventilación.

EFECTOS

• Bajo voltaje en la línea

Sobrecalentamiento en los devanados.

EFECTOS Sobrecalentamiento en el devanado del estator. Deterioro del aislamiento (fractura y pulverización) Cortocircuito de espira a espira o de bobina a bobina o de fase a fase o de fase a tierra. Daño en el estator.

Deterioro de los aislamientos por sobrecalentamiento. Falla de aislamiento de las bobinas. ESFUERZOS DE VOLTAJE

EFECTOS Falla dieléctrica del aislamiento. Falla del aislamiento de las bobinas.

Las sobrecargas no deberían afectar a un motor protegido correctamente, ya que cualquier sobrecarga con tiempo mayor que el ajuste de la protección contra sobrecarga deberá ser detectada y controlada. PROBLEMAS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN • Ciclo excesivo de trabajo o cargas pulsatorias. - Sobrecargas contínuas. - Tiempos de aceleración prolongados. - Problemas mecánicos en las cargas. - Bajo voltaje en la alimentación.

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Sobrecalentamiento en el devanado del estator.

• Temperatura ambiente elevada.

PROBLEMAS DE LA RED DE ALIMENTACIÓN

- Arranque y paros repetidos.

EFECTOS

PROBLEMAS DE TIPO MECÁNICO • Pérdida o exceso de lubricante. • Contaminación en el lubricante de las cojinetes. • Sobrecalentamiento en el lubricante de los cojinetes.

EFECTOS Sobrecalentamiento y/o deterioro en el lubricante de los cojinetes. Fallas en los cojinetes.

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PERDIDA DE ALINEACIÓN EN EL EJE O PROBLEMAS CON LA CIMENTACIÓN

EFECTOS Vibración excesiva. Sobrecalentamiento y/o deterioro en el lubricante de los cojinetes.

Cuando la corriente es alta y el voltaje bajo, la causa puede ser el motor; por lo que debe desconectarlo de la línea y medir el voltaje, si es demasiado alto o demasiado bajo, se debe corregir antes de proceder al desarrollo de pruebas eléctricas.

Falla en el cojinete. PRUEBAS ELÉCTRICAS EN LOS DEVANADOS Antes de que pierda tiempo suponiendo que un motor tiene alguna falla, es conveniente que observe las condiciones del circuito. Si el motor continúa operando, puede medirle la corriente usando un amperímetro de gancho, como lo muestra la figura 87. Con esto elimina la necesidad de desconectar los conductores para conectar un amperímetro convencional en serie con el circuito a medir.

Figura No. 87 Amperímetro de gancho, utilizado para no abrir las líneas de alimentación.

Compare la lectura del amperímetro de gancho de la corriente a plena carga del motor, con la que aparece en la placa de datos del mismo.

Si el voltaje se eleva de su valor nominal con el motor desconectado, se tiene una mayor posibilidad de que el motor esté defectuoso. Debe verificar primero un posible incremento en la carga mecánica, antes de suponer que se trata de un problema eléctrico. El problema de la carga mecánica se puede derivar de un acoplamiento defectuoso, chumaceras o cojinetes en mal estado o falta de lubricación, así como un posible aumento en la corriente que demanda el motor, con la consecuente caída de tensión. La mayoría de fallas eléctricas en los motores se deben principalmente a fallas del aislamiento de los devanados, este falla como se mencionó anteriormente, porque los motores operan con temperaturas arriba de sus valores nominales; esta condición puede ser causada por una sobrecarga o una pobre ventilación. También son causa de fallas en los motores eléctricos: La exposición a la humedad, las atmósferas corrosivas, el polvo, las limaduras o partículas metálicas, así como los arcos eléctricos en la alimentación o fallas en los controladores (arrancador y cuchillas)

La corriente debe estar dentro del 5% de variación con respecto a su valor nominal, operando el motor a plena carga.

Una de las fallas más comunes en los devanados es el corto circuito, éste se puede dar cuando dos o más espiras están eléctricamente en contacto, cuando una espira hace contacto con las laminaciones del estator o rotor o bien con la carcaza.

Si los valores de la corriente varían en forma significativa, entonces es necesario que mida con un voltímetro, el voltaje de alimentación y lo compare con los de la placa del motor.

Esto significa que el cortocircuito puede ser entre devanados o de un devanado a tierra; estos tipos de corto circuitos conducen a su vez a otra falla, que es la de devanado o bobina abierta.

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Durante el funcionamiento del motor, un cortocircuito puede ser provocado por una sobrecarga o exceso de corriente que caliente los devanados, de modo que esto puede hacer que se quemen los aislamientos de los conductores, quedando éstos al descubierto. Un cortocircuito en cualquier parte del devanado puede provocar una operación ruidosa del motor, con presencia de humo. Otro indicativo de corto circuito es la demanda o consumo de una corriente elevada cuando el motor opera en vacío (sin carga mecánica acoplada a su eje) Para la localización de bobinas en corto circuito puede utilizar los siguientes procesos: Si el motor lo permite, póngalo en marcha y déjelo operar durante algún tiempo, localice al tacto la bobina más caliente, que será aquélla que se encuentra en corto circuito. Otros de los métodos comunes para el desarrollo de las pruebas eléctricas en los devanados, son los siguientes:

Lámpara de prueba

Bobina de arranque

Interruptor centrífugo

Figura No. 88 Lámpara de prueba conectada a la carcaza y a una terminal.

Si el contacto chispea o enciende la lámpara (aún con baja intensidad) entonces hay falla. PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTARTOR PARA DETECTAR FALLAS DE BOBINAS ABIERTAS CON UN VOLTÍMETRO Para determinar si un devanado esta abierto, conecte las puntas de prueba como se muestran en las figura 89.

El método de la lámpara de prueba. El método del voltímetro o amperímetro. El método de Megger o medidor de resistencia de aislamiento. El método de Growler o Zumbador. Estos procesos y métodos de prueba simplificados que se usan en forma más común, los observará en forma gráfica a continuación, definiendo en cada figura la metodología a seguir, las conexiones y la interpretación de los resultados. PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTARTOR PARA DETECTAR FALLAS A TIERRA CON UNA LÁMPARA DE PRUEBA Conecte una punta de prueba a la carcaza y la otra a cada terminal de fase, en forma alternativa. La forma de conectar la lámpara al motor se indica en las figura 88.

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A la red eléctrica

Figura No. 89 Voltímetro midiendo para detectar fallas de bobinas abiertas.

Si el circuito no está abierto, el voltímetro conectado se leerá a plena escala. PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTARTOR PARA DETECTAR FALLAS DE AISLAMIENTO, BOBINAS ABIERTAS Y EL INTERRUPTOR CENTRÍFUGO POR MEDIO DE UN ÓHMETRO FALLAS DE AISLAMIENTO Estas fallas pueden detectarse fácilmente con el óhmetro. Como primer paso verifique que el motor no esté conectado a la red eléctrica local. Seleccione la escala más alta y mida una a una, todas las puntas con referencia a la carcasa del motor, esta prueba la puede observar en la figura 90.

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Figura No. 90 Óhmetro midiendo el aislamiento del motor.

BOBINAS ABIERTAS Esto puede comprobarlo cuando ha ocurrido un corto circuito, un sobrecalentamiento o un objeto ha cortado parte del devanado. Las pruebas a realizar la puede observar con la figura 91.

Figura No. 92 Óhmetro midiendo el interruptor centrífugo en reposo.

PRUEBAS DE AISLAMIENTO EN LOS MOTORES POR MEDIO DEL MEGGER Un Megómetro o Megger es un dispositivo que detecta deterioro en el aislamiento, midiendo valores de alta resistencia bajo condiciones de prueba en alto voltaje. Los voltajes de prueba de los meggers se encuentran en el rango de 50 a 5,000 Voltios. El megger detecta fallas de aislamiento o bien fallas potenciales del aislamientos, causadas por exceso de suciedad, humedad, polvo, calor, vapores corrosivos o sólidos, vibraciones y envejecimiento.

Figura No. 91 Óhmetro midiendo la ruptura de un devanado.

Existen diferentes tipos de Megeers, la figura 93 muestra tres tipos.

FALLAS EN LOS CONTACTORES DEL INTERRUPTOR CENTRÍFUGO En esta prueba debe verificar cuales con los contactos del interruptor centrífugo y armado el motor, hágalo girar con ayuda de otro motor. Cuando está en reposo, los contactos tendrán que estar cerrados, por lo que el óhmetro medirá una resistencia cero. Cuando el motor haya alcanzado aproximadamente el 75% de su revoluciones nominales, los contactos se abren y como consecuencia, el óhmetro medirá una resistencia infinita. Vea la figura 92.

A

B

C Figura No. 93 Tres diferentes tipos de Megger. Todos con la misma función.

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PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO Una “prueba de aislamiento en sitio” es una prueba para verificar el aislamiento del motor. Se hace cada seis meses cuando el motor está en servicio. Para desarrollar esta prueba aplique el siguiente procedimiento: Conecte el Megger para medir la resistencia de cada terminal del devanado a tierra. Las lecturas debe registrarlas después de 60 segundos. En caso de que no obtenga la lectura mínima aceptable, revise y dé mantenimiento al motor. Se debe registrar el valor de la lectura mínima, ya que ésta sirve de referencia. Se descargan los devanados del motor a través de una resistencia de 5 KW, 5 W. Se repiten los pasos anteriores cada 6 meses.

PRUEBA DE MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS CON ROTORES JAULA DE ARDILLA POR MEDIO DEL GROWLER La pérdida en el Par de arranque a velocidad nominal en un motor de inducción se puede deber a circuitos abiertos en el rotor de Jaula de Ardilla. Para que pruebe el rotor y determine qué barras están abiertas debe proceder de la manera siguiente: Coloque el Rotor sobre del Growler. Coloque el Amperímetro de Gancho en la línea de alimentación del Growler y ajuste el amperímetro a la escala más grande. Energice el Growler y gire el rotor sobre el mismo, tomando notas de las corrientes. El Growler actúa como el primario de un transformador. Si el Rotor está bien, debe tener mas o menos las mismas indicaciones de corriente en todas las posiciones. Esta prueba puede realizarla como lo indica la figura 95.

• Descargar el motor • Resistencia para descargar el motor

Paso 1 • Medición

A tierra

Figura No. 95 Growler y Amperímetro de Gancho en conexión de prueba del Rotor Jaula de Ardilla de un motor de inducción.

2.5.5 MEDIDAS DE SEGURIDAD Megger tipo manija

Figura No. 94 Megger tipo manija, midiendo el aislamiento del motor eléctrico monofásico de fase partida.

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En esta sección se hará referencia en una forma breve a las medidas de seguridad que debe tener al momento de proporcionarle mantenimiento a los motores eléctricos.

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Al igual que el mantenimiento, la seguridad está dividida en dos partes.

Las etiquetas son como lo muestra la figura 96.

NO CONECTAR ESTÁN TRABAJANDO

La seguridad con el manejo de la electricidad. La seguridad con los componentes mecánicos. LA SEGURIDAD CON EL MANEJO DE LA ELECTRICIDAD Como electricista usted siempre debe recordar que está trabajando con la electricidad y por lo tanto debe aplicar las cinco normas de seguridad siguientes: • Desconecte totalmente la tensión • Evite una reconexión • Compruebe la ausencia de tensión • Tape o cubra las partes proximas sometidas a tensión La Norma VDE 0105 (Asociación de Electrotécnicos Alemanes) prohíbe terminantemente trabajar con partes de circuitos sometidas a tensión. Una buena forma de cumplir con estas medidas de seguridad es que desenrosque los fusibles o que desconecte los disyuntores, llevándoselos consigo para que nadie ajeno vuelva a reconectarlos. Deberá aplicar medidas que garanticen que sólo aquellas personas que trabajen en las instalaciones puedan volverlas a conectar. REALIZACIÓN Si ha desenroscado los fusibles, no deberá dejarlos junto a la caja de distribución, sino que deberá llevárselos consigo. Los dispositivos de bloqueo ofrecen una seguridad adicional como los tapones roscados de bloqueo, que no son más que tapones plásticos similares a los reales, los cuales no permiten el acceso a otro fusible. Para que otros técnicos o usuarios de la instalación se informen de los trabajos que se están realizando puede emplear etiquetas autoadhesivas que pegará sobre los dispositivos protectores, disyuntores o porta-fusibles. Suelen ser de color rojo o amarillo.

Lugar: Sólo podrá quitar el letrero: Nombre: Figura No. 96 Etiqueta que puede utilizar para seguridad de reconexión.

Evidentemente es más seguro que ninguna otra persona pueda tener acceso a los interruptores o sea que los armarios o salas de conmutación estén cerradas. Aunque crea haber interrumpido el circuito eléctrico adecuado, en determinados casos aún puede suceder que determinadas partes de la instalación en cuestión estén sometidas a tensión, bien sea por fallos en el circuito de la instalación o por rotulados o indicadores equivocados. Por tanto, deberá comprobar necesariamente la ausencia de tensión antes de empezar a trabajar. REALIZACIÓN Verifique que el instrumento verificador de tensión o sea un voltímetro esté en buenas condiciones. Mida en todos los puntos cercanos al área de trabajo si existe tensión. Inicie su trabajo hasta que esté totalmente seguro. PRECAUCIONES EN EL MANEJO DEL MEGGER En los párrafos anteriores se mencionó, que el Megger es un aparato que realiza mediciones de aislamiento, este aparato puede generar en su interior un voltaje que puede llegar a los 5000 Voltios, mediante el accionamiento de la manija, por lo que deberá seguir las siguientes instrucciones:

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Desconecte el motor eléctrico de la conexión de la red, inclusive de la protección de tierra física. No toque el motor con su cuerpo cuando esté realizando la medición con el Megger. Si hubiera necesidad de tocar alguna parte del motor, entonces utilice un alicate con los mangos aislados y con la inscripción en el aislante, indicando que soporta hasta 5,000 Voltios. Utilice guantes de electricista, si va a manipular el motor. LA SEGURIDAD CON LOS COMPONENTES MECÁNICOS Cuando le brinde mantenimiento a un motor eléctrico, debe considerar la seguridad suya y de los que le ayudan. Muchos accidentes pueden evitarse simplemente con ser ordenado en su trabajo y con su herramienta. Normalmente todas las herramientas traen instructivos de uso de las mismas.

2.5.6 PROTECCIÓN AMBIENTAL Cuando utilice materiales corrosivos, aceites o solventes, no debe desecharlos en la tierra o en el desagüe, ya que estos materiales perjudican el medio ambiente. Lo que debe hacer para desechar estos materiales es lo siguiente: Busque un recipiente de plástico o metal suficientemente duro para soportar este material corrosivo, este recipiente debe tener una tapadera hermética. Utilice un recipiente para cada residuo. Nunca mezcle los solventes o aceites que no sean del mismo tipo ya que esto provocará, en algunos casos, gases tóxicos y altamente inflamables. Cuando el recipiente esté lleno, puede llevarlo a la recicladora más próxima. Si aun no existiera alguna en el área, selle el recipiente y guárdelo en algún lugar seguro y adecuado. En algún momento llegará la recicladora para procesarlos.

Debe seguirlas al pie de la letra para evitar situaciones que pueden traer peligro hacia usted. LA SEGURIDAD EN EL MANEJO DE LOS MARTILLOS Nunca utilice el martillo si el cabo no está sujeto firmemente a la parte de acero. Nunca trabaje con el martillo si hay alguna persona enfrente de usted. El martillo de acero puede salir expulsado hacia la persona que está el frente de usted.

98

Nunca queme los restos de plásticos o inflamables ya que estos humos dañan la capa de ozono. Utilice materiales que no son dañinos a la capa de ozono. Normalmente los materiales que no dañan la capa de ozono traen en la etiqueta una indicación, con la que usted puede saber si los puede utilizar.

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2.6 MOTOR CON CAPACITOR

El Motor monofásico con capacitor de arranque tiene una aplicación muy extensa, ya que su gran par de arranque y su velocidad casi constante lo hacen idóneo para compresores de aire, compresores de refrigeración, bombas de gasolina, quemadores de petróleo, etc. En aplicaciones como el impulso de compresores en sistemas de aire acondicionado que trabajan con alta contrapresión, el motor con capacitor de arranque es sin duda la elección inmediata, pero en otros casos como el de los refrigeradores para uso doméstico, el motor de fase partida constituye una alternativa más económica; un diseño cuidadoso del devanado auxiliar permitirá lograr un par de arranque suficiente en las condiciones de operación más severas que puedan presentarse. El costo de un motor con capacitor de arranque es un 40% ó 50% más alto que el de uno de fase partida, lo cual confirma que el capacitor sólo debe utilizarse cuando su elevado par de arranque es absolutamente necesario en la práctica.

2.6.1 DEFINICIÓN El Motor con capacitor de arranque es similar al de fase partida, con la diferencia de tener conectado en serie al devanado auxiliar un capacitor de arranque con capacidad adecuada; va montado en la parte superior de la carcasa del motor. Observe figura 97. Como el capacitor puede proyectarse de capacidad suficiente, con este tipo de motor se consigue en el arranque un desfase mayor que en el tipo de fase partida y, por tanto, mayor par de arranque y mejor rendimiento. Por esta razón se construyen en una gama más amplia de potencias, que abarca desde 1/8 hasta 2 y 3 CV.

Figura No. 97 Vista lateral y frontal de un motor monofásico con capacitor de arranque.

2.6.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE Ya se ha visto que en el caso del motor de fase partida, el diseñador dispone realmente de un escaso margen en cuanto al ángulo de diferencia de fase, que puede obtenerse entre las corrientes del devanado de trabajo y del devanado auxiliar. En cambio, si se coloca un capacitor de arranque en serie con el devanado auxiliar, es posible incrementar dicho ángulo hasta casi 90 grados. Si se recuerda que el par de arranque es proporcional al seno del ángulo comprendido entre las dos corrientes y que el seno de 30 grados (que es el valor angular máximo que puede obtenerse prácticamente en un motor de fase partida) es 0.5 y el seno de 90 grados es 1, resulta claro que sólo por este concepto el par de arranque sería por lo menos del doble en un motor con capacitor de arranque. Observe en la figura 98 y 99 que la corriente de línea será mucho menor que en el caso de la máquina con capacitor de arranque de lo que sería en el motor de fase partida, debido precisamente a que el ángulo es mayor. Esto significa que para un mismo valor de corriente de línea, las corrientes del devanado auxiliar y del devanado de trabajo pueden ser mayores, con lo cual se incrementa aún más la magnitud del par de arranque.

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99

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2.6.3 PARTES DEL MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE

VL

IL

It

Ia

IL = Intensidad de línea. It = Intensidad de trabajo. Ia = Intensidad de arranque. VL= Voltaje de línea. Figura No. 98 Esquema de las intensidades que circulan en un motor monofásico con capacitor de arranque. V = Voltios. Ia = Intensidad de arranque. It = Intensidad de trabajo. a = Ángulo de desfase.

En la figura 100 puede observar la similitud de las piezas del motor monofásico con capacitor de arranque con las del motor de fase partida y en la figura 101 observe de nuevo las partes del motor con capacitor con su protección térmica interna. Esta protección térmica sirve para desconectar momentáneamente el motor cuando este calienta más de la temperatura admisible y que no se dañen los aislamientos del motor. La protección térmica se hace a través de un bimetal (dos metales que se dilatan de diferente forma al aumentarles la temperatura y abren un contacto) Constructivamente, el motor con capacitor de arranque solamente se diferencia del motor de fase partida por el capacitor que lleva conectado en serie con el arrollamiento de auxiliar.

Figura No. 99 Ángulo entre las corrientes en un motor monofásico con capacitor de arranque.

El motor con capacitor de arranque tiene el más alto par inicial de todos los tipos de motor monofásico, especialmente en lo que respecta al valor del par por unidad de corriente o par por amperio. Naturalmente que el incremento en el par se obtiene a expensas de un costo extra, ya que por lo general el capacitor de arranque (Ca), debe tener una capacidad bastante elevada (400 microfaradios o más) y requiere un aislamiento adecuado para el voltaje al que va a estar sujeto, que es mayor que el de la línea de alimentación. Por ello, su costo resulta considerable. Es necesario también que el dispositivo de desconexión actúe oportunamente puesto que el voltaje aplicado al capacitor de arranque, se incrementa a medida que el motor adquiere velocidad y si no se desconecta del circuito puede dañarse. Para esta aplicación, el tipo de capacitor normalmente empleado es el electrolítico especial para corriente alterna (reversible)

100

Capacitor de arranque

Interruptor centrífugo

Rotor

Red

Devanado de trabajo

Devanado auxiliar

Figura No. 100 Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (sin protección térmica)

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Por supuesto que la elevada capacidad nominal del capacitor se basa en el hecho que sólo interviene unos cuantos segundos durante cada arranque del motor y después permanece fuera del circuito.

Figura No. 101 Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (con protección térmica interna)

1. Interruptor centrífugo.

Figura No. 102 Capacitores electroliticos utilizado en motores con capacitor de arranque.

2. Capacitor de arranque. 3. Devanado de trabajo. 4. Protección térmica. 5. Devanado auxiliar o de arranque. 6. Caja de bornes de conexión.

2.6.4 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS CAPACITOR DE ARRANQUE Los capacitores para arranque del motor son del tipo electrolítico (figura 102) Estos se fabrican arrollando dos tiras de lámina de aluminio tratadas electroquímicamente, para generar el delgado dieléctrico en forma de película de óxido de aluminio, las cuales están separadas por dos películas de material aislante. El conjunto se aloja en un recipiente adecuado y se impregna con un electrolito que regenera el dieléctrico a lo largo de su vida. Esta construcción permite tener una capacitancia varias veces mayor para el mismo tamaño del recipiente, que la que podría obtenerse con la construcción usual.

Puede decirse que el motor monofásico con capacitor de arranque permite obtener un alto par de arranque, a cambio de un costo inicial mayor que el de un motor de fase partida. Tampoco debe perderse de vista el hecho de que el capacitor de arranque constituye otro eslabón de la cadena que puede dañarse y con el tiempo tener que reemplazarse. Por estas razones el uso de un motor con capacitor de arranque debe estar plenamente justificado por los requisitos de operación de la carga.

2.6.5 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE Estos motores comparten una desventaja con los de fase partida: normalmente no es factible invertir su sentido de rotación cuando está en movimiento; es decir, se requiere que el motor se detenga o reduzca su velocidad sustancialmente para poder intercambiar las terminales de conexión del devanado auxiliar e invertir así el sentido de rotación.

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101

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MOTOR CON CAPACITOR PERMANENTE La principal ventaja de este motor consiste en que no requiere un interruptor extra para desconectar el devanado auxiliar, ya que tanto éste, como el capacitor permanente (Cp, también llamado de régimen o de trabajo), que está en serie con él, permanecen en el circuito (figura 103) Otra ventaja es que con él, se obtiene un mejor factor de potencia y por consiguiente una reducción en la corriente de línea.

Figura No. 104 Capacitor impregnado de aceite.

En el capacitor de aceite el dieléctrico de papel está impregnado de aceite y el conjunto de papel y láminas se sumerge en un depósito también de aceite, con objeto de aumentar el poder dieléctrico y evitar, al mismo tiempo, un calentamiento excesivo.

IL = Intensidad de línea. It = Intensidad de trabajo. Ia = Intensidad de arranque. VL= Voltaje de línea.

Figura No. 103 Motor con capacitor permanente y sus intensidades.

Sin embargo, como el capacitor permanece conectado en el circuito en todo momento, ya no puede ser del tipo electrolítico, sino que debe emplearse un capacitor impregnado de aceite (figura 104), cuyo costo y volumen por microfaradio de capacidad son bastante más elevados. Por otra parte una vez que el motor arranca, la capacidad requerida en el circuito auxiliar es mucho menor. Por esas razones, la capacitancia en microfaradios para un motor de este tipo es mucho menor que en uno con capacitor de arranque (5 a 20 microfaradios, lo cual es una indicación de que el par de arranque que puede esperarse no es muy grande)

El bajo par inicial inherente a este tipo de motor limita por tanto, su uso en aplicaciones como ventiladores de aspas o de tipo turbina, cuyos requisitos de par en el arranque son relativamente bajos. En los motores con capacitor permanente, los dos devanados pueden ser iguales, con lo cual, el motor puede hacerse girar en uno u otro sentido, con un sencillo cambio de conexiones, como se muestra en la figuras 105 y 106. Una de las líneas de alimentación está conectada en forma permanente al punto c, mientras que la otra línea se conecta alternativamente al punto a, o al punto b, según el sentido de rotación deseado.

Tus apuntes

102

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Media 2 V

Figura No. 105 Motor monofásico con capacitor permanente para giro a la derecha.

0

1

Alta

Cp Devanado auxiliar

Baja

3

Devanado de trabajo

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Figura No. 107 Control de velocidad de un motor con capacitor permanente (Cp), por medio de derivaciones en el devanado de trabajo.

Esta variación de velocidad obedece al hecho de que al ajustar el voltaje aplicado al motor, se modifica la intensidad del campo magnético y en consecuencia, el par motor.

Figura No. 106 Motor monofásico con capacitor permanente para giro a la izquierda.

Esto permite invertir la marcha del motor sin necesidad de detenerlo, lo cual constituye una ventaja sobre el motor de fase partida y del motor con capacitor de arranque. Se aplica con frecuencia en lavadoras de ropa del tipo de impulsor, en las que la mezcla de agua, ropa y detergente se agita, haciendo girar el impulsor (motor con capacitor permanente), primero en un sentido y luego en el opuesto, para evitar que la ropa se enrede. Lo anterior se logra fácilmente por medio de un temporizador que sólo tiene que controlar un interruptor de un polo y un tiro. Otra ventaja del motor con capacitor permanente, es que permite cierto control de velocidad mediante una variación de voltaje aplicada a sus terminales. Este tipo de control es utilizado sobre todo en ventiladores, en los que el volumen de aire manejado se pueda variar de manera muy simple.

Un inconveniente de este tipo de control de velocidad es el hecho de que la velocidad obtenida depende de la carga. Es decir, si el motor opera en vacío, la variación de velocidad obtenida por este método será prácticamente nula, mientras que con una carga considerable la variación de velocidad podría resultar excesiva. La corriente de arranque que toma un motor con capacitor permanente es muy baja, por lo que no afecta a las demás cargas conectadas al mismo circuito, en contraste con lo que ocurre en el caso de los motores de fase partida o con capacitor de arranque, que producen una caída de voltaje considerable. Esto puede ocasionar un parpadeo molesto en las lámparas conectadas al sistema y afectar a otras cargas alimentadas por el mismo circuito. MOTOR DE DOBLE CAPACITOR Es posible también combinar las características del motor con capacitor de arranque utilizando un capacitor electrolítico de capacidad elevada para el arranque, el cual se desconecta del circuito en el momento oportuno. De este modo se deja sólo un capacitor de baja capacitancia en serie con el devanado auxiliar.

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Interruptor de arranque Ca

Devanado auxiliar

V

Devanado de trabajo

Cp

Figura No. 108 Motor de doble capacitor.

• Cp Capacitor permanente. • Ca Capacitor de arranque.

2.6.6 MANTENIMIENTO BÁSICO DE MOTORES MONOFÁSICOS CON CAPACITOR Debido a que el mantenimiento de los motores monofásicos con capacitor es similar al de los motores de fase partida. Aquí únicamente se limita a la revisión de fallas. Un análisis de los circuitos y componentes de estos populares motores, junto con ciertas pruebas sencillas, facilitan mucho el diagnóstico de fallas. Cuando un motor con capacitor no arranca o funciona mal, no se debe necesariamente a que exista un devanado dañado, pues la falla podría estar en otros componentes, como los relevadores o interruptores y sus mecanismos, capacitores o autotransformadores veriados, conexiones flojas en los relevadores térmicos de sobrecarga integrados o bien, en rodamientos en malas condiciones en el motor o en la carga impulsada.

CONSIDERACIONES GENERALES En los motores con desperfectos deben hacerse pruebas sistemáticas a fin de localizar la dificultad con rapidez. En general, cuando un motor con capacitor está inmóvil, suele haber dos circuitos en paralelo en él, por lo que cuando se energiza el motor debe percibirse un zumbido; en caso contrario, primeramente debe comprobarse que los aparatos protectores o los interruptores de circuito derivado no estén abiertos. Entonces, mida el voltaje entre las terminales de Línea en el motor (P1 y T4, figura 109). Si no hay voltaje, el circuito de alimentación está abierto; después de alimentar y corregir tal condición, el motor debe funcionar bien. Si hay voltaje (en las terminales P1 y T4) pero el motor no produce el zumbido, la causa puede ser una abertura o la rotura de los conductores de línea, dentro del motor o un circuito abierto en los circuitos de arranque y de marcha. El sitio más probable de esa interrupción interna, es un protector térmico con los contactos abiertos, debido a un sobrecalentamiento o a un arranque deficiente. Algunos protectores son de restablecimiento automático cuando se enfrían; otros son de restablecimiento manual. Otra causa de circuitos internos abiertos puede encontrarse en contactos o conexiones defectuosos en el protector térmico, lo cual se determina, si no hay voltaje cuando conecte el voltímetro a los terminales T1 y T4.

Tus apuntes

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1. Interruptor centrífugo. 2. Capacitor de arranque. 3. Devanado de trabajo. 4. Protección térmica. 5. Devanado auxiliar o de arranque. 6. Caja de bornes de conexión.

Si el rotor no tiene rozamiento contra dicho núcleo y el motor arranca bien sin carga, observe su funcionamiento. Si se sobrecalienta en un tiempo muy corto, párelo, debido a que probablemente los contactos de un relevador o del interruptor centrífugo para el arranque se quedaron cerrados (pegados, soldados) En este caso, el sobrecalentamiento cesará cuando se desconecte un conductor terminal del devanado de arranque, después de que el motor haya arrancado y alcanzado su velocidad normal. Para corregir tal falla hay que reemplazar el mecanismo de arranque averiado.

Figura No. 109 Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (con protección térmica interna) El motor es para sólo un voltaje y hay dos circuitos en paralelo cuando está parado.

ARRANQUE INCORRECTO CON CARGA Si el motor, al ser energizado, produce el zumbido pero no arranca o lo hace de manera deficiente, el voltaje de alimentación puede estar bajo o en el caso de un motor para doble voltaje, estar este mal conectado, con sus devanados en serie en el voltaje más bajo. Obviamente, sólo en el arranque deben sospecharse conexiones incorrectas. Si el voltaje de línea y las conexiones están correctos, debe desacoplar el motor de la máquina impulsada y hacerlo funcionar sin carga. Si ahora arranca en forma normal, entonces el arranque incorrecto con carga puede deberse a: Sobrecarga. Falla a tierra o cortocircuitos en los devanados. Capacitor o autotransformador en malas condiciones. Circuito abierto en el capacitor de arranque en un motor para voltaje doble. Cuando el motor arranca en forma correcta en vacío pero no lo hace con carga, ello puede deberse a que los cojinetes estén demasiado gastados y exista rozamiento del rotor contra el núcleo del estator.

El sobrecalentamiento del autotransformador utilizado en algunos motores con capacitores y para doble voltaje puede deberse a un cortocircuito en el capacitor o bien a un corto o una falla a tierra en el autotransformador; con una de estas dos situaciones continuará el sobrecalentamiento después de desconectar el capacitor. PRUEBA DE LOS DEVANADOS Si el motor se sobrecalienta cuando funciona sin carga y después de que desconectó un conductor terminal del devanado de arranque, esto le indica que hay una falla a tierra o un cortocircuito en los devanados. Para probar si hay tal falla a tierra, puede emplear una lámpara de prueba, conecte una de las puntas de la lámpara a uno de los bornes de conexión del motor y la otra punta de la lámpara a la carcaza del motor, si la lámpara enciende esto indica que el motor tiene falla a tierra. Para probar si hay cortocircuito entre el devanado de trabajo y el auxiliar del estator, desconecte uno del otro y conecte una de las puntas de la lámpara de prueba en un extremo del devanado auxiliar y la otra punta de la lámpara en un extremo del devanado de trabajo, si hay continuidad, esto le indica que hay corto entre estos dos devanados. Para probar si hay cortocircuito en un devanado de trabajo se debe medir y comparar la resistencia óhmica de secciones similares del devanado, lo cual es sencillo en un motor de doble voltaje.

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Si hay resistencias desiguales en secciones similares, esto se deberá a un cortocircuito.

Sustituyendo esos valores en la siguiente expresión:

Un motor de doble voltaje con capacitor y autotransformador quizá no arrancará con carga, pero lo hará sin carga si el capacitor de arranque está en circuito abierto. En este caso, es probable que se pueda mejorar el arranque si se puentea el capacitor con una lámpara o se le pone en cortocircuito con un trozo de conductor. Otros motores arrancarán en forma correcta cuando se encuentren sin carga, sólo si se coloca en derivación (se puentea) el capacitor de arranque. En estos casos se mejorará el arranque si se desconecta el capacitor y sus conductores terminales se puentean con una lámpara adecuada. Un cortocircuito en un capacitor electrolítico se descubrirá, a veces, en virtud de la tapa desprendida por el aumento en la presión interna, aunque disponga de una válvula de seguridad.

Microfaradios = 2650 x amperios voltios

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456 1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456

Este valor calculado, como ya se dijo, debe compararse con el marcado en el capacitor, si la capacitancia en microfaradios varía más del 5%, hay que reemplazar el capacitor. Cualquier capacitor para repuesto debe ser especial (reversible) y de la misma capacidad nominal que el original para obtener el par requerido en el arranque. Los capacitores electrolíticos corrientes son sólo para CD y no para CA. Amperímetro de 0 a 10 A

Capacitor

PRUEBA DE LOS CAPACITORES En la figura 110 se ilustra una prueba eficaz para probar el capacitor en condiciones de circuito abierto, cortocircuito o pérdida de capacitancia, como la que puede ocurrir en un capacitor electrolítico cuando se seca el electrolito por pérdidas en el cierre. En esta prueba, excite el capacitor el tiempo preciso para poder tomar lecturas rápidas de voltaje y amperaje, pues este tipo de capacitor sólo se emplea para servicio intermitente. Con una alimentación de 60 Hz, la capacitancia en microfaradios es, aproximadamente, igual a (2650 x amperes) ÷ voltios, el resultado debe compararlo con el valor marcado en el capacitor. El fusible debe ser de capacidad un poco mayor que la corriente nominal del capacitor. El propósito de esta prueba es determinar la capacidad en microfaradios del capacitor, por medio de la medición del voltaje y la corriente en el circuito, y utilizar estos valores en la fórmula. Entonces, calcule la capacidad aproximada en microfaradios, para una frecuencia de 60 Hz.

106

Línea de 100 V 60 Hz Voltímetros de 0 a 150 V

Figura No. 110 Prueba sencilla de la capacidad en microfaradios de un capacitor, consiste en conectar un amperímetro y un voltímetro en el circuito.

Otros procedimientos para probar los capacitores utilizados con motores monofásicos, son los que se indican a continuación:

Una forma de resolver el problema consiste en sustituir el capacitor por otro que se sepa está en buenas condiciones. Si el motor funciona, el capacitor original estaba averiado; si no, la falla está en alguna otra parte del motor. Compruebe los capacitores con un multímetro digital con escala de prueba para capacitores que indica si el capacitor está en buenas condiciones o no y además mide la capacidad de éste.

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Otro método rápido para probar un capacitor, consiste en el uso de un multímetro análogo utilizado como ohmetro. Con el capacitor desconectado, coloque las puntas de prueba del aparato a cada terminal del capacitor, si no hay lectura inmediata de continuidad el capacitor está en corto. Si la aguja salta aproximadamente a la mitad de la escala y vuelve con lentitud hacia infinito, es probable que el capacitor esté bien. (Dado que el multímetro análogo sólo aplica 1.5 V de CD al capacitor, puede parecer correcto en esta prueba, pero es posible que falle cuando se conecte al voltaje de las líneas, entonces utilice métodos de pruebas con voltaje de línea) además, para probar si el capacitor hace tierra, coloque las puntas del ohmetro entre una terminal y la cubierta del capacitor; si la lectura es de cero ohmios, es que hay un contacto a tierra. Conecte el capacitor en serie con un fusible de 10 A a una línea de CA de 120 V, 60 Hz, como se muestra en el esquema A de la figura 111. Si se funde el fusible, el capacitor está en cortocircuito y hay que reemplazarlo; si no se quema el capacitor, se cargará a determinado voltaje, en unos cuantos segundos. Si se desconecta el capacitor de la línea y pone sus terminales en cortocircuito, en forma cuidadosa con un destornillador, saltará una chispa en cada terminal. Si el capacitor tienen conductores terminales, se pueden juntar, si no se produce la chispa, el capacitor está abierto o ha perdido capacidad: repita la prueba unas cuantas veces. Con una línea de 110 V, 60Hz., la corriente normal para el capacitor es de 0.4 A por cada 10 mF (microfaradios); en una línea de 220 V y 60 Hz., será de 0.8 A por cada 10 mF. EL MOTOR NO ARRANCA SIN CARGA Si el motor produce un zumbido pero no arranca al energizarlo sin carga, puentee el capacitor con una lámpara o, por un instante, con un trozo de conductor (recuerde hacer todas estas pruebas tomando las medidas de seguridad)

Si ahora arranca, hay un circuito abierto en el capacitor. Si el motor no se pone en marcha, gire a mano el rotor con rapidez y conecte la corriente; es probable que se acelere en el sentido en el que lo hizo girar. Si acelera en forma normal, debe sospechar una interrupción en el circuito de arranque. Pero si el motor sólo llega al 75% de su velocidad normal, el devanado de trabajo está en circuito abierto. En la figura 111 se ilustran las conexiones para una prueba de circuito de arranque abierto; (el transformador para aislamiento se utiliza para su seguridad al realizar estas pruebas), este mismo método sirve para probar si hay interrupción en el devanado de trabajo. Para estas pruebas desconecte los dos devanados uno del otro y puentee el capacitor al probar el circuito del devanado de arranque o auxiliar.

Figura No. 111 Forma de probar si hay una interrupción en el circuito de arranque, se aplica la punta X a la terminal T8 y la punta Y a la terminal T8 y la punta Y a la terminal T5. Para esta prueba, se quita el puente entre T1 y T8 y se puentean los conductores del capacitor. Si la lámpara se enciende, no hay circuito abierto si no tiene un transformador para aislamiento puede conectar la lámpara directamente a la fuente. Pero recuerde que este transformador se utiliza para su protección al realizar estas mediciones.

C O R L E T *

= = = = = = =

Devanado de trabajo. Devanado de arranque. Interruptor centrífugo. Capacitor de arranque. Puente. Lámpara de prueba, 120 V, 25 W. Transformador para aislamiento.

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2.7 CÁLCULO DE LOS

Una interrupción en el circuito del devanado auxiliar, muchas veces, se debe a que los contactos de un relevador o interruptor centrífugo para el arranque no cierran en forma correcta al iniciar la marcha. Esto sólo puede confirmarse, si el motor arrancó bien cuando los dos contactos estaban puenteados con un trozo de conductor.

CAPACITORES DE ARRANQUE Y RÉGIMEN PARA EL MOTOR CON CAPACITOR

Cuando hay juego axial excesivo en el rotor, el motor puede pararse de vez en cuando, si el interruptor centrífugo se separa de los contactos montados dentro de la carcasa del motor, con lo cual, dichos contactos no podrán cerrarse sino hasta que se detenga el motor. En este caso, la corrección consiste en insertar arandelas o suplementos en el eje para reducir el excesivo juego axial.

En el motor monofásico con capacitor permanente el desfase entre las corrientes de los devanados de trabajo y auxiliar, se obtiene conectando un capacitor permanente (Cp) en serie con el devanado auxiliar. El comportamiento de régimen del motor depende de la capacidad de dicho condensador: cuanto mayor sea esta capacidad, mayor será también el par de arranque. No obstante, si la capacidad es muy grande, circulará por el devanado una corriente de gran intensidad que provocará un calentamiento excesivo.

Un relevador electromagnético (en lugar de un interruptor centrífugo) para arranque debe ajustarse de modo que sus contactos cierren cuando se energiza un motor parado con el mínimo voltaje de línea posible, y para que los contactos abran cuando el motor llega a su velocidad de funcionamiento, aunque esté impulsando su carga nominal con los valores máximo y mínimo esperados del voltaje de línea.

Por tanto, la capacidad del capacitor permanente no deberá ser demasiado grande. La experiencia recomienda que durante el funcionamiento el capacitor permanente (Cp) deberá absorber una potencia reactiva de 1 kvar por KW de potencia del motor. Sin embargo, esto provoca, por otro lado que el motor presente un par de arranque reducido.

Si el motor se sobrecalienta con carga, ello puede deberse a una sobrecarga por bajo voltaje, uno o más devanados en corto o a tierra, un devanado en circuito abierto en un motor de doble tensión que funcione con el voltaje más bajo, conexiones incorrectas en un motor de doble voltaje, capacitor en corto en un motor con capacitor permanente o con capacitor de doble valor o bien, contactos deficientes en un relevador o interruptor centrífugo para el arranque. Las pruebas sistemáticas antes descritas le ayudarán a localizar la falla. U

M en Nm 8

6

a)

4 3 M u 2 1 Cp

b)

Con Cp

5

n> CA

M

v Cp

7

U

Cp

Con C A

n 0

500

1000

n

M

Figura No. 112 Curvas de un motor con capacitor. a) Sólo con capacitor permanente. b) Con capacitor permanente (Cp) y de arranque (CA) Desconexión de CA al alcanzar nk.

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1500

n en r.p.m.

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M = Par del motor. MA = Par de arranque. MN = Par nominal. nN = Velocidad Nominal. nk = Velocidad pico en el arranque. La conexión en serie del capacitor permanente y del devanado da lugar a un circuito resonante en serie. Por tanto, el capacitor quedará sometido a tensiones mayores que las nominales del motor, tensiones que deberá poder soportar el capacitor. Por tal razón, los capacitores son de mayor voltaje, que el voltaje nominal de los motores. Para aumentar el par de arranque se aumenta la capacidad total, añadiendo durante el arranque un capacitor de arranque (CA) Cuando el motor ya está en marcha se desconecta este capacitor, con un interruptor centrífugo, para que el motor no se caliente innecesariamente. El capacitor de arranque se dimensionará de acuerdo al tipo de arranque y forma de trabajo y por tanto, al par que se precise. El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque es de tres veces más que la capacidad del capacitor permanente. El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque que se conectará en el motor viene dado por la fórmula siguiente: 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567 1234567890123456789012345678901212345678901234567

C = 3.18 * P * 1000000 U * U * Cos Ø

C= P= U= Cos ø =

Capacidad en microfaradios. Potencia del motor en KW. Tensión de alimentación en V. Factor de potencia del motor.

2.8 INSTALACIÓN Y

MANTENIMIENTO DE MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR

En el artículo 430 NEC y en las normas NEMA se presentan los requisitos eléctricos para la instalación de motores, así como recomendaciones para sus controles. Es necesario que compruebe que el voltaje y la frecuencia sean los especificados para el motor. Las características del suministro deben corresponder a los valores señalados en la placa de datos del motor, como sigue: Voltaje: variación de ± 10%, respecto del valor indicado en la placa de identificación. Frecuencia: variación de ± 5%, respecto del valor señalado en la placa. Voltaje y frecuencia en conjunto: no deben variar más del 10% (suponiendo que la frecuencia anterior varía menos del 5%) respecto a los valores de la placa.

2.8.1 PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE UTILIZANDO UN ARRANCADOR TERMOMAGNÉTICO Los motores eléctricos deben de conectarse a la red de alimentación, por medio de un dispositivo que permita su arranque y parada en el momento deseado, además de un dispositivo que asegure la protección del motor en caso de sobrecarga y cortocircuito.

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109

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

La forma de conectar un motor monofásico con capacitor utilizando un contactor y protección térmica es la siguiente.

PASO

1

Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar.

PASO

2

Asegure los accesorios a utilizar, como lo muestra la figura 113.

PASO

5

Conecte el motor. Verifique que la conexión del motor y los datos de placa coincidan con el voltaje, de la fuente de alimentación que se está utilizando para la instalación. Conecte las líneas “T 1 y T 2” del arrancador a los bornes de entrada del motor. Conecte la línea “N” del arrancador a la carcasa del motor.

PASO

6

Compruebe conexiones. Asegúrese de que no existan falsos contactos.

PASO

7

Energice circuito: • Suba el interruptor termomagnético de su fuente de alimentación. Figura No. 113 Montaje de accesorios para la instalación de un motor con capacitor de arranque.

PASO

• Mida tensión en la entrada del arrancador.

3

• Accione arrancador.

Ajuste el amperaje de la protección térmica de su arrancador termomagnético al valor de amperaje indicado en la placa de datos del motor a instalar.

PASO

• Observe que el motor arranca correctamente y se queda funcionando sin producir ruidos extraños, ni sacando humo. • Mida corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación.

4

Conecte el contactor a la fuente de alimentación. Conecte las líneas que vienen del interruptor termomagnético del tablero de distribución a los bornes marcados con “L 1 y L 2” (entrada del arrancador termomagnético) y conecte la línea neutra al borne marcado con “N” o a la carcasa del arrancador termomagnético.

110

• Mida tensión en la salida del interruptor termomagnético.

• Mida velocidad de giro con tacómetro en el eje del motor. • Compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o de datos del motor. • Pare el motor, presionando el pulsador de paro del interruptor termomagnético.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PASO

8

Desenergice el circuito y desmonte material y equipo utilizado.

PASO

2.9.2 DEFINICIÓN DE MOTOR MONOFÁSICO Partes

9

Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

2.9 MOTOR ELÉCTRICO MONOFÁSICO UNIVERSAL

El Motor Universal al igual que todo motor eléctrico, desde un punto de vista mecánico, consta de: • Estator: parte fija, • Rotor: parte giratoria y • Dos escudos o tapaderas. Y desde un punto de vista eléctrico, consta de:

El Motor universal es similar al de corriente continua con excitación en serie, pero está construido con chapas magnéticas, como los motores de corriente alterna. Esto es, porque en la en corriente alterna, debido a la frecuencia, se calentaría demasiado un núcleo de hierro sólido.

• Inductor e • Inducido

Al motor monofásico universal se le puede regular muy bien la velocidad, tanto en corriente alterna, como en corriente continua. Este tipo de motores se emplea, por ejemplo, para accionar electrodomésticos como: aspiradoras, licuadoras, procesadores de alimentos, etc., y máquinas herramientas como: barrenos, sierras caladoras, etc.

Estartor o inductor

Escudo o tapadera Rotor o inducido

Perno de sujeción Escudo o tapadera Figura No. 114 Símbolo que representa al Motor Universal.

2.9.1 DEFINICIÓN DE MOTOR MONOFÁSICO El motor eléctrico monofásico es un motor universal con devanados en el estator y rotor, conectados en serie que opera de igual forma, conectado a una fuente de corriente directa (CD) o de corriente alterna (AC)

Figura No. 115 Componentes del Motor Universal.

EL ESTATOR DEL MOTOR UNIVERSAL El Estator es un paquete de chapas de polos salientes y una bobina o devanado excitador. El devanado excitador está compuesto de espiras de alambre esmaltado arrolladas en los dos polos salientes.

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111

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Carbón bien acentado Delgas Mica

Carbón mal acentado Figura No. 116 Composición del Estator.

ROTOR, INDUCIDO O ARMADURA DEL MOTOR UNIVERSAL El rotor del Motor Universal es análogo al de las demás máquinas de corriente continua y se compone de varias bobinas de espiras de alambre esmaltado, situadas en las ranuras del paquete de chapas del rotor. DE

Las terminales de las bobinas se sueldan a las delgas del colector o conmutador. A cada segmento o delga del colector está unido el principio de una bobina y el final de otra. Por lo tanto, la corriente introducida a través de dos escobillas se reparte en dos ramales conectados en paralelo. El devanado del rotor es del tipo llamado de tambor. EJE VENTILADOR RANURAS DEVANADOS

NÚCLEO CONMUTADOR

Figura No. 118 Partes del conmutador o colector y los carbones.

LOS ESCUDOS O TAPADERAS DEL MOTOR UNIVERSAL Las tapaderas es una placa metálica donde se encuentran montados los cojinetes y las escobillas o carbones. Cuando el Motor Universal está funcionando, el rotor está girando. El eje del rotor es soportado en cada extremo por dos cojinetes que se encuentran en los escudos o tapaderas, de modo que pueda girar libremente. El cojinete permite el libre desplazamiento del rotor sobre su eje, evitando el sobrecalentamiento del eje y su desgaste. Algunos aparatos pequeños con motor universal en lugar de cojinetes utilizan bushings. El bushing se fabrica de bronce para facilitar el deslizamiento del eje del motor. Cuando éstos se desgastan, se compran nuevos para el repuesto. Un cojinete está formado por dos aros o anillos de acero, entre los cuales se alojan varias bolas de acero. El aro interior y las bolas de acero giran junto con el eje. Es importante que los cojinetes estén bien engrasados, de lo contrario se sobrecalentaran.

Figura No. 117 Partes del Rotor o Inducido.

El Conmutador o Colector consiste en varias barras de cobre de forma rectangular llamadas delgas o segmentos, que están montadas sobre la flecha o eje del rotor formando un circulo alrededor de éste, por lo que giran juntos. Las delgas están aisladas unas de otras y del eje, con un material aislante llamado mica.

112

Figura No. 119 Partes básicas de un cojinete.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Las Escobillas se encuentran en la zona neutra del colector, pues aquí la tensión entre dos delgas colindantes es aproximadamente nula. Las escobillas de carbón tienen un tamaño tal, que abarca dos delgas, con lo que se evita una interrupción de la circulación de la corriente. Los Portaescobillas sujetan las escobillas, de modo que éstas puedan frotar la superficie del colector, con presión regulable. Las escobillas se fabrican de carbón o de grafito.

Esta acción de empujar y halar produce la acción de giro del rotor a través del campo magnético del devanado del estator, estableciendo de esta manera la operación del motor. Cuando el Motor Universal opera con corriente alterna, la corriente cambia constantemente de dirección en los devanados del estator. Tanto el devanado del estator como del rotor, invierten la corriente simultáneamente, por lo tanto, el motor opera en forma similar a un motor de inducción. (Consulte la unidad 2 sobre Motores Monofásicos de inducción en este manual) Los devanados del estator y del rotor se conectan en serie en los motores universales.

Figura No. 120 Partes del portaescobillas.

Funcionamiento del motor universal Los Motores Universales tienen prácticamente la misma construcción que los motores de corriente directa, ya que tienen un devanado estator, un rotor con escobillas y un conmutador. El conmutador mantiene al rotor girando a través del campo magnético del devanado del estator; también cambia el flujo de corriente con relación al devanado del estator y el rotor, es decir, cumple una función de empujar y halar. Esta acción de halar y empujar es creada por los polos norte y sur de los devanados del estator y del rotor. El polo norte de los devanados del estator hala el polo sur del rotor hacia el interior de la parte principal del campo magnético. El conmutador y las escobillas invierten el flujo de corriente a través de la armadura, creando un polo norte en el devanado del rotor. El polo norte del devanado del estator repele entonces el polo norte del rotor.

2.9.3 CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DEL MOTOR UNIVERSAL Los devanados están conectados en serie; el devanado excitador está dividido en dos, uno conectado antes del inducido y el otro después. De este modo se consigue que las dos partes del devanado excitador actúen como bobinas reactivas, frente a las tensiones de alta frecuencia, que aparecen al conmutar. Con ello se reduce fuertemente la propagación de las perturbaciones a la red de alimentación, evitándose así, las radiointerferencias que se producirán. Las máquinas universales no poseen devanado de polos de conmutación ni devanado de compensación.

Tus apuntes

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113

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Si utiliza el mismo devanado para tensión alterna y continua, obtendrá una pequeña variación de la velocidad, cuando varíe la carga, esto es el par resistente.

Figura No. 121 Conexión de devanados del Motor Universal (Simbología Europea) y sus partes.

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Red de alimentación. Fusible de protección. Interruptor de encendido y apagado. Caja de bornes. Devanados del estator. Carbones o escobillas. Rotor, inducido o armadura.

Figura No. 123 Motor Universal de igual comportamiento en corriente alterna que en continua.

2.9.4 CONEXIÓN DEL MOTOR UNIVERSAL A TENSIONES DE 120 Y 220 VOLTIOS Para que un Motor Universal de pequeño consumo (máquinas de afeitar y aparatos similares en potencia, por ejemplo), funcione con 120 ó 220 voltios, se utiliza un conmutador.

Figura No. 122 Conexión de devanados del Motor Universal. (Simbología americana)

Para conseguir que el comportamiento de régimen del Motor Universal sea el mismo para corriente continua que para alterna, utilice la conexión de la figura 123, en la cual, el número de espiras del devanado principal para conexión a corriente continua será mayor que el del devanado para conexión en corriente alterna.

114

Figura No. 124 Diagrama de conexión de un Motor Universal para dos tensiones y sus partes.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

a. Devanado del estator. b. Rotor y carbones. c. Capacitor para filtrar corrientes parásitas. d. Resistencia. e. Conmutador de 2 posiciones. f Conexión a la red 120 ó 220 voltios.

Figura No. 125 Modo de invertir el sentido de giro en un motor universal, conmutando las conexiones de las escobillas o carbones.

En la figura 124, el conmutador selecciona los circuitos 1 ó 2. En la posición 1, la tensión de 120 voltios de la red llega directamente. En la posición 2, La tensión de 220 voltios de la red queda reducida por medio de una resistencia R, conectada en serie, de forma que la tensión que le llegará al motor universal será únicamente 120 voltios, como en el caso 1, de alimentación directa.

2.9.5 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR UNIVERSAL El sentido de rotación o giro de algunos Motores Universales de aparatos accionados con ellos no puede ser cambiado, ya que al hacerlo, podrían dañarse dichos aparatos o las personas que los operan, por lo que antes de efectuar un cambio de sentido en la rotación de un motor, debe analizar cuidadosamente las consecuencias. El cambio de sentido de giro del motor universal, lo puede realizar cambiando las conexiones de los carbones o escobillas, tal como se ve en la figura 125. Otras veces, se montan dos devanados en el estator por los que la corriente circula en sentido opuesto, y se invierte el sentido de giro con un conmutador exterior (figura 125)

Figura No. 126 Motor Universal con dos devanados del estator para invertir el sentido de giro utilizando un conmutador.

2.9.6 MÉTODOS PARA REGULAR LA VELOCIDAD La regulación de la frecuencia de giro o velocidad de giro de un Motor Universal puede ajustarla con un autotransformador con varias salidas y un conmutador de varias posiciones. El autotransformador es una máquina eléctrica estática con un circuito magnético, igual al del transformador y su circuito eléctrico único, primario-secundario, del que se sacan tomas para obtener tensiones, en este caso inferiores a la red, para aplicaciones diversas, según las necesidades. Para el control de la velocidad aplique la siguiente regla: • Más espiras, menos velocidad y • Menos espiras, más velocidad.

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115

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Como ejemplo de aplicación de esta forma de regulación de velocidad está la licuadora eléctrica (figura 127)

1 6 5

2

1. Devanado del estator. 2. Rotor y carbones o escobillas. 3. Devanado del estator funcionando como autotransformador. 4. Conmutador de varias posiciones. 5. Capacitor actuando como filtro antiparásito. 6. Pulsador de encendido y apagado. 7. Conexión a la red eléctrica. Otras formas de variar la velocidad de un Motor Universal incluyen la utilización de:

3

Diodos

4 Figura No. 127 Partes principales de una Licuadora Eléctrica.

Resistencias fijas Reóstatos

1. Vaso plástico o de vidrio donde se licúa el producto, desmontable del soporte. 2. Soporte. 3. Tablero de mando para encender, apagar y seleccionar velocidad. 4. Cable de conexión a la Red. 5. Motor Universal, en la parte interna. 6. Cuchillas que realizan el licuado.

Triac

Figura No. 129 Forma de variar la velocidad del Motor Universal con un Reóstato.

Tus apuntes

Figura No. 128 Diagrama eléctrico de una licuadora de varias velocidades y sus partes.

116

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2.10 INSTALACIÓN Y

PASO

2.10.1 PROCESO DE INSTALACIÓN

PASO

MANTENIMIENTO DE MOTORES MONOFÁSICOS UNIVERSALES

Para conectar un motor universal proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Prepare el equipo, la herramienta y los materiales a utilizar.

PASO

2

Mida el voltaje de la fuente de alimentación a la cual desea conectar el motor universal. El voltaje de la fuente debe ser ± 7.5% del voltaje de la placa de datos del motor universal. Si no respeta este valor de tensión, el motor universal puede funcionar con ciertos inconvenientes o quemarse.

PASO

3

Verifique que el interruptor, para accionar el motor universal esté en la posición de apagado.

PASO

4

Conecte la espiga de su motor universal a la fuente de tensión. Si no tiene espiga, conecte los cables de alimentación del motor a la fuente de tensión, asegurándolos firmemente.

PASO

5

Accione el interruptor del motor universal a la posición de encendido.

6

Observe que el motor arranca correctamente, se queda funcionando sin producir ruidos extraños, ni humo y compruebe el sentido de giro del motor. Mida corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación y compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o placa de datos del motor.

7

Pare el motor, regresando el interruptor a la posición de apagado.

PASO

8

Desconecte el motor universal de la fuente de tensión.

PASO

9

Para invertir el sentido de giro del motor universal, asegúrese de que el motor esté diseñado para girar a la derecha y a la izquierda. Luego, destape el motor universal y conmute las conexiones de las escobillas o carbones, tape de nuevo el motor y repita los pasos del 2 al 8.

PASO 10 Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

2.10.2 PROCESO PARA VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR UNIVERSAL Para variar la velocidad de un motor universal, consiga una licuadora de varias velocidades y proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar.

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117

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PASO

PASO 10

2

Mida el voltaje de la fuente de alimentación a la cual desea conectar el motor universal. El voltaje de la fuente debe ser ± 7.5% del voltaje de la placa de datos del motor universal. Si no respeta este valor de tensión, el motor universal puede sufrir daños especialmente cuando tiene la carga instalada o no funcionar adecuadamente.

PASO

3

Verifique que el interruptor esté en la posición de apagado.

PASO

4

Conecte la espiga de la licuadora de varias velocidades a la fuente de tensión.

PASO

5

Seleccione y accione una velocidad de la licuadora.

PASO

6

Observe que el motor arranca correctamente, se queda funcionando sin producir ruidos extraños, ni humo y compruebe el sentido de giro del motor. Mida corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación y compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o de datos del motor.

PASO

7

Pare el motor, regresando el interruptor a la posición de apagado.

PASO

8

9

Una vez en funcionamiento el aparato que contenga el motor universal, revise de tiempo en tiempo sobre todo, las partes del aparato que están sujetas a desgaste; por ejemplo, cojinetes, carbones, colector, etc. Durante estas revisiones reponga los elementos que haya sufrido un desgaste exagerado. Limpieza del motor universal Uno de los factores que puede evitar que el Motor Universal o cualquier otro motor funcione normalmente, es debido a una suciedad excesiva de polvo, grasa, harina, humos o vapores corrosivos y otros agentes contaminantes. Por lo que, se le recomienda efectuar una limpieza periódica del motor. PROCESO DE LIMPIEZA DEL MOTOR UNIVERSAL Para limpiar el motor proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Desconecte el motor de la fuente de tensión.

2

Destape el aparato para que el motor universal le quede a la vista.

PASO

Destape la licuadora y compare las conexiones con las de la figura 128. Luego vuelva a tapar la licuadora.

118

2.10.3 MANTENIMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL

PASO

Desconecte la licuadora de la fuente de tensión.

PASO

Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

3

Colóquese gafas protectoras y mascarilla para protegerse los ojos y pulmones del polvo y suciedad que saldrán del motor.

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PASO

4

Con un compresor de aire o con una secadora de pelo (teniendo cuidado de no calentar demasiado el motor con aire caliente), sople el motor.

PASO

5

Con una brocha de mano de 1.25 cm, limpie los lugares que quedaron sucios.

PASO

6

Si el motor contiene grasa que no sale con la brocha, ni soplándolo, utilice un atomizador especial para limpieza de motores y siga cuidadosamente las instrucciones de éste.

PASO

Es importante que los cojinetes estén bien engrasados, de lo contrario se sobrecalentarán.

7

Si no cuenta con un atomizador especial, puede utilizar detergente con agua aplicado a presión y luego aplique aire seco para quitar la humedad. Mantenimiento de los cojinetes del motor universal Los cojinetes facilitan el deslizamiento del rotor, evitando el sobrecalentamiento del eje y su desgaste. La lubricación consiste en el engrasado o aceitado de los cojinetes. Los motores universales utilizan chumaceras,otros motores tienen cojinetes sellados que no necesitan que se les aplique grasa. La grasa dentro de los soportes sellados se endurecerá si el aparato no se usa durante un período relativamente largo de tiempo y el cojinete completo deberá cambiarse. Otros cojinetes necesitan aceitarse o rellenarse con grasa de alta velocidad. Es importante que sepa que el exceso de grasa es tan malo como la falta de ella.

Los cojinetes engrasados con exceso expulsarán el exceso de grasa dentro del motor. La grasa o aceite llegará a las escobillas, al conmutador, al interruptor del motor, a los devanados, etc. Recuerde que el aceite o grasa ataca y puede destruir los aislamientos. Cuando observe que los cojinetes están limpios y en buen estado, no necesita removerlos. PROCESO DE REVISIÓN DE LOS COJINETES DEL MOTOR Para observar si los cojinetes están en buen estado, desconecte el motor de la fuente de tensión y utilice las siguientes técnicas: Gire el rotor sobre su eje con la mano. Detecte que no existan rozamientos entre el rotor y el estator ni atrancamiento. Debe haber un deslizamiento libre y suave del rotor. Mueva hacia arriba y abajo el extremo libre del eje del motor del lado del accionamiento (figura 130) Si el eje se mueve, el cojinete o el mismo eje pueden estar desgastados y deberá sustituir uno o ambos. Otra forma de verificar que los cojinetes están en buen estado es la siguiente: haga que el motor universal se mueva a una velocidad muy baja, (sin la carga instalada) alimentándolo solamente con 35 voltios de corriente alterna. Si el cojinete está dañado hará un ruido estridente y deberá cambiarlo.

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119

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

MOTOR

Figura No. 130 Comprobación del estado de los cojinetes, moviendo el eje hacia arriba y abajo. Si el eje se mueve, el cojinete o el mismo eje están desgastados.

Cuando cambie los carbones o escobillas, debe arreglarlas de modo que al tocar el conmutador hagan un contacto máximo. La figura 131muestra la forma correcta de adaptar los carbones o escobillas al conmutador y la figura 132 muestra la forma incorrecta. Note cómo la forma correcta sigue la curva del conmutador. La adaptación de los carbones a la curvatura del conmutador se hace mediante papel de lija de grano fino. Cuando el carbón o escobilla están mal adaptados esto causa chispas y fuego en el colector.

Mantenimiento de los carbones o escobillas Como las escobillas rozan con el conmutador, se desgastan y se acortan de la misma manera que la punta de un lápiz cuando se escribe con él. Compruebe siempre que las escobillas se muevan libremente en sus soportes o portaescobillas. Si están muy apretadas o pegajosas, el resorte tensor no alcanza a empujarlas hasta el conmutador. Si los carbones y el conmutador no están en contacto, el motor se detendrá.

Figura No. 131 Forma correcta de adaptar los carbones al conmutador. 2

3

Cuando los carbones están pegajosos, retírelos del portaescobillas y limpie ambos con un trapo con gasolina. Sea cuidadoso. Tome todas las precauciones contra incendios. Revise la longitud de los carbones, cuando los carbones se van acortando el resorte no alcanza a presionarlos contra el conmutador. Esto puede causar un falso contacto, provocando calentamiento y daños en el motor o simplemente, que deje de funcionar. Cuando las escobillas resultan muy cortas sustitúyalas por otras nuevas.

120

1

Figura No. 132 Forma incorrecta de adaptar los carbones al conmutador. 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901

1. Conmutador. 2. Carbón o Escobilla. 3. Papel de lija fina.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PROCESO DE ADAPTACIÓN DE CARBONES O ESCOBILLAS Para adaptar los carbones o escobillas a la curvatura del conmutador proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Desconecte el motor de la fuente de tensión.

PASO

2

Coloque los carbones nuevos en el portaescobillas, bajo la tensión normal del resorte.

PASO

3

Corte una tira de papel de lija fina, del tamaño del conmutador.

PASO

4

Separe un carbón del conmutador y coloque la lija entre el carbón y el conmutador con la cara áspera hacia la escobilla.

PASO

5

Suelte el carbón para que el resorte la presione contra la lija.

PASO

6

Hale el papel de lija de modo que el conmutador gire primero en un sentido y después en sentido opuesto; la lija hará una curva en la escobilla igual a la del conmutador. Esto se logra con cuatro o cinco vueltas del conmutador (figura 133) Luego, realice el mismo procedimiento con el otro carbón.

PASO

7

Después de adaptar los carbones o escobillas nuevas, quite el papel de lija y elimine el polvo de carbón con una tela limpia.

PASO

8

Colocar carbones o escobillas es un trabajo sucio y sus dedos quedarán impregnados de carbón. Lávese las manos antes de volver a tocar el aparato.

Papel de lija fina Figura No. 133 Forma de adaptar los carbones al conmutador con papel de lija fina.

Mantenimiento del conmutador o colector Los conmutadores deben limpiarse a fondo, a cada cierto tiempo, quitándoles todo, el polvo o suciedad que los recubra, sobre todo se recomienda que efectúe esta limpieza cada vez que cambie los carbones o escobillas. En muchos motores pequeños es necesario quitar el rotor para limpiar el conmutador. Al desmontarlo debe tomar la precaución de comprobar el orden de las piezas, para que al volver a armar el motor deje todo como estaba. Cuando el conmutador está sucio, pero no picado ni áspero, límpielo con una tela suave y vaselina. La vaselina elimina el polvo de carbón sin dañar la superficie del conmutador. Elimine el sobrante de vaselina con una tela seca y limpia. La limpieza del conmutador puede realizarla también con una lija muy fina, pero tomando la precaución de no lijar duro y demasiado, para no dañar el conmutador.

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121

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PROCESO DE LIMPIEZA DEL CONMUTADOR Si la superficie del conmutador está raspada o picada, debe pulirla con un taladro utilizando papel de lija fina, proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Corte una tira de papel de lija fina del ancho del conmutador.

PASO

2

Coloque el rotor con el conmutador cerca del porta brocas.

PASO

Es importante que no existan raspaduras en los segmentos de cobre de un conmutador, porque arrancarían pedazos de carbón de las escobillas y el conmutador quedaría cubierto por una capa negra en pocas horas de trabajo. Cuando un motor universal está funcionando se producen chispas en cantidad moderada, entre las escobillas y los segmentos del conmutador. Esto desgasta los segmentos de cobre hasta quedar por debajo del nivel de aislante de mica (figura 135) Cuando sucede esto, la mica impide el contacto eléctrico satisfactorio entre las escobillas y los segmentos de cobre. Esta situación se conoce como mica elevada.

3

Haga girar el taladro a la velocidad mínima.

PASO

4

Sostenga el papel de lija fina, frotando en forma uniforme alrededor de todo el conmutador. (figura 134)

MICA ELEVADA

Figura No. 135 Mica elevada en un conmutador.

Figura No. 134 Forma correcta de limpiar un conmutador utilizando papel de lija fina.

PASO

5

La mica elevada puede evitarse muchas veces con sólo asegurarse que los carbones o escobillas sean adaptados correctamente al poner nuevos. Los segmentos de mica deben rebajarse tan pronto como el cobre dé señales de acercarse al nivel de la mica. Esta operación se conoce como derrubiado y consiste en rebajar la mica para que su nivel sea inferior al de los segmentos de cobre (figura 136)

Observe que el conmutador haya quedado bien en todo su contorno y desmonte el rotor del taladro. Si este tratamiento no elimina las asperezas o el conmutador no está perfectamente cilíndrico, debe ser rebajado en un torno por un tornero experimentado.

122

Figura No. 136 Conmutador de forma correcta, con los segmentos de cobre con un nivel más alto que el de la mica.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PROCESO DE DERRUBIADO DEL CONMUTADOR Cuando sea necesario realizar el derrubiado proceda así:

PASO

1

Sujete el rotor de manera que el conmutador quede dispuesto para la limpieza.

PASO

2

PASO

Haga lo mismo con los demás espacios de mica.

PASO

5

Pula el conmutador con papel de lija fina para eliminar cualquier aspereza, es decir, que debe quedar libre de rebabas.

PASO

Tome una cuchilla previamente fabricada con hoja de sierra (137) o bien con fresas especiales para el efecto.

4

6

Limpie el conmutador y su área de trabajo del polvillo de mica y cobre. Mantenimiento de los devanados

Figura No. 137 Forma de fabricar una cuchilla para el derrubiado del conmutador.

PASO

3

Pase la cuchilla cuidadosamente a lo largo de la mica hacia el lado del eje, hasta que su altura esté de 1 a 1.5 mm debajo del nivel de los segmentos de cobre (figura 138)

El cuidado de los devanados se limita a mantenerlos siempre limpios, utilizando en su limpieza periódica chorros de aire que se lanzan sobre las diversas partes de los arrollamientos, como se indica en el proceso de limpieza del motor universal. La suciedad impide la adecuada ventilación del motor y ocasiona calentamientos anormales. Análisis de fallas en el motor universal A pesar de las precauciones que se puedan tomar, los motores universales, sufren averías, es decir, fallas en su funcionamiento y deben repararse. En la mayoría de los casos, las averías se originan por circunstancias fortuitas. Es necesaria, para la reparación, una previa localización de la avería, utilizando para ello instrumentos y métodos adecuados. Para fines de análisis de fallas de un motor universal se debe considerar que consta de cinco componentes principales que son:

Figura No. 138 Forma de realizar el derrubiado.

Tenga cuidado de no cortarse, de no raspar los segmentos de cobre o causar cualquier otro daño.

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• La fuente de tensión. • El cordón o el controlador. • Los carbones o el conmutador. • Los cojinetes. • Los devanados.

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123

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS EN APARATOS CON MOTOR UNIVERSAL Cuando ocurre un problema en un motor universal, es necesario determinar primero cual de estos componentes no funciona. Para localizar averías se le recomienda el siguiente proceso:

PASO

2

Si el motor no está quemado, pruebe el aparato en un tomacorriente con una tensión acorde al aparato para que esté protegido adecuadamente. Si el aparato funciona correctamente, esto indica que no se estaba utilizando en una tensión o tomacorriente apropiados. Si éste no funciona adecuadamente, deberá observar donde puede estar la falla y desconectar inmediatamente.

PASO

3

Si la protección de su tomacorriente se dispara inmediatamente, significa que hay un cortocircuito.

PASO

4

Con el aparato desconectado mida la continuidad para verificar circuitos abiertos en el cordón (alambre o cable de conexión a la red)

124

5

Si el cordón está en buen estado prosiga a medir continuidad al controlador o interruptor de encendido y apagado.

PASO

6

Observe el estado de los carbones y el conmutador.

PASO

1

Cuando reciba el aparato que contenga el motor universal pregunte la posible causa de fallo del aparato. Escuche, anote y analice la información. Haga una revisión general de aparato observándolo cuidadosamente. Si el motor huele a quemado y los devanados se ven negros, éste tendrá que rebobinarse o cambiar el devanado quemado por uno nuevo.

PASO

PASO

7

Verifique el estado de los cojinetes, chumaceras o bushings.

PASO

8

Verifique el estado de los devanados, tanto del estator como del rotor. CORDONES Y CONTROLADORES Los cordones y controladores de los aparatos electrodomésticos y de herramientas eléctricas que es donde más se utiliza el motor universal, son las partes que reciben el peor trato. Los cordones son arrastrados alrededor de los muebles, torcidos y estirados, pisados, se les jala en lugar de desconectar de la clavija (espiga) y son tratados como un pedazo de cuerda. Además, se tiene la mala costumbre de desconectar la espiga antes de apagar el aparato con el controlador y esto causa que se dañe el cordón. Recomiende siempre a las personas que utilizan estos aparatos que antes de desconectar el cordón, los apague con el controlador y halen de la espiga y no el alambre. Además que traten con cuidado el cordón y no lo coloquen en cualquier lugar donde pueda sufrir daños. Los controladores son utilizados para encender y apagar constantemente los aparatos, es cierto que están diseñados para esto, pero tienen un tiempo de vida el cual no permite que sigan funcionando.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

La falla del cordón y del controlador se puede determinar midiendo continuidad con una lámpara de prueba o con el multímetro según lo aprendido en el módulo de mediciones eléctricas básicas. LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN EL DEVANADO DEL ESTATOR Las causas de falla en el devanado del estator o inductor pueden ser: un alambre roto, espiras en corto circuito, falla a tierra y falsos contactos. PROCESO DE CIRCUITOS ABIERTOS EN EL DEVANADO DEL ESTATOR Para la localización de un alambre roto o un circuito abierto en el devanado del estator con una lámpara de prueba, proceda de la siguiente forma (figura 139):

PASO

2

Quite el aislamiento de las conexiones.

PASO

3

4

En la posición A, verifique si hay continuidad en todo el devanado (devanados 1 y 2)

PASO

PASO

1

Desconecte los campos 1 y 2 del resto del circuito.

2

Quite el aislamiento de las conexiones.

PASO

3

Vea la figura 140 y conecte una punta de su lámpara de prueba a la carcasa del motor (3) y la otra en la posición A.

4

En la posición A, verifique si hay falla a tierra en el devanado 1.

PASO

5

Cambie la punta de su lámpara de prueba a posición B. Aquí medirá si hay falla a tierra en el devanado 2.

PASO

5

Cambie la punta de su lámpara de prueba a posición B. Aquí medirá la continuidad del devanado 2.

PASO

Para localizar una falla a tierra utilizando la lámpara de prueba proceda de la siguiente forma:

PASO

Conecte una punta de su lámpara de prueba a un extremo del devanado del estator y la otra como muestra la figura 139 en posición A.

PASO

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE FALLAS A TIERRA

PASO

1

Desconecte los campos 1 y 2 del resto del circuito.

PASO

Figura No. 139 Localización de alambres rotos o cirucuitos abiertos en los devanados del estator. Si hay una rotura en el devanado 2, la lámpara no encenderá ni en la posición A ni en la B.

6

Si la lámpara prende o chispea, esto indica que hay falla.

6

Si por ejemplo el devanado 2 tiene falla, la lámpara no encenderá aunque la coloque en las posiciones A o B.

Figura No. 140 Localización de fallas a tierra en los devanados del estator. Los devanados se prueban por separado, si la lámpara prende o chispea, esto indica que hay falla.

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125

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

Para determinar si hay espiras en corto circuito, mida la resistencia de cada bobina del devanado por separado, debiendo tener estas el mismo valor. LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN EL ROTOR O INDUCIDO Las causas de falla en el rotor o inducido pueden ser falla a tierra, corto circuito o circuito abierto. PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE FALLAS A TIERRA EN EL INDUCIDO Para localizar una falla a tierra o contacto a masa del rotor o inducido con la lámpara de prueba, proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Desmonte el inducido y colóquelo en una posición segura, lista para realizar la medición.

PASO

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITO EN EL INDUCIDO Para localizar cortocircuitos en el inducido con el Growler y una hoja de sierra, proceda de la siguiente forma:

PASO

1

Coloque el inducido sobre el Growler (figura 142)

2

Vea la figura 141 y conecte uno de los extremos de la lámpara de prueba a una delga del conmutador y el otro extremo al eje.

PASO

La falla a tierra o contacto a masa, muchas veces podrá encontrarlos a simple vista. Estos contactos se forman, por lo general, en las esquinas de las ranuras al doblar las bobinas del inducido o bien, dentro de las ranuras si alguna chapa del núcleo sobresale de las demás y corta el aislamiento del conductor. Observe cuidadosamente las esquinas de las ranuras, comprobando si las tiras aislantes de ellas se han deslizado, ocasionando algún contacto directo con el núcleo; si tal cosa sucede, repare la avería, colocando un trozo de tira aislante en el sitio averiado y sujetándolo al arrollamiento.

3

Si la lámpara se enciende o produce chispa, entonces hay una falla a tierra o contacto a masa.

PASO

2

Conecte el Growler a la fuente de tensión.

PASO

3

Coloque la hoja de sierra en forma longitudinal sobre el inducido.

PASO

4

Si siente que la hoja de sierra vibra y escucha un zumbido, quiere decir que en la ranura superior correspondiente hay una bobina en falla.

PASO Figura No. 141 Localización de falla a tierra o contacto a masa del inducido. Si la lámpara se enciende o produce chispa, entonces hay falla.

126

5

Si siente que la hoja de sierra no vibra, gire el inducido y siga probando con las demás ranuras.

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MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

VELOCIDAD O FRECUENCIA DE GIRO La velocidad de giro de un motor también llamada frecuencia de giro, es igual al número de revoluciones (vueltas) de rotor en un determinado tiempo y se mide en revoluciones por minuto (r.p.m.)

Figura No. 142 Localización de cortocircuito en el inducido, mediante Growler y hoja de sierra.

2.10.4 CARACTERÍSTICAS El motor eléctrico es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Por lo tanto, usted deberá comprender las magnitudes eléctricas y mecánicas, que se presentan al trabajarlos. Magnitudes mecánicas En la sociedad moderna, altamente industrializada, se precisan máquinas motrices de propiedades muy variadas. Éstas deben funcionar produciendo un mínimo ruido y contaminar al mínimo el ambiente. Por otro lado, es conveniente que su construcción sea compacta y su manejo fácil. Además de que su precio de adquisición no es excesivo, deben trabajar económicamente y con un mínimo mantenimiento. Según su campo de aplicación se precisan de diversas potencias. Por otra parte, la gama de velocidades de giro es también muy amplia. Para que emplee los motores eléctricos monofásicos correctamente, son de suma importancia sus magnitudes mecánicas, tales como: • La velocidad de giro o frecuencia de giro, • El par y la potencia mecánica.

La velocidad de giro viene indicada en la placa de datos del motor y ésta es directamente proporcional a la frecuencia (HZ) de la red a la que está instalado el motor e inversamente proporcional al número de pares de polos del motor. Si aumenta la frecuencia de red, aumenta la velocidad de giro y si aumenta el número de pares de polos, disminuye dicha velocidad. Una de las formas para variar la velocidad de un motor monofásico de inducción es empleado convertidor de frecuencia. El convertidor de frecuencia varía la frecuencia y la tensión para poder mantener un par o una potencia constante. En ocasiones es deseable tener un alto par en el arranque o conservar la potencia de salida constante en cierto intervalo de velocidad. Estas y otras modificaciones pueden obtenerse variando la relación de voltaje sobre la frecuencia según se requiera. Un motor de elevada velocidad de giro será más ruidoso y sus elementos constructivos están sometidos a mayor desgaste. Cada parte del motor viene diseñada para trabajar a las características nominales de la placa de datos del motor. Debe tomar las medidas de seguridad especialmente al aumentarla demasiado, pueden ocurrir daños en las partes o desprendimientos de piezas y ocasionar un accidente. En aplicaciones técnicas se emplean diversos dispositivos para medir la velocidad de giro. El más sencillo es el tacómetro de mano, con el que puede medirse directamente la velocidad de giro, aplicando simplemente el instrumento al eje de la máquina. La rotación se transmite mediante un embrague de goma o ruedecilla.

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127

MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

PAR MOTOR El concepto de par motor o par de rotación es equiparable al de fuerza. Sin embargo, el término fuerza se emplea al hablar de movimiento rectilíneo, y el de par se utiliza en relación con un movimiento rotatorio. El par es el movimiento de una fuerza, es decir, el producto de la fuerza por la longitud del brazo de palanca se denomina par de la fuerza. 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678 12345678901234567890123456789012123456789012345678

M= F x S M= Par motor en Nm F = Fuerza en Newtons s = Longitud del brazo de palanca en metros

Los valores de par más empleados en los motores monofásicos son el par de arranque y el par normal o a plena carga. El par de arranque, conocido también como par a rotor bloqueado, es el que desarrolla el motor, al ser puesto en marcha. Es importante que el par de arranque de un motor sea adecuado, para poder mover una carga de inercia elevada sin que el motor tienda a frenarse o sufrir calentamiento excesivo. El par normal o a plena carga es el que desarrolla el motor para proporcionar la potencia nominal a la velocidad nominal a plena carga. POTENCIA La potencia mecánica de un motor está determinada por el par y la velocidad de giro.

12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890 12345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890

P P

= (n x M) ÷ 9549 = Potencia mecánica del motor en KW n = Velocidad de giro del motor en r.p.m. M = Par motor en Nm 9549 = constante

La potencia nominal viene indicada en la placa de datos del motor y se indica en HP (Caballo de fuerza) o en KW (Kilovatios) El motor desarrolla la potencia nominal en su eje cuando, se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factor de servicio de 1.0. Cuando el motor trabaja a su potencia nominal correcta, se obtiene un costo total mínimo por el trabajo realizado. Si el motor trabaja con una carga mayor que la de su capacidad, esta sobrecargado y su vida útil se reduce. Cuando trabaja constantemente con poca carga se desperdicia la capacidad instalada del motor. FACTOR SERVICIO Cuando en la placa de datos de un motor se señala un factor de servicio mayor de 1.0, este factor indica la capacidad de sobrecarga del motor a la tensión y frecuencia nominales. Puede decirse que un motor con factor de servicio de 1.15 tiene un margen en cuanto a su elevación de temperatura al 100% de carga, lo cual le permite operar con sobrecargas hasta del 115% sin exceder la capacidad térmica de aislamiento. Sin embargo, debe tener presente que el funcionamiento continuo dentro del intervalo del factor de servicio, hará que se reduzca la duración esperada del sistema de aislamiento. Magnitudes eléctricas Casi todos los datos de placa se relacionan con las características eléctricas del motor, de manera que es importante que lea siempre estos datos para poder instalar correctamente un motor.

Para el uso de esta constante deberá trabajar en las unidades de medida indicadas.

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Instrucciones: con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y de acuerdo a los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades: 1. Función de las partes del motor de fase partida. Forme grupos de 5 personas y nombre un expositor, tomando 15 minutos de trabajo en equipo, dibujen en una hoja papel rotafolio el esquema de un motor de fase partida indicando los nombres de cada parte. El expositor deberá pasar frente a los demás grupos y explicar la funcionalidad de cada una de las partes del motor. 2. Técnica de cambio de cojinetes de motores monofásicos. Realice una visita a un taller de rebobinado de motores eléctricos e investigue el proceso que utilizan para cambiar los cojinetes. Observe la herramienta y equipo utilizados. Luego exponga oralmente ante sus demás compañeros los pasos seguidos, describiendo cada uno de ellos. Luego analice las ventajas y desventajas de los diferentes métodos. 3. Aplicación de los motores monofásicos. Realice una visita con sus compañeros a una empresa de su región. Observen las aplicaciones de los motores monofásicos de inducción. Elaboren un listado de estas aplicaciones, escríbalas en una hoja de rotafolio y déjenla en un lugar visible dentro del aula o taller donde se realiza la capacitación. 4. Tipos y valores de capacidad de los capacitores. En grupos de 5 personas investiguen en distribuidoras locales de repuestos para motores eléctricos, los distintos tipos, marcas y capacidades de capacitores que existen en el mercado local. Luego elaboren una lista en una hoja de rotafolio y realicen una exposición oral ante los demás grupos de trabajo. 5. Medidas de seguridad personal y protección ambiental. Elabore un listado de las medidas de seguridad personal y de protección ambiental que usted considera que deben observarse durante el mantenimiento de un motor monofásico de inducción, relacionadas al uso del equipo, herramientas, materiales e instalaciones de trabajo en la empresa. Luego escríbalas en una hoja de papel rotafolio y déjela en un lugar visible dentro del aula o del taller donde se realiza la capacitación.

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6. Mantenimiento preventivo de un motor monofásico. En grupos de 3 personas elaboren un resumen del mantenimiento que debe realizarse a las partes de un motor monofásico. Asimismo, describan el proceso de análisis de las fallas de los componentes principales e indiquen las acciones correctivas que deben aplicarse. 7. Tipos de escobillas y bushings. Investigue en distribuidores locales de repuestos para motores universales, los distintos tipos, marcas y características de escobillas (carbones) y de los bushing (bujes) que existen en el mercado. Elabore un listado de los mismos, escríbalos en una hoja de papel rotafolio y déjela en un lugar visible dentro del aula o taller donde se realiza la capacitación. 8. Medidas de seguridad personal y protección ambiental. Elabore un listado de las medidas de seguridad personal y de protección ambiental que usted considera que deben tomarse durante la reparación de motor monofásico, relacionadas al uso de equipo, herramientas, materiales e instalaciones de trabajo en la empresa. Luego escríbalas en una hoja de papel rotafolio y déjela en lugar visible dentro del aula o del taller donde se realiza la capacitación.

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Los motores monofásicos de inducción están diseñados para conectarse a 120 ó 220 voltios de corriente alterna y pueden ser de fase partida, de capacitor de arranque y de repulsión. El motor de fase partida consta de estator de chapas ranuradas con un devanado de trabajo y otro auxiliar, un rotor tipo jaula de ardilla, tapaderas y un interruptor centrífugo que desconecta el devanado auxiliar en el arranque cuando el motor ha alcanzado el 75 % de su r.p.m. El motor de fase partida es de uso general en aplicaciones en las que basta un par de arranque moderado y se precisa una velocidad constante para carga variable. Ejemplo; bombas centrífugas, compresores, lavadoras, mezcladoras, agitadoras, pequeñas máquinas-herramientas, quemadores de petróleo, etc. Al motor de fase partida, se le cambia el sentido de giro, permutando los terminales del devanado auxiliar o los terminales del devanado de trabajo. El mantenimiento básico del motor de fase partida consiste en verificar el estado de los cojinetes, ya que son las partes más vulnerables al desgaste. A los motores monofásicos si se les instala la protección adecuada, no sufrirán daños consecuentes en los devanados. Un mantenimiento preventivo periódico alargará la vida útil del motor. El mantenimiento preventivo consiste en la limpieza general de las piezas mecánicas y eléctricas, revisión de cojinetes, aislamientos y contactos. Los residuos resultantes del mantenimiento de los motores se deben depositar en un lugar apropiado, para no contaminar el medio ambiente y mejor aprovechamiento de los recursos. El motor monofásico con capacitor puede ser con capacitor de arranque, con capacitor permanente, o la combinación de ambos (con doble capacitor) Al motor con capacitor de arranque se le cambia giro, permutando los terminales del devanado auxiliar o los terminales del devanado de trabajo. El mantenimiento principal al motor con capacitor de arranque es el mismo que el de fase partida, lo que se debe mantener adicionalmente es el capacitor de arranque que es de tipo electrolítico. Para la misma potencia nominal, el motor con capacitor de arranque tiene mayor par, mientras el de capacitor permanente desarrolla menor par inicial y la corriente de arranque es más baja.

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Por su parte, el motor de fase partida tiene un valor más alto de par máximo y mayor velocidad nominal. El motor con capacitor permanente tiene en cambio, la velocidad nominal más baja, lo que indica que este motor presenta un campo magnético relativamente débil. El motor de repulsión presenta un comportamiento análogo al motor serie, o sea, que presenta un gran par de arranque y su frecuencia de giro depende mucho de la carga. Las escobillas se deslizan directamente sobre los conductores del devanado. Cuando se aplica una tensión alterna a los terminales del devanado del estor se inducirá una tensión también alterna en el devanado del rotor, según el principio del transformador. Cuando las escobillas se encuentran en la zona neutra las tensiones inducidas en el devanado de inducido se compensarán mutuamente y no circulará corriente, por lo que tampoco aparecerá par alguno. Si se desplazan las escobillas un ángulo Ø, las dos tensiones ya no serán iguales y circularán corrientes por ambas partes del devanado en anillo. Desplazando las escobillas de la zona neutra en el otro sentido se invertirá el sentido de giro. El par máximo se obtiene cuando las escobillas están desplazadas un ángulo de unos 70°. Cuando las escobillas se desplazan 90° el motor actúa como un transformador en cortocircuito. El motor universal es un motor monófasico con devanados en el estator y rotor, conectados en serie, que opera de igual forma, conectado a una fuente de corriente directa o alterna. Desde un punto de vista mecánico, consta de: estator (parte fija), rotor (parte giratoria) y dos escudos o tapaderas. Desde el punto de vista eléctrico consta de inductor e inducido. El cambio de giro de rotación en un motor universal se realiza conmutando la conexión de las escobillas o utilizando un devanado de conmutación. La variación de velocidad del motor universal se puede realizar, utilizando diodos, resistencias fijas, reóstatos, autotransformadores, etc. El valor de la tensión que aparece en la placa de datos del motor es la de diseño, que debe ser medida en las terminales del motor y no la de la línea. Las tensiones comunes para los motores monofásicos de inducción son 120 y 220 voltios.

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El amperaje mostrado en la placa de datos del motor es la corriente nominal, que indica la intensidad de la corriente que toma el motor, al voltaje y frecuencia nominales, cuando funciona a plena carga. Cuando el motor consume menos corriente que la nominal o de placa, no se está utilizando a su máxima potencia, no hay problema de calentamiento y no existen daños. Sin embargo, cuando consume más, está sobrecargado o existe cualquier otra falla. Si se eleva el amperaje, desconéctelo inmediatamente para que el motor no sufra daños. La intensidad de la corriente nominal o de placa de los motores, depende de la potencia y del voltaje para la que están diseñados. Los hertz (Hz) de la placa de datos del motor indican la frecuencia de la red de alimentación a la que debe conectarse el motor. La frecuencia más común para la que vienen fabricados los motores es de 60 hertz en América y de 50 hertz en Europa. El mantenimiento preventivo del motor universal se efectúa principalmente en el cambio de los cojinetes o bushings (bujes), en el cambio de los carbones cuando éstos se desgastan y en la limpieza del conmutador. Las fallas principales en el motor universal ocurren en el cordón de alimentación y el controlador. Cuando no se ha efectuado un mantenimiento preventivo las fallas ocurren también en el conmutador, los cojinetes o bujes y en los devanados. Las magnitudes mecánicas principales de los motores eléctricos son: la frecuencia de giro o velocidad de giro (rpm), el par motor (M), la potencia (P) en caballo de fuerza o kilovatios. Las magnitudes eléctricas principales son: la tensión eléctrica, la intensidad de la corriente eléctrica y la frecuencia en Hz.

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Instrucciones: A continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta. Subraye la correcta de acuerdo a los contenidos estudiados. 1. El motor de inducción monofásico con un devanado auxiliar desplazado en su eje magnético y conectado en paralelo con el devanado de trabajo, recibe el nombre de motor: A) B) C) D)

De repulsión Universal Trifásico De fase partida

2. El motor monofásico de fase partida tiene un rotor llamado: A) B) C) D)

Jaula de ardilla Bobinado con puntas salientes. Conmutador Automatizado.

3. En el estator de un motor de fase partida se alojan dos devanados llamados: A) B) C) D)

Auxiliar y de trabajo Principal y jaula de ardilla De arranque y de inducción De trabajo y centrifugo

4. La parte del motor de fase partida que sirve para desconectar el devanado auxiliar o de arranque, en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada (aproximadamente al 75% de la velocidad de régimen) se llama: A) B) C) D)

Desconectador Termostato Bimetal Interruptor centrífugo

5. Si conecta un motor de fase partida a su tensión nominal y previamente le conmuta las conexiones del devanado auxiliar el motor: A) B) C) D)

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Gira mas rápido Cambia el sentido de giro Ya no gira Se quema

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6. Para minimizar las vibraciones y la desalineación durante el funcionamiento de los motores, es esencial que estos los monte en una base de: A) B) C) D)

Tablas Concreto macizo Plástico Hule

7. El grado en que las caras de las dos mitades de un acoplamiento de motor y carga están fuera de paralelismo se llama desalineación: A) B) C) D)

Angular Axial Transversal Longitudinal

8. El par de arranque en un motor monofásico con capacitor de arranque es _______________ que el par de arranque de un motor monofásico de fase partida. A) B) C) D)

Mayor Igual Menor La mitad

9. Los motores monofásicos con capacitor de arranque utilizan capacitores de tipo: A) B) C) D)

Electrolítico De impregnación en aceite Cerámicos De mica

10. El esquema que se muestra en la siguiente figura, es el de un motor monofásico: VL

A) B) C) D)

De fase partida Con capacitor de arranque Con capacitor permanente De repulsión

IL

IL

Ia

11. El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque es veces mayor que la capacidad del capacitor permanente utilizados en motor monofásico con doble capacitor. A) B) C) D)

1 2 3 4

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12. Cuando no se da un mantenimiento apropiado a la rejilla protectora del ventilador de un motor de fase partida éste: A) B) C) D)

Se calienta Gira más rápido Se detiene Gira en sentido contrario

13. Tipos de rodamientos más utilizados en los motores monofásicos de fase partida: A) B) C) D)

Bujes y cojinetes Cojinetes y chumaceras Aros y chumaceras Bujes y chumaceras

14. La herramienta que se utiliza para extraer los cojinetes del eje del motor y que se muestra en la siguiente figura recibe el nombre de: A) B) C) D)

Trépano Sacacorchos Extractor Taladro

Tornillo Tuerca de regulación

Varillas de tracción

15. El orden correcto para apretar los tornillos de las tapaderas cuando se montan sobre la carcasa del motor es: A) B) C) D)

En cruz En sentido al de las agujas del reloj En sentido contrario al de las agujas del reloj No importa el orden

16. Al motor eléctrico monofásico con devanados en el estator y rotor, conectados en serie que opera de igual forma, conectado a una fuente de corriente directa (CD) o de corriente alterna (AC) se le llama Motor. A) B) C) D)

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De fase partida Con capacitor Trifásico Universal

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17. Parte del rotor de un motor universal, marcada con el número 1 en la figura. A) B) C) D)

Núcleo Eje Devanado Conmutador 1

18. Partes principales del motor universal desde el punto de vista mecánico. A) B) C) D)

Estator, rotor y tapaderas Inductor, inducido y colector Devanados, conmutador y colector Cojinetes, rotor y carbones

19. Material que aisla las delgas unas de otras y del eje de un rotor. A) B) C) D)

Mica Ventilador Plástico Esmalte

20. El devanado excitador y el devanado del inducido de un motor universal están conectados en: A) B) C) D)

Paralelo Serie Delta Estrella

21. Sucede cuando conecta un motor universal a su tensión nominal y previamente le conmuta las conexiones de los carbones o escobillas. El motor: A) B) C) D)

Gira mas rápido Ya no gira Cambia de sentido de giro Se quema

22. Elementos con los que se puede variar la velocidad de un motor universal son: A) B) C D)

Interruptor, conmutador y devanado Autotransformado, reóstato y diodo Fusible, conmutador y termostato Termostato, interruptor y fusible

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23. Las escobillas o carbones mal adaptados en el colector del motor universal causan: A) B) C) D)

Chispas y fuego Suciedad Aislamiento y grasa Cortocircuito

24. En la siguiente figura, si la lámpara no se enciende en la posición A, pero si en la posición B, esto le indica a usted que: A) B) C) D)

Existe un rotura en todos los devanados Existe una rotura en el devanado 1 Existe una rotura en el devanado 2 No existe rotura en todos los devanados

25. En la siguiente figura, si la lámpara se enciende o produce chispa, le indica a usted que en el inducido: A) B) C) D)

Existe una falla a tierra o contacto a masa No existe falla Las delgas están en cortocircuito Las bobinas están en cortocircuito

26. Unidad de medida en la que viene indicada la potencia de los motores eléctricos. A) B) C) D)

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Caballos de fuerza Voltio Amperio r.p.m

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MOTORES

ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS OBJETIVOS de la unidad

El estudio del contenido de esta unidad, contribuirá a que usted adquiera las competencias para:

„

Realizar conexión de motores trifásicos, de acuerdo a especificaciones técnicas.

„

Instalar motores trifásicos para anillos rozantes, tensiones y polos conmutables, de acuerdo a especificaciones técnicas.

„

Realizar mantenimiento de motores trifásicos, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.1 MOTOR ELÉCTRICO

Transportador cargado

TRIFÁSICO

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

Motor 10 HP, 44 DV. 30

Figura No. 144 Transportadores de material pesado.

3.1.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO Independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate, todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Partes del motor eléctrico trifásico La figura 145 muestra el aspecto exterior de un motor trifásico. Su construcción es similar a la de los motores monofásicos de fase partida, a diferencia de que no están constituidos por un interruptor centrífugo.

Figura No. 143 Aplicación de motor trifásico.

Las partes principales de un motor trifásico son: estator, rotor y escudos. Escudo

Estator

3.1.1 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor)

140

Escudo

Rotor Figura No. 145 Motor trifásico con sus partes.

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

El estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcaza de hierro colado. El enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica.

El rotor: es la parte móvil del motor. está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula.

Sólo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento. Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio. Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

Figura No. 146 Rotores jaula de ardilla.

Los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces) En el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga “arrastres” o “fricciones”. Funcionamiento de un motor eléctrico trifásico Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor.

3.1.3 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que la del campo magnético rotativo, se dice que el motor es síncrono. Si por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo rotativo, el motor es asíncrono o de inducción. Los motores eléctricos trifásicos están conformados por dos grandes grupos: 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 2 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901

• Motores Síncronos • Motores Asíncronos

1 Synchron (griego) = mismo tiempo. 2 Asynchron = distinto tiempo MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

141

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Motores sincronos Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Es utilizado en aquellos casos en donde se desea una velocidad constante. Los máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en la generación de energía eléctrica. Para el caso referente a la máquina rotativa síncrona, todas las centrales hidroeléctricas y termoeléctricas funcionan mediante generadores síncronos trifásicos. Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada, mayor que 1 MW (mega vatio)

Motores de polos salientes: los motores de polos salientes trabajan a bajas velocidades. Un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera de la superficie del rotor. Los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o más polos.

Anillos rozantes

S

S

N

N S

Figura No. 148 Rotor de polos salientes en un motor síncrono.

Motores asíncronos Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendo éstos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes. Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores de dos y cuatro polos. Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de la superficie del rotor (figura147) Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.

Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Los motores asíncronos se clasifican según el tipo de rotor, en motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en cortocircuito) y en motores de rotor bobinado o de anillos rozantes. CARCASA DEVANADO DEL ESTARTOR EJE CAJA DE BORNES ROTOR

N CARCASA DEVANADO DEL ESTARTOR

EJE CAJA DE BORNES ROTOR ANILLOS ROZANTES CAJA DE BORNES

Figura No. 147 Rotor de polos no salientes en un motor síncrono.

142

Figura No. 149 Motores de inducción asíncronos.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

En los motores asíncronos trifásicos, la energía eléctrica se suministra al bobinado del estator.

Extractor de tornillo

Como consecuencia de ello, aparece un par aplicado al rotor, y éste girará. t1

Balero

N S

S N

Figura No. 150 Estator de un motor asíncrono trifásico.

3.1.4 MANTENIMIENTO BÁSICO DEL MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO Sin lugar a dudas, como toda máquina puesta o no en servicio, la temperatura excesiva del ambiente o causada por un problema con el motor mismo, es un elemento clave a considerar, ya que de ella depende la vida útil de la máquina, por tanto: Asegúrese de proporcionarle mantenimiento al motor cuando éste esté desenergizado. Utilice ropa de trabajo (bata, lentes protectores y guantes) y herramienta adecuada. Elimine con un trapo seco, el polvo o la suciedad acumulada en la carcaza del motor, ya que éste reduce la circulación de ventilación hacia adentro del motor.

Rotor

Llave de perico para accionar el tornillo

Figura No. 151 Forma de aplicar el extractor de tornillo para cojinetes.

1.1.5 MEDIDAS DE SEGURIDAD Antes de empezar un mantenimiento básico, tome todas las precauciones posibles, donde no se puedan evidenciar problemas de tipo eléctrico o mecánico en el motor. Por tanto siempre: Baje todos interruptores electromagnéticos (flipones) y guárdelos en su bolsillo. Coloque un rótulo donde se indique que se está trabajando en el mantenimiento del motor. Mida tensión en las terminales que alimentan al motor (éstas deben indicar cero voltios) Mida la intensidad en las terminales que alimentan al motor (éstas deben indicar cero Amperios) C

B

A V

V

Asegúrese de que no exista aceite o grasa derramada en las tapaderas, en los cojinetes o chumaceras. Revise que los cojinetes o chumaceras tengan una cantidad adecuada de aceite. Para realizar este procedimiento es necesario, desarmar el motor para realizar el procedimiento de limpieza de los cojinetes.

TIERRA

M MOTOR TRIFÁSICO

Figura No. 152 Pruebas con el multímetro en un motor trifásico (medición de tensión)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

143

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.2 MAGNITUDES

MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS EN LOS MOTORES TRIFÁSICOS

Los factores más importantes para la valoración y selección de los motores es el factor de potencia (cos φ), el rendimiento η, la intensidad de la corriente Ι, la tensión V, la frecuencia de giro n, y la potencia P.

3.2.1 FRECUENCIA DE GIRO

Figura No. 153 Medida de la frecuencia de giro con un tacómetro de mano.

3.2.2 PAR

En los motores suele indicarse la frecuencia de giro, que es el número de revoluciones del rotor en un tiempo determinado. Es frecuente tomar el tiempo transcurrido como un minuto. Frecuencia de giro = No. de revoluciones Tiempo transcurrido

Se genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza. Par: Símbolo M

12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123 12345678901234567890123456789012123

M = F *r [M] = N * m

El símbolo de la frecuencia de giro es “n”. Frecuencia (f) = 1 ciclo (1) período (1) Frecuencia de giro dada en R.P.M. n= 60s x f = R.P.M. mt

Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en el sentido del par mayor. En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares (figura 154)

En aplicaciones técnicas se emplean diversos instrumentos para medir la frecuencia de giro. El más sencillo es el tacómetro de mano, con el que puede medirse directamente la frecuencia de giro, conectando simplemente el instrumento al eje de la máquina. La rotación se transmite mediante un embrague de goma o una ruedecilla.

S2 F3 F2

F1

pares de giro a la izquierda = = pares de giro a la derecha

η letra griega minúscula, eta.

144

S3

S1

En las máquinas eléctricas se suele indicar la frecuencia de giro n, en R.P.M.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Par M= F. s

Figura No. 154 Ley de la palanca.

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

En el estator se origina un campo magnético de flujo φ. El rotor se compone de un tambor de hierro dulce magnético, con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores.

3.2.3 POTENCIA La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. La relación entre estas cantidades está dada por la expresión: 1 HP= 550 lb-pie por segundo 550 LB SE ELEVAN 1 pulg en 1 seg

746 W PRODUCEN 1 HP

550

Donde: P es la potencia, en vatios [W], W es el trabajo en joules [J], T es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s] Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistema inglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP) Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a 746 watts o 3300 lb – pie por minuto o 550 lb – pie por segundo. Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia se indica en Kilowatts (Kw), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 Kw, ya que : 5 HP 746 w = 3,730 w = 3.73 Kw 1HP

Figura No. 155 La potencia de un motor se da en HP o en watts. 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212 1234567890123456789012345678901212

HP = Kilowatts 0.746

Estas medidas cuantifican la cantidad de trabajo que un motor es capaz de desarrollar en un periodo específico de tiempo.

3.2.4 PARES DE POLOS Una barra de un imán (figura 156) consta de dos polos: Norte (N) y Sur (S), también puede decirse que la barra de un imán consta de un par de polos.

Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores: el par y la velocidad. Se define la potencia como el cociente del trabajo W (medido en Joule) por el tiempo t (medido en segundos); la ecuación de la potencia es: 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123 12345678901234567890123

P=W/t

Figura No. 156 Barra imán.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

145

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

La frecuencias siempre viene registrada en los datos de placa de características del motor y debido a que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, a partir de la frecuencia.

Por ejemplo: el motor de la figura 157 muestra cuatro polos o dicho de otra forma dos pares de polos.

La ecuación para calcular el números de polos de una máquina rotativa es la siguiente:

N S

S

No. de polos = 120 * f n

N

Y para calcular los pares de polos la ecuación es: p = No. de polos = 120 * f = 60f 2 2n n

Figura No. 157 Motor con dos pares de polos.

3.2.5 RENDIMIENTO

Donde: p

es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida” No. de polos (es el número de polos) “no tiene unidades de medida” f es la frecuencia eléctrica en Hz n es la frecuencia de giro en rad/s 120 y 60 son constantes

Número de pares de polos

Número de polos

Número de bobinas

Ángulo entre bobinas

Tiempo de revolución del campo giratorio

1

2

3

120 o

5.T

2

4

6

60 o

2.T

3

6

9

40 o

3.T

4

8

12

30 o

4.T 5.T

5

10

15

24 o

6

12

18

20 o

6.T

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

p

2.p

3.p

360 o

p.T

3.p Tabla No. 4 Campos de los motores asíncronos trifásicos.

146

En la transformación de energía, por ejemplo en un convertidor, aparecen efectos secundarios que no son intencionados, pero tampoco evitables. Así, la corriente calienta los hilos del devanado; el material del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además aparecen rozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectos secundarios se designa como pérdidas. Sólo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte se transforma en pérdidas de energía, generalmente como calor. En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se compara la potencia de salida(potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), el rendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada.

Es importante que ambas potencias deben estar expresadas en las mismas unidades.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

η Pab Pzn

= rendimiento = potencia de salida = potencia de entrada η η= Pab Pzn

El rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%) Como la potencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menor que 1 o que el 100%.

A solicitud del consumidor y después de que la EEGSA haya investigado la posibilidad de prestar un servicio trifásico de 4 alambres, 208/120 voltios; como también las tensiones trifásicas como lo son 240/120 voltios, delta 4 alambres, y para servicios generales en donde los transformadores son proporcionados por el usuarios, se pueden suministrar: 480/240 voltios, 3 fases, delta, 4 alambres 416Y/240 voltios, 3 fases, estrella aterrizada, 4 alambres 480Y/277 voltios, 3 fases

CONSUMIDOR

RENDIMIENTO

Motor de corriente trifásica 1 kw

0.80

Motor de corriente alterna 100w

0.50

Transformador 1 kVA

0.90

Calentador 100 w

0.95

Lámpara de incandescencia 40 w

0.015

Tabla No. 5 Ejemplos de rendimiento.

Ejemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento? η = Pab = 4kW = 0.8 ó 0.8x 100 = 80% Pzn 5kW

3.2.6 TENSIONES DE SERVICIO Los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de la tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizados a servir; los voltajes secundarios normalizados en el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 120/240 voltios, monofásicos 3 alambres, corriente alterna, 60 Hz.

Tensión nominal: para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 ó 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general, los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor.

3.2.7 FRECUENCIA DE RED (HZ) La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cada período; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempo de t = 1 segundo. La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suele representar por Hz. La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempo exacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

147

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

U 2

1

3

3.2.8 CORRIENTE DE ARRANQUE

4 t

80 ms tiempo transcurrido Figura No. 158 Tensión de frecuencia de 50 Hz.

Frecuencia = Un ciclo Período Las frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz. El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo (es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna) Ciclo: la curva representada en la figura 158 representa una oscilación. Después de los 360° la curva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se suceden varias oscilaciones.

La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cos φ, rendimiento η, tensión V, frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. La figura 159 muestra dos gráficas con características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga (figura 160) se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga) El factor de potencia cos α en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos α.

U A U

U U

U

U

U2

α2 U1

α3

U3

U2 U1

α1 α1

90 o

α2

180 o

α3

U3 U

B

Figura No. 159 Relación entre la gráfica y el diagrama vectorial.

148

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

270 o

Angulo de giro α 360 o

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

η cosφ

Si el par resistente es mayor que el máximo de la curva, la máquina no podrá vencerlo y se detendrá.

n

I

no nN

1 φN cos IN φo ηN 0.5

n

I

La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá decreciendo rápidamente, al aumentar la velocidad. Las características trazadas en la figura 160 pertenecen a un motor asíncrono trifásico con rotor de barras redondas.

η

Io a) Curvas de carga 0

I

M

0

MN

M

Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN.

Mk IA

IN

b) Curvas en función de velocidad 0

Mk: M N: MA: Ms: IN: IA:

La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar a el motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor.

MN MA MS

0

ns

par máximo para nominal par de arranque par de valle Intensidad nominal Intensidad de arranque

1o: n1: nN: nO: nk: nS:

nk

nN

n1

n

intensidad en vacio frec. giro del campo frec. giro nominal frec. giro en vacio frec. giro del par máx. frec. giro del par min

Figura No. 160 Curvas características de un motor asíncrono trifásico con barras redondas (Incisos a y b)

Cuando se habla de valores favorables se indica que tanto el rendimiento η como el factor de potencia cos ϕ, son grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un determinado valor decrece el rendimiento y el aumento del factor de potencia es insignificante, el funcionamiento de régimen nominal se obtiene para aquel punto, en el que el producto del rendimiento η por el factor de potencia cos ϕ es máximo. Las características en función de la velocidad (figura 160), muestran la dependencia de n, la intensidad consumida I y del par M. La curva que da el par en función de la frecuencia de giro, tiene una forma típica para las máquinas asíncronas trifásicas, con un pico (máximo) y un valle (mínimo)

IA = 7x IN y puede llegar hasta IA = 10 x IN

EJEMPLO Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: IA = 7 x IN = 7 x 10 A= 70 A IA = 10 x IN = 10 x 10 A = 100 A Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que éstas debilitan a los embobinados. Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella -delta como se muestra el la figura 161; como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, ∆)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

149

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

I If

Se tiene:

f

Uf

If

If

U

U

Factor de potencia = cos φ= Potencia real / Potencia aparente. El valor del ángulo φ existente entre la intensidad y la tensión de una corriente alterna, se distingue entre:

I en A M en N m MA

Potencia real o activa: Cuya expresión general es:

3

2 Nm

Qactiva = I x V x cos φ, y se mide vatios [watts].

2

1

6 5 4

3

1 0

n en 0

1000

2000

3000 r.p.m

Figura No. 161 Tensiones, intensidades y par en el circuito de arranque estrella – delta (triángulo)

Potencia aparente: Dada por la fórmula: Saparente = I x V, se mide en Volt x Amperios [VA].

El vatímetro indica la potencia real, mientras que el producto de I · V indica la potencia llamada aparente (S) El factor de potencia o factor de eficacia es el cociente de ambas potencias, se denomina cos φ (coseno de fi) y es adimensional (no tiene dimensiones)

150

EN VA

AP AR IA

00 12

NC TE PO

Si se mide el valor de la potencia de una máquina eléctrica de corriente alterna CA, durante su funcionamiento, con un vatímetro se comprueba que dicho valor resulta diferente del obtenido multiplicando la intensidad de corriente, medida con un amperímetro, por la tensión, medida con un voltímetro.

TE

Qreactiva = I x Vx sen φ, que se mide en Volt x Amperios reactivos [VAr].

1.042 VAR

En corriente alterna la potencia no se puede obtener como en corriente continua como el producto de la intensidad I por la tensión V, debido al desfase existente entre ambas.

POTENCIA REACTIVA

3.2.9 FACTOR DE POTENCIA

Potencia reactiva: Es obtenida del diagrama de la figura 160, al considerar la potencia aparente como la resultante de la potencia real o activa [W] y está dada por la fórmula:

φ

600 W

Figura No. 162 La potencia aparente S es la resultante de la suma geométrica de la potencia activa y de la reactiva por medio del teorema de Pitágoras, como sigue: 12002 = 6002 + 10422.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

La relación entre la potencia reactiva Q y la potencia aparente S, se llama factor de inducción. En la corriente senoidal coincide con el sen α.

Las conexiones dependerán del diseño del motor y de la tensión de alimentación; ambas especificadas en la placa de características del motor.

El valor máximo para el factor de potencia (cos φ) es 1, obteniéndose este valor, cuando la potencia activa P es igual a la potencia aparente S.

En dicha placa se muestran también los tipos de conexiones para el motor trifásico, como se ve en la figura siguiente. WAGNER MOTOR DE INDUCCIÓN TIPO BP1 Diseño 5 Clave 2 5 MODELO 215-17494-01 CV 3 Y 60 Hz 5 1750 r.p.m. 220 Volts 12.2 Amp. 440 6.1 Amp Amp CLAVE H Sec. Volts. PERM SERV. 5.5 *C N*

3.3 INSTALACIÓN Y

CONEXIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS

CONEXIÓN TENSIÓN MAYOR

Por lo general todo tipo de motor eléctrico, consta de una bornera donde se encuentran las puntas de la bobinas del motor. Los motores trifásicos traen normalmente 3, 6, 9 y 12 puntas y en casos especiales pueden tener más salidas de conexión.

3.3.1 DEFINICIÓN DE CONEXIÓN DE MOTOR TRIFÁSICO Todo motor trifásico, ha sido diseñado para ser conectado a un sistema de alimentación trifásico de corriente alterna; las conexiones necesarias se realizan a la bornera de cada motor como se muestra en la figura 163.

L1 L2 L3

L1 L2 L3

1

3

1

2

3

8

9

5

2

7

8

9

7

4

5

6

4

6

Figura No. 164 Placa de características de un motor conectado en estrella, previsto para dos tensiones de servicio.

3.3.2 PROCESOS DE CONEXIÓN DEL MOTOR TRIFÁSICO Este proceso le mostrará la forma correcta de conectar motores trifásicos en conexión estrella y en conexión Delta o Triángulo. Los motores trifásicos se pueden conectar en dos formas: en estrella y en triángulo o delta. El motor tiene en su bobinado tres fases, cada una de ellas con su principio y su final, las cuales reciben una nomenclatura dependiendo del sistema que se use (americanos o europeos) Vea la figura 165. U

U

U

X

Y

Z

EUROPEO Figura No. 163 Bornera de un motor.

PRINCIPIOS

FINALES

1

4

2

3

6 5 AMERICANO

Figura No. 165 Sistemas europeo y americano para las bobinas de un motor trifásico.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

151

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Proceso de ejecución para la conexión estrella A continuación se describe el proceso para conectar un motor trifásico en estrella.

PASO

3

Conecte los bornes del motor de seis puntas, como se indica en la figura.

Materiales que utilizará: PUNTO NEUTRO

Un motor trifásico de 1 HP para 240 V de seis puntas Un metro de cable No. 12 THW. Equipo que utilizará: CONEXIÓN ESTRELLA

Multímetro (mediciones de continuidad) Herramienta que utilizará:

Figura No. 167 Conexión en estrella.

Destornillador plano Destornillador Phillips Navaja curva

PASO

1

Prepare la herramienta, el equipo y los materiales a utilizar.

PASO

2

Conecte los principios a la red trifásica, y los finales se conectan entre sí, como en la figura 166. L1

1

6

L2

2

5

L3

3

4

AMERICANO

R

U

Z

S

V

X

W

Y

T

EUROPEO

Figura No. 166 Conexión estrella en el sistema europeo y americano.

152

Cuando el motor trae 6 conductores de salida se pueden hacer dos conexiones (estrella o triángulo) y por tanto, tiene dos tensiones de trabajo, por ejemplo: si está en triángulo con 220 V, se puede conectar en otra red de 220 x 1.73380 V, conectándolo en estrella.

PASO

3

Una vez conectados los finales de cada bobina, mida la continuidad entre cada una de las fases, el indicador deberá marcar continuidad, en caso contrario, revise sus conexiones. Proceso de ejecución para la conexión delta A continuación se describe el proceso para conectar un motor trifásico en delta.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Materiales que utilizará: 1

Un motor trifásico de 1 HP para 240 V de seis puntas

6 3 5

Un metro de cable No. 12 THW

2

4

Equipo que utilizará: Multímetro (mediciones de continuidad). Herramienta que utilizará: F1

Destornillador plano

PASO

Navaja curva

1

Prepare la herramienta, el equipo y los materiales a utilizar.

PASO

2

Conecte los principios con los finales de cada bobina a la red trifásica como en la figura 168.

L1

1

L2

2

5

L3

3

4

6

AMERICANO

R

U

S

V

X

W

Y

T

Z

EUROPEO

Figura No. 168 Conexión delta en el sistema europeo y americano.

PASO

F3

Figura No. 169 Conexión en delta.

Destornillador Phillips

PASO

F2

3

Conecte como se indica en los bornes del motor de seis puntas.

4

Una vez conectados los finales con los principios de cada bobina, mida la continuidad entre cada una de las fases, el indicador deberá marcar continuidad, en caso contrario, revise sus conexiones. Conexión de steinmetz El funcionamiento del motor de inducción o motor asíncrono se basa en un campo magnético giratorio. Por tanto, los motores de inducción monofásicos deberán crear un campo magnético giratorio con la corriente alterna monofásica. Si en un motor monofásico existe una bobina recorrida por una corriente alterna, en ella aparecerá un campo alterno. Este campo magnético fijo en el espacio cuyo valor varía continuamente y el sentido se invierte periódicamente; por tanto, no se trata de un campo giratorio. En cambio, si la máquina monofásica posee dos devanados desplazados 90 ° uno del otro y si se emplean componentes adicionales tales como condensadores, resistores o bobinas reactivas, también podrá obtenerse una corriente alterna monofásica y un campo giratorio.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

153

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

La corriente suministrada a través del condensador presenta un desfase respecto a la tomada directamente de la red, por lo que se produce en el motor un campo magnético rotativo.

Motor para 380 V/220 V conectado a una tensión alterna 220 V;

Como las corrientes en cada una de las fases son de diferente magnitud, la intensidad del campo rotativo varía periódicamente durante dada revolución, es decir, el campo rotativo no es circular como el del motor trifásico sino elíptico. En un campo rotativo elíptico, el par de arranque es menor que en uno circular.

PROCESO DE EJECUCIÓN

Los campos magnéticos de dos bobinas desplazadas 90° una de otra, darán lugar a un campo magnético giratorio, cuando el desfase entre ambas corrientes sea de aproximadamente 90°. El sentido de giro del campo depende de los sentidos del tipo de corriente que circula por las bobinas. Es posible obtener campos giratorios de varios polos con una corriente alterna monofásica.

Motor para 220 V/125 V conectado a una tensión alterna de 220 V

A continuación se describe el proceso, para arrancar un motor trifásico con la conexión de Steinmetz. Materiales que utilizará: Un motor trifásico de 1 HP conectado en triángulo a 220 V. Un condensador de régimen (permanente o de impregnación de aceite) de 70 mF. Un condensador de arranque (electrolíticos) de 140 µF.

También es posible crear un campo giratorio en un motor asíncrono trifásico, con una corriente alterna monofásica (conexión Steinmetz) L1 N

L1 N

n>

a)

CR CA

n>

b)

Figura No. 171 Condensador permanente o de impregnación de aceite.

CR CA

Figura No. 170 Devanados de estator en un motor trifásico en conexión Steinmetz.

154

Figura No. 172 Condensador electrolítico.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Equipo que utilizará:

PASO

Ohmímetro

2

Conecte los bornes U y W respectivamente a R y Mp (220 V) y V también a R, a través de los condensadores de arranque (en paralelo)

Voltímetro

PASO

Amperímetro Herramienta que utilizará:

3

Una vez arrancado el motor, desconecte por medio de un interruptor (contactor) el condensador de arranque.

Destornillador Navaja curva Alicate

La capacidad del condensador de régimen puede calcularse con la tabla de a figura siguiente:

Pinzas

PASO

1

Realice las conexiones.

Tensión de red en V

127

220

380

Conecte el motor trifásico en la conexión triángulo.

Capacidad en µF por cada kW de potencia del motor.

200

70

20

R

Mp

220V U

Z

Valores empíricos de la capacidad de los condensadores de régimen en la conexión Steinmetz.

X

W V

Y

Figura No. 173 Conexión de un motor trifásico a la red monofásica (conexión Steinmentz)

Preste especial atención y cuidado a que el motor esté conectado de acuerdo con la tensión de la red; por ejemplo, el motor asíncrono trifásico para tensiones 220 V/380 V D-Y, debe conectarse a la tensión de 220 V en triángulo.

Cuando el motor funcione conectándolo a la red monofásica con un condensador de régimen CR, cuya capacidad se haya obtenido con la tabla anterior, su par de arranque se reducirá al 30% del valor normal, o sea, del que tendría conectado a una red trifásica. La potencia disminuirá al 80% de su valor nominal. Para que el par de arranque sea igual al del funcionamiento trifásico deberá conectar durante la puesta en marcha del motor, un condensador de arranque CA en paralelo con el condensador de régimen CR. La capacidad del condensador de arranque deberá ser del doble de la capacidad del de régimen. 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CA = 2 x CR

155

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Los condensadores que se precisan en este circuito, son relativamente caros, debido a sus grandes capacidades y a las elevadas tensiones que deben poder soportar. Por ello, este método de conexión sólo resulta económico para potencias menores que 2 kW. El flujo magnético f, al igual que en una máquina monofásica con devanado auxiliar, no se mantendrá constante durante una vuelta completa. En el diagrama vectorial del flujo magnético f, se obtendrá un campo giratorio elíptico. 1

L1

L2 L3

U1

V1

W1

w2

U2

V2

U1

V1

W1

w2

U2

V2

Trifásica

M EN Nm 10

Conexión a una red trifásica L1 L2 CH Monofásica 5

Conexión a una red monofásica

0

500

1000

n en r.p.m.

Figura No. 175 Curvas características de un motor trifásico en conexión Steinmetz.

1 2

7 2

X

3

7

X X

X

6

X

4

X

3

5

X X

X

6

X

4 5

sentido de giro dirección e intensidad motor trifásico

}

del campo magnético rotativo del estator

motor con condensador de arranque

Figura No. 174 Campos rotativos circular y elíptico.

El par del rotor en jaula de ardilla se obtiene del mismo modo que al conectarlo a corrientes trifásicas. Por tanto, el rotor girará con una frecuencia de giro n, que diferirá de la frecuencia del campo giratorio nf en la velocidad de deslizamiento ns. También existirá pues, un deslizamiento S de valor: 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 f 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234 123456789012345678901234

S=n -n nf

156

Debido a que en la mayoría de los casos el campo giratorio existente será elíptico, resultarán motores de peores características de servicio que los motores asíncronos trifásicos. Los motrifásicos pueden funcionar en conexión Steinmetz, si sólo se les aplica un 70% de su carga nominal y si por cada kW de potencia nominal se utiliza un condensador de 70 mF a 220 V.

3.3.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD Durante el proceso de instalación de cada uno de los condensadores, cortocircuite las puntas de cada condensador por medio de un destornillador y asegúrese de no tocar el destornillador ni las puntas del condensador, durante el cortocircuito. Observe que la potencia en la placa del motor monofásico no sea mayor que 3 kW, ya que las compañías de suministro de electricidad solo permiten la conexión de motores monofásicos con potencias de hasta 3 kW, para evitar una excesiva carga asimétrica de la red.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Asegúrese por medio de un multímetro, que la tensión de fase de alimentación del motor trifásico sea igual a la tensión de la red monofásica.

3.3.4 PROTECCIÓN AMBIENTAL Si un condensador se encontrara dañado, reemplácelo por uno nuevo, con las características similares de faradiaje como de la tensión nominal de alimentación. En lo que debe prestar atención es que no sólo se trata de reemplazarlo y colocar uno nuevo, las buenas prácticas de conservación del ambiente y el manejo de desechos industriales tienen como finalidad mantener un lugar libre de contaminación.

3.4 CONEXIONES

ESPECIALES PARA MOTORES

En los generadores y motores para corriente trifásica se originan campos rotativos. Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo rotativo del estator, se dice que la máquina eléctrica rotativa trifásica (generador o motor) es síncrona. Si, por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo rotativo, la máquina eléctrica rotativa se llama asíncrona.

Por tanto:

Por tanto, las máquinas eléctricas rotativas ya sea motor o generador se dividen en dos grandes grupos que son: las máquinas síncronas y las máquinas asíncronas o de inducción.

Guarde todos los capacitores dañados, en un recipiente con tapadera para cerrar y nunca olvide verificar que estén efectivamente dañados.

3.4.1 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE MOTORES TRIFÁSICOS Los motores asíncronos y los motores síncronos, difieren unos de los otros prácticamente, por la velocidad de sincronismo (n) La velocidad síncrona depende únicamente de la frecuencia de alimentación f y del número de pares de polos, p, con los que está constituida la máquina mediante la siguiente expresión: 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678 1234567890123456789012345678

n = 60 * f/p

VERIFICAR EL CAPACITOR

Donde: n = velocidad sincrónica

Figura No. 176 Verificar el capacitor.

f = frecuencia en Hz Coloque un rótulo en el recipiente, indicando que los capacitores o condensadores están dañados.

p = número de pares de polos

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

157

CAPACIDAD DEL MOTOR EN HP

2500 HP

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

1000

800

600

400

200

3600 1800

1200

12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 SINCRONO 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 12345678901234 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 SINCRONO O INDUCCIÓN 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 INDUCCIÓN 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 1234567890123456 900

720

600

514

450

400

360

VELOCIDAD SINCRONA RPM

Figura No. 177 Rangos de utilización de los motores eléctricos.

Una de las características de los motores asíncronos o de inducción es que la velocidad de éstos es inferior a la velocidad de sincronismo, esto es debido a que el flujo creado por el estator es más rápido que el movimiento ejercido por el rotor, por lo que éste tendrá un movimiento casi constante. Pueden mencionarse dos tipos principales de motores de inducción que son: el motor trifásico con rotor en jaula de ardilla y el motor trifásico con rotor bobinado con anillos rozantes, allí se deriva toda la gama de motores de CA conocidos. Los parámetros más importantes de cualquier motor trifásico son: Potencia: en Watts o en HP Factor de servicio: es la relación entre la potencia máxima verdadera de la máquina, y su potencia nominal o dicho de otra forma, indica cuanta carga en forma temporal, puede tomar un motor (al operar un motor con una capacidad superior a la de la placa, la temperatura tiende a elevarse tanto como en relación a la potencia)

158

MÁQUINAS IMPULSORAS

MÁQUINAS IMPULSORAS

Motores eléctricos fase dividida C.A jaula de ardilla, torsión normal y sincronos C.C. devanados shunt motores de combustión interna

Motores eléctricos monofásicos devanados serie C.A. Alto deslizamiento o alto par de arranque C.A. de rotor devanado C.A inducción repulsión C.A. tipo capacitor C.C. devanado compound

Ventilaciones hasta 10 HP Bombas centrífugas Agitadores para líquidos Compresores centrífugos Transportadores

1.1

1.2

Transportadores de banda Generadores prensas y troqueladoras Máquinas herramientas Máquinas impresoras

1.2

1.4

1.4

1.6

1.6

1.8

Molinos de martillos Pulverizadores Compresores Bombas de pistón Máquinas industriales Maquinaria textil Máquinas ladrilladoras Trituradoras rotatorias Trituradoras de rodillos Molinos de bolas Roladoras de lámina Aparejos y malacates

Tabla No. 6 Valores de factores de servicio para diferentes máquinas eléctricas rotativas.

Por ejemplo: un motor con un factor de servicio de 1.15, puede ser operado indefinidamente sin daño, a 115% de la carga nominal. El factor de servicio de una máquina en general provee un margen de error en el caso de que las cargas sean estimadas equivocadamente. Las magnitudes mecánicas y eléctricas más utilizadas son: Velocidad de giro: dada en revoluciones por segundo (r.p.m.) Tensión de alimentación: dada como tensión nominal en la placa del motor. Intensidad nominal: corriente de funcionamiento del motor a plena carga.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

Frecuencia de suministro de la red: medida en Hz.

Motor trifásico para tensiones conmutables

Posición de operación: horizontal, vertical y soportado (colgado)

Si se desea arrancar un motor trifásico con un interruptor estrella–triángulo a dos tensiones distintas o si las tensiones de las redes están en la relación en triángulo/ tensión estrella, se emplean motores de tensiones conmutables. En ellos, cada fase esta dividida en la misma relación que las tensiones de alimentación. Según la tensión elegida, las fases parciales se conectarán en serie o en paralelo. Ver figura 179 en la siguiente página.

Temperatura ambiente del lugar de la instalación. Altura de su funcionamiento: medido en metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) Tamaños NEMA (National Electrical Manufacturers Association )y tipos de carcazas: tipo abierto, semi-protegido, a prueba de goteo, a prueba de agua, totalmente cerrado, enfriado con ventilación.

TIPO ABIERTO

SEMI-PROTEGIDO

A PRUEBA DE AGUA

TOTALMENTE CERRADO

A PRUEBA DE GOTEO

ENFRIADO CON VENTILACIÓN

Figura No. 178 Tipos de carcazas.

Si se dispone de un devanado adicional, por el que no circula corriente a la tensión más baja, se puede conectar también, el motor a una tercera tensión como se ve en la figura 181 en la siguiente página. Un motor conectado según la figura 182, puede arrancarse en estrella-triángulo, a 220, 440 ó 500 Voltios. Conectado en estrella puede trabajar también a 380, 760 ó 865 Voltios. Este tipo de motores se emplea principalmente en maquinaria para construcción. Motor para arranque estrella-delta

Las máquinas de CA o de inducción, hasta hace poco se utilizaban casi exclusivamente para aplicaciones a velocidad constante, sin embargo, el gran avance conseguido en la electrónica de potencia ha permitido la sustitución de los motores de corriente continua por los de inducción, en aplicaciones a velocidad variable. Motor trifásico para una sola tensión de red La característica más importante de este tipo de motor trifásico es que tiene únicamente tres bornes de conexión e indica la tensión trifásica con la cual debe ser alimentado.

Son varias las características importantes que debe cumplir el motor para lograr este arranque, dentro de las que se pueden mencionar: El motor debe funcionar perfectamente a la tensión nominal en la conexión delta o triángulo indicadas en la placa; por tanto, los motores que se pueden conectar en conexión (Y- Ä) son: • Con tensión de red de 220 V. Los motores en cuya placa de características se lee

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

V = 220/380 V.

159

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

HD

H

HD

HC

t

T´

AC

F BA

BA

HA

6 8´ D8

AA

BA

E C

A AB

K

D

NORMA IEC Carcaza (J) NEMA (2E) (48) (143T) (145T) (182T) (184T) (215T) (218T) (254T) (256T) (284T) (286T) (324T) (338T) (354TS) (354T) (365TS) (365T)

(48) (143T) (145T) (182T) (184T) (215T) (218T) (254T) (256T) (284T) (286T) (324T) (338T) (354TS) (354T) (365TS) (365T)

112 140 140 180 180 215 215 254 254 280 280 318 318 356 356 356 356

30 50 50 60 60 80 80 110 110 110 110 110 110 110 140 110 140

DIMENSIONES EN MILIMETROS (A)

(P)

(2F)

(2F)

(K)

(K)

(B)

(BA)

(U)

27 27 27 39 39 42 42 66 66 66 66 66 66 78 78 78 78

140 166 166 222 222 250 250 311 311 350 350 400 400 446 446 446 446

140 178 178 221 221 248 248 307 307 351 351 395 395 441 441 441 441

(70) 100

90

31 39 39 41 41 51 51 64 64 70 70 74 74 70 70 70 70

49 57 57 68 68 89 89 110 110 110 110 90 90 80 80 80 80

115 149 149 174 174 230 230 292 292 340 340 360 360 360 360 360 360

45 56 56 70 70 89 89 108 108 121 121 133 133 149 149 149 149

14 24 24 28 28 36 36 42 42 48 48 55 55 55 60 55 60

(J)

(R+S)

D

(H)

(H)

5 8 8 8 8 10 10 12 12 14 14 15 15 15 18 18 18

16 27 27 31 31 41 41 45 45 51.5 51.5 59 59 59 64 59 64

71 90 90 112 112 132 132 160 160 160 160 200 200 225 225 225 225

5 9 9 12 12 12 12 14 14 14 14 18 18 18 18 18 18

242 326 326 374 374 470 470 620 620 690 690 746 746 800 830 800 830

114 140 210 241 267 286 286

125 140 178 254 279 305 311 311

(G) (AE-AF) (O) 12.7 12.7 12.7 14.3 14.3 15.5 15.5 17 17 25 25 28 28 32 32 32 32

156 156 188 225 225 282 282 327 327 366 366 405 405 460 460 460 460

146 179 179 225 225 257 257 312 312 352 352 397 397 450 450 450 450

(O+T) (AA) 180 210 210 257 257 264 264 265 265 404 404 452 452 505 505 505 505

21 21 21 27 27 27 27 38 38 38 38 51 51 2x51 2x51 2x51 2x51

DIMENSIONES GENERALES DE MOTORES

Figura No. 179 Dimensiones generales de motores.

160

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

NOMENCLATURA NEMA

NOMENCLATURA NEMA

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

% 100 90 80 70 60 50

SERVICIO CONTINUO NORMAL

SERVICIO SERVICIO SERVICIO INTERMITENTE LIMITADO INTERMITENTE 20% MOTOR DURACIÓN 30 20% MOTOR TRABAJA TRABAJA MINUTOS 40% MOTOR EN 80% MOTOR REPOSA VACIO

INFLUENCIA DEL TIPO DE SERVICIO SOBRE EL TAMAÑO DE LA MÁQUINA ELÉCTRICA A IGUALDAD DE POTENCIA

C) B) LAS DIMENSIONES DE UN MOTOR ELÉCTRICO DEPENDEN DE SU PAR A)

MOTOR (a)

CARACTERÍSTICAS POTENCIA______kW RPM___________ PAR___________kgm

MOTOR (b)

MOTOR (c)

11

11

11

750 14.4

750 14.4

750 14.4

A)

C)

B)

LAS DIMENSIONES DE UN MOTOR ELÉCTRICO DEPENDEN DE SU PAR CARACTERÍSTICAS

MOTOR (a)

MOTOR (b)

MOTOR (c)

POTENCIA______kW

11

11

11

750 14.4

10000 10.8

1500 7.2

RPM___________ PAR___________kgm

Figura No. 180 Tamaños comunes de los motores.

Tus apuntes

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

161

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

U1

Z3

500 V

X1

X2

440 V

Z2

X3

Y3

Z3

220 V

X3

Y3

Y2

Z2

X2

Y2

Z2

X2

Y2

Z2

X1

Y1

Z1

X1

Y1

Z1

X1

Y1

Z1

U2

V2

W2

U2

V2

W2

U2

V2

W2

W2 X3

Z1 W1

X3 Y 1 V2

Y2

Z3

X2 Z2

U2

V3

Y2

U1

V1

W1

U1

V1

W1

U1

V1

W1

Y3 Figura No. 181 Motor de tensiones conmutables D 500V/D 440V/ D 220V.

CONEXIÓN

ESTRELLA

TRIÁNGULO

380 V 440 V 500 V -

220 250 290 440 500

DOBLE ESTRELLA

DOBLE TRIÁNGULO

POSICIÓN DE LOS PUENTES TENSIONES

MOTOR DE 12 BORNES

POSICIÓN DE LAS BOBINAS

ESQUEMA

V V V V V

190 220 250 380 440

V V V V V

Figura No. 182 Conexiones para diferentes tensiones de trabajo en un motor de 12 puntas Ref. Reparación de motores asíncronicos Intecap verde/24.

162

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

110 125 150 220 250

V V V V V

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

• Con tensión de red de 380 V. Los motores en cuya placa de características se lee V=380/660 V.

Para conectar motores en conexión Y-Ä; éstos deben ser bitensión como arriba se indica; ejemplo: 220/380 V y 127/220 V. Otra de las características importantes es la cantidad de bornes de salida del motor trifásico, éstos se podrán arrancar únicamente con seis puntas o múltiplo de seis, entre los más comunes se indican U – V—W como principios de fases, y X – Y – Z como los finales de fases. En motores con potencias superiores a 30 ó 40 HP, se presentan tensiones inducidas que permanecen en el motor, aún después de que se ha realizado la desconexión estrella y si se realiza inmediatamente la conexión triángulo, pueden presentarse en oposición de fase con la red y ser suficientemente altas, como para generar una violenta corriente transitoria. Este inconveniente se elimina retardando un poco la conexión triángulo de 3 a 7 segundos.

El devanado se realiza en conexión dahlander para dos velocidades de rotación, en la relación 1:2. 4

5

6

1

2

3

1 2 3

1

2

3

1

2

3

L1 L2 L3

VELOCIDAD DE ROTACIÓN INFERIOR

SUPERIOR Figura No. 183 Conexión del devanado. REALIZACIÓN DEL DEVANADO L1 L2 L3

4

5

6

12 3

MANDO POR CONTACTORES 4 1 5 2 6 3

L1

L2

L3

CONMUTADOR DE POLOS Figura No. 184 Distintos tipos de conmutar.

Conexión dahlander

En los motores trifásicos, variando el número de polos, se puede cambiar la velocidad de giro. Los motores de este tipo son en general motores con rotor en jaula de ardilla; aunque en los motores de anillos rozantes el devanado rotórico debe ser conmutable.

Es un sistema especial para cambiar el número de polos, y tiene una gran importancia cuando se conmuta entre dos frecuencias de giro diferentes. El devanado estatórico se compone en este caso de seis bobinas que, según la posición del conmutador, se combinarán en serie o en paralelo, dando lugar a devanados con dos números de polos distintos.

Los motores de polos conmutables en ejecución normal, se suministran sólo para conexión directa, a cualquiera de las velocidades.

El motor podrá tener dos frecuencias de giro diferentes que, sin embargo, siempre estarán en una relación de 1:2.

Motor de polos conmutrables

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

163

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

A la frecuencia de giro baja y por tanto, con el número mayor de polos, el devanado del estator se encuentra conectado en triángulo, con dos bobinas en serie en cada una de las ramas. A la frecuencia de giro elevada, las bobinas se encuentran conectadas en paralelo dos a dos, y todo el devanado se encuentra conectado en estrella. Este circuito se denomina también; conexión en doble estrella.

U1

U U1

W1

W

U

W

W1 VELOCIDAD LENTA U

W1

V

V1

V

VELOCIDAD RÁPIDA

U1

W1

V

W L1 L2 L3 N PE

V1

U1

V1 V

W VELOCIDAD LENTA

W1

VELOCIDAD RÁPIDA

DEVANADO INDEPENDIENTE

0 1 2

U

DEVANADO CONMUTABLE

U

U

U W1

W1

U1 W 1U

1V

1W

2U

2V

2W

b) 1W

V VELOCIDAD MEDIA

V

W V1

VELOCIDAD RÁPIDA

Figura No. 186 Conexión Dahlander a) Dos velocidades; b) tres velocidades. L1 L2 L3

1U

2U 1V

1W

2W 2V 2U

1V

Los fabricantes de máquinas con cambio del número de polos en conexión Dahlander diseñan los devanados de modo que la razón de las potencias tome valores entre:

2W

1U

1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901

PN, max = (1.5, 1.8)

2V

Figura No. 185 Conexión Dahlander. a) Conmutador y caja de bornes; b) Conexión de los devanados del estator.

Cuando los motores con cambio del motor de polos presentan dos devanados separados, es posible conectar uno o ambos en conexión Dahlander. Este tipo de motores asíncronos, podrán presentar entonces hasta cuatro velocidades distintas de giro.

164

V1

V W

VELOCIDAD LENTA

a)

L1 L2 L3

U1

PN, min

Motor trifásico de anillos rosantes Los motores trifásicos mas importantes son los asíncronos. Los diversos tipos de motores se caracterizan por las diferentes clases de rotores, dentro de los cuales se encuentra el motor de rotor bobinado o de anillos rozantes.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

8

2

3

4

5

6

7

A veces, el devanado del rotor está formado por dos fases (devanado bifásico), conectado en V (conexión delta abierta o triángulo abierto), generalmente por motivos económicos, ya que se ahorra uno de los resistores de arranque como en la figura 188.

8

1

9

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Eje Devanado del estator Devanado del rotor Paquete de chapas del rotor Paquete de chapas del estator Carcasa Soporte de las escobillas Tapa del cojinete Anillos rozantes Caja de bornes Figura No. 187 Partes de un motor de anillos rozantes.

Como el motor en jaula de ardilla, tiene el inconveniente de que durante su funcionamiento no existe modo alguno de influir desde el exterior, sobre la corriente del circuito rotórico. En cambio esto es posible, en un motor de rotor bobinado y anillos rozantes, en el que puede variarse la resistencia del circuito del rotor, conectando resistores adicionales, pues los extremos de los devanados del rotor son accesibles desde el exterior, a través de los anillos rozantes. Construcción: el estator consta de carcasa, paquete de chapas y devanado estatórico y el rotor se apoya en la carcasa por medio de cojinetes. El árbol del rotor lleva el paquete de chapas y los anillos rozantes. El devanado rotórico está dispuesto en las ranuras de dicho paquete de chapas. Casi siempre el devanado del rotor tiene tres fases (devanado trifásico), conectadas generalmente en estrella y raramente en triángulo.

Figura No. 188 Conexión del devanado del rotor en un motor con anillos rozantes a) para devanado trifásico, b) para devanado bifásico.

El devanado del rotor presenta un gran número de espiras, y la sección de sus conductores es pequeña. Por lo tanto, la resistencia óhmica del devanado de un rotor bobinado y anillos rozantes será mucho mayor que la del rotor en jaula de ardilla. La conexión trifásica se realiza dentro del devanado, estando el devanador rotórico conectado siempre a tres anillos rozantes. La conexión con los anillos se realiza a través de tres escobillas de carbón. Los bornes de las tres fases del devanado del rotor se denominan K, L y M y el punto neutro Q se saca al exterior a través de los anillos. Para el devanado bifásico del rotor conecte como se indica en la fig188. En los devanados trifásicos las tensiones existentes entre los tres anillos rozantes son iguales. En los devanados bifásicos la tensión entre los bornes K y Q es igual a la existente entre los bornes L y Q, mientras que la tensión que se mide entre K y L será 2 veces mayor que las otras dos.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

165

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.4.2 MANTENIMIENTO BÁSICO Verifique entre los acoplamientos para un accionamiento directo por medio de un calibrador de hojas, para determinar si están paralelos.

Alimentación

Lámpara de prueba (10 a 25 W)

Carcaza

Punta de prueba a fase

Caiman antena (Carcaza)

Motor

Figura No. 191 Método de la lámpara de prueba para localización de fallas a tierra.

Figura No. 189 Uso de hojas calibradoras.

Utilice un vernier para alinear los ejes del motor y el elemento accionado.

El funcionamiento de una lámpara de prueba es muy similar a la forma de comprobar continuidad, solo que en vez de emitir sonido, al existir continuidad se encenderá una luz. Compruebe entre cada una de los embobinados a masa y entre cada uno de los bobinados.

3.4.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD Seleccione el tipo de carcaza del motor de acuerdo al lugar de instalación, dependiendo si se instalará en lugares húmedos o a la intemperie.

Figura No. 190 Alineación del eje del motor con la carga.

Debe vigilar que la conmutación, el arranque del motor de rotor bobinado y anillos rozantes entre un valor al siguiente no se efectué demasiado pronto, pues entonces la corriente consumida tendría intensidades excesivas figura 192 debe conmutarse únicamente, cuando ya se haya alcanzado una frecuencia constante de giro.

Compruebe que los bobinados del motor no estén conectados a masa (carcaza del motor), por medio de una lámpara de prueba, como se indica en la figura 191.

Los resistores de arranque no suelen estar dimensionados para el régimen permanente, ya que de no hacerlo a su debido tiempo, podrían calentarse excesivamente.

166

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

I en A 6 V

5 II

4

III IV

I

Cuando se alimenta más de un motor, la capacidad de corriente (Ampacidad) del conductor es la suma de 1.25 veces la corriente de plena carga del motor mayor y suma de las corrientes a plena carga del resto de los motores.

V

MN

3

IV

2 I

1 IN 0

II

Consultando la tabla, de la capacidad de corriente para conductores, para tres conductores en tubo conduit, para una corriente de 12.5 A, se requiere un conductor THW No. 14, sin embargo, el mínimo permisible es el No. 12 THW.

III

1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 PC MPC MPC 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901 1234567890123456789012345678901212345678901

IT

0

1000 500 nN n en r.p.m. R1 = 10 Ω; RII =5,5 Ω; RIII = 2,5 Ω; RIV = 1 Ω; RV = 0,5Ω; Figura No. 192 Curvas de arranque en un motor de rotor bobinado y anillos rozantes con reóstato de arranque.

3.5 CÁLCULO DE

CONDUCTORES Y PROTECCIONES PARA MOTORES

Cuando se alimenta un motor en forma individual, la capacidad de conducción de corriente (Ampacidad) de los conductores del circuito derivado debe ser al menos del 125% de la corriente a plena carga o nominal del motor.

EJEMPLO 1

=1.25 I

+ÓI

Donde: ITPC=Corriente total a plena carga en amperes, I MPC = Corriente a plena carga del motor de amperes, ÓIMPC = Corriente a plena carga de otros motores en amperes.

EJEMPLO 2 Calcule el calibre del conductor THW requerido, si al circuito derivado del motor de 3 HP, 220 Volts, trifásicos del ejemplo anterior, se le agrega, otro motor trifásico similar, de 2 HP.

SOLUCIÓN

En la instalación eléctrica de un motor de inducción se usan conductores THW. Calcule el calibre de conductor requerido para alimentar un motor de 3 HP, alimentado con 220 Voltios.

SOLUCIÓN Para un motor trifásico de jaula de ardilla con par de arranque normal, la corriente a plena carga a 220 V y 3 HP es 10 amperios, el conductor se calcula para: I = 1.25 IN = 1.25 x 10 = 12.5 A

El motor más grande de los dos es el de 3 HP, que como se determinó en el ejemplo anterior, es de 10 A. Para el motor de 2 HP a 220 Volts, la corriente a plena carga es de 7.1 A por lo tanto, la corriente total es: ITPC = 1.25 IMPC + ÓIMPC = 1.25x10 + 7.1 = 19.6 Amperes Ahora consulte la tabla de conductores, para 3 conductores THW en tubo conduit. Se requiere un conductor No. 12 THW.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

167

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

DATOS PARA MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN Y ELEMENTOS DEL CIRCUITO DERIVADO

CAP.

MAX.

HP

V

1/4

220 ___

1/2

AMP

MARCO

1 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

220 ___

2 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

3/4

220 ___

2.8 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

1

220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440

3.5 1.8 5 2.5 6.5 3.3 9 4.5 15 7.5 22 11 27 14 40 20 52 26 64 32 78 39 104 52 125 63 150 75 185 93 246 123 310 155 360 180 480 240

15 15 15 15 20 15 30 15 30 20 50 20 50 30 70 30 100 50 100 50 125 70 200 100 200 100 225 125 300 150 400 200 400 225 600 300 800 400

TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TFJ TEF TFJ TEF TFJ TEF TFJ TFJ TJJ TFJ TJJ TFJ TJJ TFJ TKM TJJ TKM TJJ

00 00 00 00 00 00 0 0 1 0 1 1 2 1 2 2 3 2 3 2 3 3 4 3 4 3 5 4 5 4 5 4 ___ 5 ___ 5 ___ 5

3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 10 3 No. 12 3 No. 10 3 No. 12 3 No. 8 3 No. 10 3 No. 6 3 No. 8 3 No. 4 3 No. 8 3 No. 2 3 No. 8 3 No. 0 3 No. 6 3 No. 0 3 No. 4 3 No. 2/0 3 No. 2 3 No. 4/0 3 No. 2 3 No. 300 MCM 3 No. 0 ___ 3 No. 3/0 ___ 3 No. 4/0 ___ 3 No. 300 MCM

13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 19 13 19 19 25 19 32 19 32 19 51 25 51 32 51 32 64 32 64 51 ___ 51 ___ 64 ___ 64

1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 1/2 3/4 3/4 1 3/4 1 1/4 3/4 1 1/4 3/4 2 1 2 1 1/4 2 1 1/4 2 1/2 2 2 1/2 2

1 1/2 2 3 5 7 1/2 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 200

INTERRUPTOR

*Para longitudes de conductor de hasta 60 m. Tabla No. 7 Corriente a plena carga de motores trifásicos. Para longitudes de conductor de hasta 60 m.

168

DIAM. TUBO CONDUIT Pulg. m.m

ARRANCADOR TAMAÑO NEMA

CORR. NOR. A MPS

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CONDUCTOR TW (AWG O MCM)

2 2 1/2 2 1/2

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

TIPO VF T.W. “T” TWH 60 oC

CALIBRE

VINANEL 900 RH, ´RVH´V 75oC

M.C.M

1a3 CONDS. TUBO

4a6 CONDS. TUBO

6a9 CONDS. TUBO

1 CONDS. TUBO

1a3 CONDS. TUBO

4a6 CONDS. TUBO

14

15

12

10

20

15

12

10

20

12

20

16

14

25

20

16

14

25

10

30

24

21

40

30

24

21

40

8

40

32

28

55

45

36

31

65

6

55

44

38

80

65

52

45

95

4

70

56

49

105

85

68

59

125

A.W.G

6a9 CONDS. TUBO

1 CONDS. TUBO

2

95

76

66

140

115

92

80

170

0

125

100

87

195

150

120

105

230

00

145

116

110

225

175

140

122

265

000

165

132

115

260

200

160

140

310

0000

195

156

132

300

230

184

161

360

250

215

172

150

340

255

204

178

405

300

240

192

168

375

285

228

199

445

350

260

208

182

420

310

248

217

505

400

280

224

196

455

335

268

234

545

500

320

256

224

515

380

304

266

680

Tabla No. 8 Capacidad de corriente para conductores de cobre basada en una temperatura ambiente de 30 oC. CALIBRE A.W.G M.C.M 14 12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0 4/0 250 300 400 500

VINANEL 900 RH, ´RVH´V 75oC

VINANEL NYLON ‘KH’ RVH 1” 3/4” 1” 11/4” 11/2” 2” 21/2” 3” 4” 2 13 13 13 13 13 13 13 13 13 mm mm mm mm mm mm mm mm mm 26 42 16 20 31 53 12 46 12 20 34 8 27 44 11 20 7 4 16 27 7 40 4 12 3 10 16 4 25 38 2 7 1 12 7 3 17 27 46 1 5 7 4 1 11 17 29 3 6 3 1 9 14 24 2 5 3 7 12 20 1 4 2 6 10 16 1 3 1 5 8 13 1 3 1 4 7 11 1 3 6 9 1 3 4 7

1/2”

3/4”

1” 11/4” 11/2”

13 mm 11 9 6 3 1

13 mm 18 14 11 6 3 1 1

13 mm 30 23 17 9 5 3 2 1

13 mm 39 30 16 8 6 4 2 1 1 1

13 mm

40 21 11 8 6 3 3 2 1 1 1

2” 21/2” 3” 13 mm

13 mm

34 18 14 10 6 5 4 3 3 2 1 1

27 20 15 9 8 6 5 4 4 3 2

4”

13 13 mm mm

32 23 14 12 10 8 7 6 4 4

28 17 15 12 10 8 7 6 5

Tabla No. 9 Cantidad de conductores en tubería conduit de acero pared gruesa y tipo de comercial.

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169

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.6 MANTENIMIENTO DE MOTORES

Antes de proporcionar cualquier tipo de mantenimiento es necesario conocer el tipo de motor que se está utilizando, el tipo de servicio de las máquinas eléctricas rotativas en general (motores monofásicos y trifásicos) se clasifica por su clase de servicio: S1- Servicio continuo: La máquina trabaja a carga constante, de modo que alcanza la temperatura de régimen permanente. S2- Servicio temporal o de corta duración: La máquina trabaja un tiempo breve en régimen de carga constante, no llega a alcanzar una temperatura estable. Permanece entonces parada hasta alcanzar de nuevo la temperatura ambiente. ORDEN O FICHA DE TRABAJO Cliente Dirección

Trabajo No. Fecha de recepción

Fecha de entrega prometida Envío por Envío encomienda Telegrama

Teléfono

Aparatos recibidos: Voltios

Marca

C.V.

R.P.M.

Serie No.

Consisten en una serie continua de ciclos iguales, compuestos por períodos de carga constante (S3), incluyendo el tiempo de arranque (S4) o arranque y frenados (S5), seguidos de períodos de reposo sin que alcance nunca una temperatura constante. S6, S7 y S8 – Servicios ininterrumpidos: Similares respectivamente a S3, S4 y S5, pero sin períodos de reposo.

Cuando verifique este dato en placa, podrá comprender mejor el porqué del desgaste físico de las partes del motor.

Motores polifásicos Marca H.P. Frecuencia Temp. Carcaza Amperios Fases No. de bobinas Tamaño del hilo Bobinas por grupo

Trabajo a efectuar: Bobinar inducido

No. de ranuras No. de espiras No. de polos

Bobinar inductor

Hacer bobinas Aislar colector

Cambiar colector

Conexión No. de grupos Paso del bobinado Capas

Embalaje Q. Q. Q. Q. Q.

Trabajo a cargo de

Revisado por: Figura No. 193 Formatos para realizar chequeo de motores.

170

R.P.M. Tipo Modelo Voltios Serie Estilo

Tipo No.

Motor No.

Cambiar cojinetes Otros trabajos Fecha de acabado Materiales empleados Mano de obra Embalaje Costo total

S3, S4 y S5 – Servicios intermitentes:

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.6.1 DEFINICIÓN DE MANTENIMIENTO DE MOTORES TRIFÁSICOS Se definen el mantenimiento básico de los motores trifásicos como una o varias rutinas necesarias para aumentar la vida útil de un motor, para evitar que ellos lleguen a fallar más temprano de lo esperado. Gran cantidad de motores terminan usualmente dañados antes de lo determinado, usualmente por un mantenimiento inadecuado o carencia del mismo. Un buen programa de mantenimiento debe estar diseñado para prevenir el desarrollo de problemas en motores y detectarlos, éstos pueden conducir a una falla inesperada y por tanto, a gastos costosos. Por tanto, una parte del mantenimiento involucra tareas de rutina que ayudan a los motores a funcionar seguros y correctamente. La otra parte comprende inspecciones y pruebas para cerciorarse de porqué los motores no están funcionando como debieran. Un típico mantenimiento de rutina tiene como propósito evitar el desarrollo de problemas. Existen tres área principales para el mantenimiento de rutina: 1. Lubricación de cojinetes 2. Conservación del motor limpio. 3. Mantenimiento de las escobillas y conmutadores de los motores que los tengan.

3.6.2 PROCESO DE MANTENIMIENTO DE MOTORES TRIFÁSICOS A continuación se describe el procedimiento necesario para realizar el mantenimiento adecuado a los motores trifásicos.

Materiales que utilizará: 1. 2. 3. 4.

Aceite lubricante para cojinetes Trapo seco Lija para metal Cinta de aislar vulcanizada

Equipo que utilizará: 1. 2. 3. 4. 5.

Megóhmetro Multímetro Secadora Termómetro de contacto Brocha o cepillo pequeño

Herramientas que utilizará: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Destornilladores Alicate Pinzas Martillo de hule Extractor de cojinetes Calibrador para entrehierros

En las empresas industriales, son comunes motores eléctricos de distintos tamaños, los cuales deben recibir en forma regular mantenimiento preventivo eléctrico. Generalmente, deben practicarse las técnicas de mantenimiento de motores trifásicos, a todos aquellos motores considerados como: en estado crítico, grandes y costosos, difíciles de reemplazar, etc. Por tanto, debe tener presente que los enemigos de los motores eléctricos son: la suciedad, el calor, la humedad y la vibración, todos estos factores causan daño excesivo al aislamiento de los motores, a los cojinetes y chumaceras, a los contactos y a la mayoría de las partes en movimiento; por lo tanto, nunca olvide realizar: - Una inspección visual. - Pruebas de aislamiento como respaldo.

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171

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO DE MOTORES TRIFÁSICOS Se pueden desarrollar pruebas básicas para probar el estado del motor, una de ellas es la prueba de aislamiento, ésta ofrece una evaluación excelente de las condiciones del aislamiento del motor.

Para obtener el valor de la resistencia, es práctica común que la prueba de resistencia de aislamiento spot se desarrolle por un tiempo de 60 seg., porque en muchos casos, la lectura de la resistencia de aislamiento continua elevándose durante un período de tiempo mayor, por lo que si la prueba siempre se suspende a los 60 segundos, se establece un parámetro consistente para cada máquina. La prueba SPOT, se usa cuando se desea obtener una evaluación rápida de referencia de las condiciones de un motor, las lecturas se deben tomar: - Entre cada fase del motor y tierra. - Entre las tres fases unidas. - Temporalmente a tierra. Si los valores de lectura están arriba de los valores mínimos aceptables, el motor se considera en condiciones satisfactorias de operación para un período de tiempo preseleccionado (por lo general de 6 meses a 1 año)

Figura No. 194 Megger manual y su caja para probar resistencia de aislamiento.

Una de las pruebas básicas de aislamiento de motores eléctricos es la prueba conocida como “Prueba de aislamiento SPOT”, esta es la prueba de resistencia de aislamiento más simple, durante ésta el voltaje de salida de la máquina probada se eleva hasta el valor deseado y en un tiempo determinado se toma la lectura de resistencia de aislamiento. Los niveles de voltajes de prueba recomendados se dan en la tabla siguiente: Valores de niveles de voltaje de prueba recomendados para pruebas de resistencia de aislamiento (en mantenimientos de rutina para equipos hasta 4,160 V o mayores) Voltaje del equipo por probar (En C.A.)

Voltaje de las pruebas (En C.D)

Hasta 100 V

100 V y 250 V

440 V a 550 V

500 V y 1000 V

2400 V

1000 V a 2000 V o Mayores

4160 V y Mayores

1000 V a 5000 V o Mayores

Tabla No. 10 Valores de niveles de voltaje de pruebas de resistencia de aislamiento.

172

Para motores de hasta 460 V de tensión nominal, el valor mínimo aceptable de la resistencia es de 1 Megohm. También se establece que no debe ser menor del valor obtenido con la expresión: R aislamiento> Tensión en terminales (Megohms) Potencia en kVA +100 Por ejemplo, si se desea probar un motor de 200 HP a 480 voltios trifásicos, con un factor de potencia igual a 0.8. Determine el valor de resistencia de aislamiento mínimo obtenido con la expresión anterior; sería:

SOLUCIÓN Considere realizar la conversión de HP a kVA, como sigue: 1 HP = 746 W y cos φ= 0.8 por tanto, 200 HP x 746 W = 149,200 W = 149.2 kW ( 1 HP ) φ

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

L1

L2

L3

FUSIBLE

FUSIBLE

FUSIBLE

P = S x cos φ ; despejando S (la potencia aparente en kVA), se tiene:

VOLTÍMETRO

S= P = 149.2 kW = 186.5 kVA cos φ 0.8 Sustituyendo ahora en la ecuación: R aislamiento> 480 = 1.67 Megohms (186.5 +100) El valor de resistencia de aislamiento debería ser mayor, dependiendo del tipo de aislamiento; sin embargo, los valores aceptables pueden variar de acuerdo con otros factores, tales como: voltajes nominales de los motores, altura de operación sobre el nivel del mar, potencia nominal del motor y las características del ambiente en el lugar de la instalación; de particular importancia son los efectos de la temperatura, la humedad y la limpieza del área donde está instalado el motor. Lo más importante con esta prueba de aislamiento tipo SPOT, es la tendencia de los valores comparativos de las lecturas de la prueba de año. Estas lecturas proporcionan una excelente guía de las condiciones del motor.

Para localizar posibles fallas en los fusibles, se puede usar la lámpara de prueba o bien un ohmetro o un multímetro. La lámpara de prueba es de tipo en serie, y si se enciende es que hay continuidad; en caso contrario, el fusible estará abierto (quemado)

Figura No. 195 Como probar una línea de alimentación con un voltímetro.

Antes de realizar cualquier medición con el Óhmetro ajuste la aguja a cero antes de realizar una medición, para evitar malas lecturas (incertezas) Si no hay lectura en el voltímetro, esto indica que el fusible está en mal estado. Si hay lectura de voltaje el fusible está en buen estado. L1

L2

F1

L3

F2

FUSIBLE

- Con el fusible fuera del circuito. - Con el fusible en el circuito.

F3

FUSIBLE

En estas situaciones, la falla o avería se puede localizar:

F2

FUSIBLE

Una de las causas por las que un motor de CA puede tener problemas para arrancar es que existan fallas en su alimentación, y esto va desde identificar si hay potencial entre terminales y si los voltajes entre fases son iguales, hasta determinar el estado en que se encuentran los fusibles, en el caso de motores que usan fusibles como medio de protección.

F1

LÍNEA 1 Y LÍNEA 2 BAJO PRUEBA

VOLTÍMETRO

EL FUSIBLE F2 BAJO PRUEBA

F3

Figura No. 196 Como probar un fusible abierto usando un voltímetro.

El Óhmetro se conecta en la escala más baja y se toma la lectura. Si el fusible está abierto, la lectura es infinita, si la lectura es cero, hay continuidad y el fusible está en buenas condiciones.

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173

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

OHMETRO FUSIBLE

Figura No. 197 Como probar un fusible abierto usando un Ohmetro. MULTÍMETRO 1 A LA ALIMENTACIÓN L 1L 2 L 3 ARRANCADOR

ESTACIÓN DE BOTONES

MOTOR MULTÍMETRO 2

DESCONECTADOR

Figura No. 198 Como probar un fusible abierto usando un Ohmetro. MULTÍMETRO 1

A LA ALIMENTACIÓN L 1L 2 L 3

ESTACIÓN DE BOTONES

MULTÍMETRO 2

ARRANCADOR

MOTOR

DESCONECTADOR Figura No. 199 Conexión para verificar el suministro de voltaje al arrancador.

Para verificar el suministro de voltaje al circuito, conecte el multímetro 2 de forma que se verifiquen los fusibles 1 y 2. Conecte el multímetro 1, como se muestra en la figura 198.

174

Para verificar el suministro de voltaje al arrancador, conecte el multímetro 1 y el multímetro 2, de forma que se verifique el voltaje de salida del arrancador del motor.

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

VERIFICAR EL VOLTAJE DE ENTRADA

VERIFICAR SEÑALES DE QUEMADURA

OBSERVAR EL ARRANCADOR DEL MOTOR VERIFICAR LOS RELEVADORES DE SOBRECARGA RESTABLECER EL RELEVADOR DE SOBRECARGA

ARRANCADOR DEL MOTOR MOTOR

VERIFICAR FALTA DE VOLTAJE EN LOS CONTACTOR

ESTACIÓN DE BOTONES

Figura No. 200 Conexión para verificar los problemas de un arrancador.

En la figura 200 se muestran los pasos para la verificación, cuando el arrancador de un motor presenta problemas. Los pasos para realizar el mantenimiento son siguiente:

PASO

1

Inspeccione el arrancador del motor y los elementos de sobrecarga. Dar mantenimiento o reemplazar el arrancador, si muestra daño por calentamiento, arco eléctrico, por suciedad o bien si está quemado.

PASO

2

Restablezca los elementos de sobrecarga, si no hay indicación visual de daño. En caso de daño visual, reemplace los relevadores de sobrecarga.

PASO

3

Observe el arrancador del motor por varios minutos, si el motor arranca después de restablecer los relevadores de sobrecarga. Si persiste un problema en los relevadores de sobrecarga, éstos se dispararán nuevamente.

PASO

4

verifique el voltaje de alimentación. Si la lectura del voltaje no está dentro del 10% del voltaje del motor, el voltaje no se considera aceptable.

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175

MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

ESCALA AGUJA INDICADORA

AJUSTE DE CERO PARA LA ESCALA DEL ÓHMETRO CONECTORES (JACKS) SWICH SELECTOR DE FUNCIÓN (VOLT, AMPERE, OHM) CONECTORES (JACKS) PARA CABLES

PASO

Figura No. 201 Ajuste de cero del multímetro.

5

PASO

Si el voltaje de entrada al arrancador está presente y en el valor correcto, entonces se energiza el arrancador y se verifican los contactos del arrancador. Si no hay lectura de voltaje, abrir el arrancador, poner en posición fuera (off) y reemplace los contactos.

PASO

6

Si no hay voltaje en los contactos del arrancador, Verifique el relevador de sobrecarga.

PASO

7

460 V DIAGRAMA DEL CIRCUITO PARA LA PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO CON SU INSTALACIÓN COMPLETA

3φ INTERRUPTOR ARRANCADOR BOBINA

MOTOR

8

Si la lectura de voltaje es aceptable y el motor no opera, el problema debe estar en el arrancador.

176

Antes de realizar cualquier medición con el Óhmetro ajuste la aguja a cero, antes de realizar una medición, para evitar malas lecturas (incertezas)

MEGGER

Si la lectura de voltaje es 0 V, entonces desconecte la alimentación (off) y reemplace los relevadores de sobrecarga.

PASO

9

Figura No. 202 Diagrama de conexiones para la prueba de resistencia de aislamiento.

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MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS

3.6.3 MEDIDAS DE SEGURIDAD Todos los motores deben ser desarmados en algún momento, para darles mantenimiento periódico, por tanto, asegúrese de que la energía eléctrica esté interrumpida a la hora de desarmar el motor. Utilice ropa adecuada en el momento de realizar mantenimiento al motor, por ejemplo: lentes o gafas en el momento de limpiar la suciedad, casco, guantes, mascarillas; recuerde que lo más importante es su seguridad. Mientras realiza el mantenimiento de motores trifásicos, no haga uso de fuego, ya que durante estos procesos estarán presentes materiales inflamables.

3.6.4 PROTECCIÓN AMBIENTAL Recoja todo aquel residuo o sobrante de materiales desechables como aceites o lubricantes, cojinetes en mal estado, motores inservibles, fajas, tornillos, pedazos de lija, etc., todos ellos ocupan un lugar entre los conocidos desechos industriales. Tenga en consideración lo siguiente: - No derrame aceite en el suelo, utilice un recipiente plástico, cierre con una tapadera roscable y deposítelo en la basura. - Tome el tiempo necesario para separar los distintos materiales y selecciónelos (cobre, aluminio, papel, vidrio, etc.) - Mantenga su basurero tapado, para evitar moscas u otros insectos.

LA SUCIEDAD ACUMULADA POR POLVO, GRASA, ETC., RESTRINGE LA VENTILACIÓN

AIRE

Figura No. 203 Suciedad acumulada en un motor.

Tus apuntes

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177

Instrucciones: con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y de acuerdo a los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades: 1. Clasificación de los motores trifásicos. El facilitador organizará el total de participantes en grupos de 4 ó 5 personas, sometiendo a sorteo los siguientes temas relacionados con la clasificación de los motores trifásicos. - Asíncronos - Síncronos - De anillos rozantes - De inducción. Tomen 10 minutos del período de clase, para organizarse e informarse sobre el tema asignado para aclarar posibles dudas. Realicen una investigación sobre el tema señalado y realicen una exposición en grupo la semana siguiente, presentando lo siguiente: - Trabajo de investigación. - Varias hojas de cartulina o papel rotafolio, indicando las características más importantes del tema investigado y péguenlas en el aula o taller, donde se realiza la capacitación. - Dos fuentes de información sobre el tema investigado. 2. Descripción de partes de un motor trifásico. Debajo de la figura mostrada, escriba en los espacios en blanco, el tipo de motor y los nombres de las partes señaladas. Hágalo en forma individual y compruebe sus respuestas con las de sus demás compañeros. Tipo de Motor: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

178

8

2

3

4

5

6

7

8

9 1

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10

3. Mantenimiento y reparación de motores trifásicos En grupos de 5 personas, realicen una investigación en empresas o talleres que realicen mantenimiento y reparen motores trifásicos, solicitando información sobre: 1. Los pasos necesarios para realizar mantenimiento y reparar motores trifásicos. 2. Las pruebas que realizan las empresas o talleres a los motores trifásicos y las diferentes formas de realizar estas pruebas. 3. Los diferentes materiales utilizados para realizar mantenimiento en motores trifásicos. 4. Los equipos e instrumentos utilizados en dichas pruebas. 5. Los tipos de motores reparados. Presenten un informe escrito indicando: Las empresas o talleres donde obtuvieron información. 1. ¿Cuáles son las pruebas más utilizadas en motores monofásicos? 2. ¿Cuáles son las pruebas más utilizadas en motores trifásicos? 3. ¿Qué tipo de motores reparan con mayor frecuencia? 4. Tipos de motores trifásicos y conexiones comunes utilizados en elevadores y gradas eléctricas Realice una investigación en tres diferentes edificios o centros comerciales, donde se encuentren instalados elevadores (ascensores) y gradas eléctricas. Diríjase al departamento de mantenimiento, con la persona responsable para la siguiente información. Los tipos de motores que utilizan. Tome los datos nominales de la placa del motor (voltaje, frecuencia, par, potencia, etc.) Tipo de arranque utilizado en el motor. Diagrama eléctrico unifilar de conexión, de elevadores y de gradas eléctricas. Dibuje las conexiones internas de los motores utilizados.

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179

5. Aplicación de conexión steinmetz En grupos de 5 personas realicen una investigación donde se describan 3 aplicaciones distintas, características, ventajas y desventajas de las conexiones estudiadas. 1. Conexión delta 2. Conexión estrella 3. Conexión Dahlander 4. Conexión de Steinmetz 5. Conexión de motores de e inversión del sentido de giro.

Tus apuntes

180

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Los motores eléctricos trifásicos son fabricados en muy diversos tamaños, potencias (HP), tensiones, frecuencias y diseñados para trabajar en distintos tipos de ambientes de trabajo; por excelencia el motor eléctrico es el encargado de convertir la energía eléctrica (alterna o directa) suministrada, en energía mecánica rotativa. Para el caso de la energía eléctrica trifásica, origina dentro de los embobinados del motor, campos magnéticos rotativos en el estator, que producen el movimiento giratorio en el rotor. El motor trifásico de rotor en cortocircuito, su construcción es similar a los motores monofásicos de fase partida, pudiéndose diferenciar de los anteriores por que carecen de interruptor centrífugo. Existen dos tipos de motores trifásicos que son: los motores Síncronos y los motores Asíncronos; se diferencian uno del otro principalmente porque, el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo magnético rotativo, se dice que tiene una velocidad síncrona y si el rotor no gira a la misma velocidad del campo rotativo se dice que es asíncrona. Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica mas utilizadas, se clasifican según el tipo de rotor: motores de rotor en forma de jaula de ardilla o motores de inducción y los motores de rotor bobinado o de anillos rozantes. Los motores síncronos tienen la característica de que su velocidad de giro dependen de la frecuencia de la red que lo alimenta, sus aplicaciones son muy específicas, por ejemplo cuando se desean velocidades constantes. Los diferentes motores ya sean trifásicos, monofásicos o de corriente directa, pueden ser arrancados directamente de la red eléctrica; sin embargo, no es recomendable, no solamente por la seguridad personal, sino que también por la excesiva corriente que se provoca en el momento del arranque, por tanto existen diferentes métodos para reducir la corriente en el momento del arranque del motor. El motor más empleado es el trifásico con rotor en cortocircuito (motor de inducción) para el que existen diversas formas de arranque como el de arranque directo y el indirecto. Otros motores son los trifásicos con rotor bobinado, cuyo arranque se realiza por medio de resistencias rotóricas.

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181

En un arranque estrella – delta, el voltaje de trabajo debe de coincidir con la tensión que soporta en delta, además la corriente de arranque del motor en el arranque estrella – delta es un tercio del valor correspondiente al arranque directo. Para la elección de un motor eléctrico, es necesario hacer varias consideraciones importantes, dentro de las que se mencionan: el lugar en donde se colocará el motor, la tensión del que va a tomar la energía, que potencia en HP es necesaria según su carga y con esto conlleva también, su instalación eléctrica, cálculo de conductores, medios de control, elementos de protección, costos de instalación, mantenimiento, reciclaje, protección ambiental, entre otros.

Tus apuntes

182

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Instrucciones: a continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta. Subraye la correcta, de acuerdo a los contenidos estudiados. 1. Un motor es una máquina eléctrica rotativa, donde la energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos en el: A) B) C) D)

Contactor Rotor Estator Embobinado

2. En un motor sincrónico, el rotor tiene el (la) velocidad de giro que el campo magnético rotativo. A) B) C) D)

Duplo Misma Triple Mitad

3. Los motores ______________________________ tienen la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la corriente alterna que lo alimenta. A) B) C) D)

Asíncronos Shunt Compound Síncronos

4. Los motores asíncronos o ____________________ son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas por ser sencillos, seguros y baratos. A) B) C) D)

De inducción. Síncronos Tipo Serie Compound

5. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina ____________________ de la fuerza. A) B) C) D)

Frecuencia de giro Par Número de polos Potencia

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183

6. La potencia mecánica de un motor de 2 Kw, es igual a HP. A) B) C) D)

2.5 1.49 2.68 1.5

7. Para un motor que consume 10 kW de potencia eléctrica y produce 7.5 kW de potencia mecánica, el rendimiento es igual a _________________ %. A) B) C) D)

75 80 90 65

8. En una máquina eléctrica de CA se mide durante su funcionamiento, el valor de la potencia real con un: A) B) C) D)

Amperímetro Voltímetro Vatímetro Fasímetro

9. La intensidad que circula por cada uno de los devanados en la conexión en _______________ será 1 √3 veces más intensa que en la conexión en estrella. A) B) C) D)

Serie Delta Paralelo Estrella

10. La intensidad de la corriente de arranque del motor en jaula de ardilla conectado en estrella es igual a __________________ de la que consume en delta. A) B) C) D)

184

1/3 1/2 √3 2

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11. El __________________________ evita corrientes elevadas de arranque en motores trifásicos con carga y ayuda a que el par motor sea más fuerte. A) B) C) D)

Contactor Guardamotor Conmutador Fusible

12. El motor trifásico para una sola tensión de red tiene _____________ bornes de conexión con la tensión trifásica a la cual debe ser alimentado, indicada. A) B) C) D)

6 3 5 10

13. Cuando se desea arrancar un motor trifásico con un interruptor estrella-triángulo a dos tensiones distintas se emplean motores: A) B) C) D)

Para una sola tensión De polos conmutables Para tensiones conmutables En motores de nueve puntas

14. En los motores trifásicos, cuando se varia el número de _______________________ se puede variar la velocidad de giro. A) B) C) D)

Polos Bornes Escobillas Chapas

15. La conexión ___________________, es un sistema especial para cambiar el número de polos y tiene una gran importancia cuando se conmuta entre dos frecuencias de giro diferentes. A) B) C) D)

Steinmetz Estrella-Delta Dahlander Delta-Estrella

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185

186

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS

ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES OBJETIVOS de la unidad El estudio del contenido de esta unidad, contribuirá a que usted adquiera las competencias para:

„

Realizar instalación de motores eléctricos, utilizando mandos manuales y electromagnéticos, de acuerdo a especificaciones técnicas.

„

Realizar instalación de motores eléctricos, utilizando mandos automáticos, de acuerdo a especificaciones técnica.

„

Realizar instalación de motores eléctricos, utilizando dispositivos especiales y de señalización, de acuerdo a especificaciones técnicas.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.1 CONTROL MANUAL DE MOTORES ELÉCTRICOS

El control de los motores eléctricos consiste en realizar el arranque, la regulación de velocidad, el frenado, la inversión del sentido de marcha, así como el mantenimiento del régimen de su funcionamiento, de acuerdo con las exigencias del proceso tecnológico.

Para los sistemas de potencia elevada, el mando manual resulta difícil y en ocasiones imposible a causa de los grandes esfuerzos que serian necesarios para asegurar la maniobra de los aparatos. Los elementos de mando manuales deben: Ser sencillos, seguros, robustos y disponer de resistencia al choque. Garantizar la seguridad del personal y la de la máquina que controla.

En los casos más sencillos, el arranque, la regulación de velocidad y el frenado, se realiza por medio de dispositivos accionados manualmente: interruptores de cuchillas, reóstatos de arranque y de regulación, combinadores, etc.

Permitir arranques y paradas mediante varios puestos de mando.

La utilización de estos dispositivos, implica una pérdida de tiempo suplementaria y, por lo tanto, reduce la productividad de la máquina, sobre todo, cuando su funcionamiento está relacionado con frecuentes arranques o con una regulación de la velocidad. Además, el empleo de dispositivos accionados manualmente excluye el mando a distancia, lo que resulta inconcebible en numerosas instalaciones modernas.

Impedir arranques no previstos después de un corte de corriente.

Evitar al operario desplazamientos y movimientos inútiles y fatigosos.

Las condiciones de utilización y las características de los circuitos controlados son criterios que determinan la elección de los auxiliares de mando manual.

Figura No. 204 Diferentes tipos de seccionadores.

188

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.1.1 DEFINICIÓN DE CONTROL MANUAL Los aparatos de arranque y maniobra pueden clasificarse de muy diversas maneras, pero fundamentalmente cabe dividirlos según que la maniobra de los mismos sea manual o automática, y según que conecten el motor a plena tensión de la red o a una tensión reducida. Un control manual es un dispositivo que consta de uno o varios contactos móviles y otros fijos, unidos a un tambor giratorio, accionado en forma manual. Existen numerosas combinaciones según los casos, se fabrican como interruptores, conmutadores, inversor de sentido de giro de los motores, etc. Para lograr una capacidad de contacto mayor (capacidad de corriente), en un espacio menor que los dispositivos diseñados con contactos de apertura sencilla, se utilizan los contactores de doble contacto de apertura. Los contactos de doble corte o apertura, si son normalmente abiertos (NO), se forzan contra los contactos fijos para completar el circuito eléctrico. Cuando el contactor manual es desenergizado, los contactos móviles se forzan para retirarse de los contactos fijos y el circuito se abre otra vez.

APAGADO (BIPOLAR)

Cuando se usan contactos normalmente cerrados (NC), si se usan contactos de doble interrupción o corte, el procedimiento se invierte. Se debe aclarar que hay diferencia entre los contactores manuales y los arrancadores manuales. Un contactor manual es un dispositivo que abre y cierra manualmente un circuito eléctrico y los arrancadores manuales se usan únicamente en el control de motores eléctricos. Una diferencia importante entre el contactor y el arrancador, es un segundo componente en este último, llamado la protección contra sobrecarga. El arrancador se compone de un contactor y un dispositivo de protección contra sobrecarga, debido a que las normas técnicas para instalaciones eléctricas establecen como requisito, que un arrancador no sólo sirva para arrancar y parar, sino también para proporcionar protección y evitar que se dañe el motor bajo situaciones de sobrecarga o de rotor bloqueado.

4.1.2 APLICACIONES Las normas NEMA (National Electrical Manufacturers Association, Asociación Nacional de Manufacturas Eléctricas), ha dividido los controladores de motor en clases de la A a la E. Las clases usadas de manera más común, la A, la B y la E se describen como sigue:

ENCENDIDO (MONOPOLAR)

CONMUTACIÓN (MONOPOLAR)

Figura No. 205 Diferentes tipos de accionamiento.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

189

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Clase A Controladores manuales o magnéticos, de corriente alterna, con ruptura al aire y sumergidos en aceite, para servicio a 600 volts o menos, capaces de interrumpir sobrecargas de operación hasta de 10 veces, inclusive la capacidad nominal de su motor, pero no cortocircuitos o fallas más allá de las sobrecargas de operación.

Clase

B

Controladores manuales o magnéticos, de corriente continua, con ruptura al aire, para servicio a 600 volts o menos y capaces de interrumpir sobrecargas de operación, pero no cortocircuitos o fallas más allá de las sobrecargas de operación.

Clase C Controladores magnéticos de corriente alterna, con ruptura al aire o sumergido en aceite para servicio a voltajes entre 2200 y 4600 volts y capaces de interrumpir cortocircuitos o fallas más allá de las sobrecargas de operación. Esta clase se subdivide en clases E1 y E2; la primera utiliza contactos para arrancar e interrumpir, mientras que la última emplea fusibles para interrumpir.

Clases

Los contactores de levas pertenecen al grupo de los interruptores de accionamiento manual, que con la rotación del eje conectan los diferentes circuitos eléctricos. Los discos de levas de moldeado correspondiente y de plástico resistente a la abrasión y aislante, están empotrados sobre el eje y según la posición tomada, abren o cierran uno o dos contactos. PIEZA DE CONTACTO MÓVIL

PIEZA DE CONTACTO FIJA

CyD

Estas dos clases son controladores de corriente alterna y de corriente continua respectivamente, capaces de interrumpir corrientes de falla más allá de las sobrecargas de operación. Estos dispositivos no se usan de manera muy amplia y cuando no se establecen designaciones de clase para 600 volts o menos, se entiende que se trata de las clases A o B.

Arrancadores tipo combinación La protección contra cortocircuitos que se extiende desde la máxima corriente de falla que se puede tener con el sistema de potencia hasta magnitudes de corriente de 10 veces la capacidad de plena carga del arrancador, debe ser proporcionada por un dispositivo en el lado de la línea del arrancador. Esto se logra normalmente usando arrancadores tipo combinación para

190

600 volts o menos, donde la capacidad para interrumpir corrientes de falla se aplica a la combinación como un todo. Los arrancadores de combinación se fabrican con protección contra fallas en forma de un interruptor de desconexión tipo fusible, un interruptor de circuito al aire o una combinación coordinada de fusibles y un interruptor de circuito. Con los arrancadores de combinación se pueden obtener capacidades de interrupción asimétrica de hasta 100,000 A.

RESORTE DE COMPRESIÓN

CÁMARA DE DISCO DE LEVAS CONMUTACIÓN (BIPOLAR) GIRATORIO

Figura No. 206 Estructura del contactor de levas.

La siguiente representación muestra un contactor de levas pentapolar de accionamiento manual con cuatro posiciones de conexión (interruptor de cuatro posiciones) El interruptor se representa aquí en la posición de conexión 1.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Representación del desarrollo de un interruptor de levas (diagrama de contactos) El aspa indica “Contacto cerrado”. Están cerrados: en la posición de conexión 1, el contacto entre los bornes 1 y 2, también entre los bornes 7 y 8; en posición de conexión 2, el contacto entre los bornes 3 y 4, también entre los bornes 5 y 6 y, en posición de conexión 3 y el contacto entre los bornes 9 y 10.

9 7 5 4

1

3 1

10

8

6

4

2 2

Cámara de conmutación 5 9 Cámara de conmutación 4 7 Cámara de conmutación 3 5 Cámara de conmutación 2 3 Cámara de conmutación 1 1

8

6

4

Enclave Tecla del interruptor 1

10

2

2

4 3 Eje

Figura No. 207 Contactor de levas pentapolar de accionamiento manual.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

191

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

5

1

5

17

4

13

3

9

2

6 13

14

6

10

7 2

8 10

9

Figura No. 209 Interruptor de bloqueo por candado.

Figura No. 208 Interruptor de levas (diagrama de contactos)

4.1.3 MANTENIMIENTO BÁSICO DE CONTROLES MANUALES Retire el polvo acumulado, si fuera preciso limpiar, no utilice lija en los contactos, ya que sólo causará su desgaste y reducirá su vida de operación, por el contrario, sopletee con aire seco o limpie las partes con una esponja suave.

4.1.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD El interruptor de levas debe utilizarse únicamente como interruptor de carga y no como interruptor de mando, en instalaciones de corriente alterna y corriente trifásica. Se colocan los interruptores de mantenimiento en máquinas y equipos eléctricos para poder efectuar trabajos de mantenimiento, observando las normas de seguridad. Cada persona que coloque su candado en el dispositivo de bloqueo, quedará protegida y evitará que se conecte la instalación por personal no autorizado.

192

4.2 AUTOMATISMOS EN MOTORES ELÉCTRICOS

4.2.1 DEFINICIÓN En la función de automatismos en máquinas, en este caso motores, el operador desempeña un papel importante. En base a los datos de los que dispone, debe realizar acciones que condicionan el buen funcionamiento de las máquinas y las instalaciones sin comprometer la seguridad ni la disponibilidad. Es, por tanto, indispensable que la calidad de diseño de los interfaces y de la función de diálogo garantice al operador la posibilidad de actuar con seguridad en todo momento. A continuación, se hablará de dialogo hombre máquina o máquina hombre, para hacer referencia a las señales u órdenes a realizar o desperfectos indicados por visualizadores o señalizadores de dicha máquina El diálogo hombre-máquina activa la circulación de dos flujos de datos que circulan en los siguientes sentidos: - Máquina ∏ Hombre - Hombre ∏ Máquina

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Ambos flujos son independientes y están ligados al mismo tiempo: INDEPENDIENTES Ya que pueden presentar distintos niveles de información. El diseñador del automatismo define estos niveles en base a las necesidades del proceso y a los deseos del usuario: por ejemplo, señales "Todo o Nada" del operador hacia la máquina, mensajes alfanuméricos o sinópticos animados de la máquina hacia el operador. LIGADOS

Tareas que corresponden al desarrollo normal del proceso - Ordenar la puesta en marcha o la parada, ambas fases pueden constar de procedimientos de arranque o de parada realizados por el automatismo o por el operador, en modo manual o semiautomático, - Realizar los controles y los ajustes necesarios para el desarrollo normal del proceso y vigilar su evolución, Tareas derivadas de los sucesos imprevistos

Ya que la intervención del operador sobre un interfaz de control se traduce, a nivel del automatismo, por una acción bien definida y por la emisión de una información que depende de la buena ejecución de la acción. La intervención del operador puede ser voluntaria (parada de producción, modificación de datos...) o consecutiva a un mensaje emitido por la máquina (alarma, fin de ciclo...)

- Descubrir una situación anormal y tomar las medidas correctivas para impedir que la situación llegue a agravar las perturbaciones (por ejemplo, en caso de prealarma de sobrecarga de un motor, restablecer las condiciones normales de carga antes de la activación del relé de protección), - Hacer frente a un fallo del sistema, deteniendo la producción o instaurando un modo de funcionamiento degradado que permita mantener la producción mediante la sustitución total o parcial de los mandos automáticos por mandos manuales, - Garantizar la seguridad de las personas y del material mediante el uso de los dispositivos de seguridad en caso de necesidad.

Figura No. 210 Circulación de la información.

FUNCIÓN DEL OPERADOR El diálogo operador agrupa todas las funciones que necesita el operador para controlar y vigilar el funcionamiento de una máquina o instalación. Dependiendo de las necesidades y de la complejidad del proceso, el operador puede realizar:

El examen de estas tareas muestra la importancia del papel del operador. En base a los datos de los que dispone, puede verse ante la necesidad de tomar decisiones y de llevar a cabo acciones que se salen de la actuación en condiciones normales y que influyen directamente en la seguridad y la disponibilidad de las instalaciones. Por consiguiente, el sistema de diálogo no debe ser un simple medio para el intercambio de información entre el hombre y la máquina.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

193

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Reaccionar

Su diseño debe facilitar la tarea del operador y permitirle actuar con total seguridad en todo tipo de circunstancias.

Según el contenido del mensaje transmitido por la máquina, el operador puede verse obligado a intervenir rápidamente accionando los pulsadores o utilizando el teclado. Esta acción se facilita mediante:

CALIDAD DE DISEÑO DEL DIÁLOGO Es posible medir la calidad de diseño del diálogo operador por la facilidad con la que el usuario puede percibir y comprender los sucesos y la eficacia con la que puede reaccionar ante ellos.

- Un referenciado claro que permita identificar fácilmente los pulsadores y las teclas, por ejemplo mediante el uso de símbolos normalizados para marcar los pulsadores,

Percibir Generalmente, todo cambio en las condiciones de funcionamiento de una máquina se traduce por la modificación o la aparición de un dato en un piloto, un visualizador o una pantalla. Ante todo, es preciso que el operador perciba el suceso en cualquier condición ambiental (luz ambiente...) Pueden utilizarse distintos medios para llamar su atención: parpadeo de la información, cambio de color, señal sonora, protección contra reflejos, etc. Comprender Para evitar cualquier riesgo de acciones contraproducentes para la seguridad, la información que percibe el operador debe ser suficientemente legible y precisa, de manera que sea posible comprenderla y utilizarla inmediatamente. La ergonomía de lectura de los componentes desempeña un papel tan importante como el del diseño de la función: - Para los pilotos luminosos: respeto del color indicado por la norma, cadencias de parpadeo lento y rápido claramente diferenciadas..., - Para un visualizador: textos precisos en el idioma del usuario, distancia de legibilidad apropiada..., - Para una pantalla: uso de símbolos normalizados, zoom que muestre detalladamente la zona a la que hace referencia el mensaje...

194

- Una ergonomía cuidada con pulsadores de gran superficie, teclas de efecto.

a)

Figura No. 211 a) Operador electrónico y b) Supervisor supervisor.

b)

4.2.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS En el estudio del numeral anterior, se explicó la manera ingresar datos a la máquina o la manera de visualizar desperfectos en la misma, a continuación se agrupará en las ramas principales los tipos de automatismo para el dialogo hombre máquina o bien máquina hombre: Maniobra La relevación industrial toma su nombre a partir de los primeros elementos electromagnéticos de maniobra, denominados relevadores o sencillamente relés. El concepto básico del dispositivo de maniobra, es el de conectar o desconectar a discreción la energía eléctrica. Los elementos de maniobra permiten accionar contactos que en reposo pueden estar abiertos, cerrados, ser retardados a la conexión, retardados a la desconexión, etc.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

En síntesis se conoce como equipo eléctrico de maniobra a los dispositivos eléctricos que permiten manejar o direccionar la energía eléctrica hacia la máquina o equipo (en este caso un motor eléctrico)

4.2.3 ESQUEMAS ELÉCTRICOS Los símbolos gráficos y las referencias identificativas, cuyo uso se recomienda, están de conformidad con las publicaciones más recientes.

Potección Se conoce como equipo eléctrico de protección para motores eléctricos, a todos aquellos dispositivos que interrumpen la operación del motor cuando ocurre una falla dentro del circuito de fuerza, circuito de control o el motor mismo, aislando al motor de los agentes destructivos que lo puedan dañar. Las fallas más frecuentes a las que puede someterse un motor eléctrico son las sobrecorrientes y pueden ser originadas por sobrecargas, corto circuitos o fallas a tierra. Las sobrecargas eléctricas en los motores eléctricos, pueden ser transitorias o definitivas, éstas se protegen utilizando dispositivos de protección de tiempo inverso, tales como; guardamotores, relevadores bimetálicos, interruptores magnéticos y termo magnéticos, etc. En caso de las protecciones de corrientes de cortocircuito, cuyas intensidades sobrepasan el poder de corte de los contactores, se protegen frecuentemente con fusibles o relevadores de sobrecarga con capacidad de abrir el circuito bajo condiciones de corriente de corto circuito. Señalización Estos equipos sirven para visualizar el estado de las máquinas (parada, en marcha, etc.) También pueden indicar si la máquina tiene algún tipo de problema, en tal caso se puede producir un paro de emergencia, siendo indicado éste por una señal auditiva o de visualización.

La norma IEC 1082-1 define y fomenta los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que deben utilizarse para identificar los aparatos, diseñar los esquemas y realizar los equipos eléctricos. El uso de las normas internacionales elimina todo riesgo de confusión y facilita el estudio, la puesta en servicio y el mantenimiento de las instalaciones. Aquí se darán algunos párrafos y simbología, de la IEC, no con eso se pretende estandarizar únicamente este tipo de simbología ya que existen muchas más, el participante debe de investigar sobre otras simbologías, pues los manuales hacen uso de diferentes simbologías dependiendo del país de fabricación de la máquina en referencia. IEC 1082-1 (EXTRACTOS) Entre las numerosas aportaciones de la norma IEC 1082-1 (diciembre de 1992), relativa a la documentación electrotécnica, mencionamos dos artículos que modifican los hábitos de representación en los esquemas eléctricos. Artículo 4.1.5. Escritura y orientación de la escritura: "... Toda escritura que figure en un documento debe poderse leer con dos orientaciones separadas por un ángulo de 90° desde los bordes inferior y derecho del documento." Este cambio afecta principalmente a la orientación de las referencias de las bornas que, en colocación vertical, se leen de abajo a arriba (ver ejemplos siguientes)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

195

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

l Artículo 3.3. Estructura de la documentación: " La presentación de la documentación conforme a una estructura normalizada permite subcontratar e informatizar fácilmente las operaciones de mantenimiento. Se admite que los datos relativos a las instalaciones y a los sistemas pueden organizarse mediante estructuras arborescentes que sirven de base. La estructura representa el modo en que el proceso o producto se subdivide en procesos o subproductos de menor tamaño. Dependiendo de la finalidad, es posible distinguir estructuras diferentes, por ejemplo una estructura orientada a la función y otra al emplazamiento...

Los distintos motores o aparatos receptores se sitúan en las derivaciones. El esquema de control se desarrolla entre dos líneas horizontales que representan las dos polaridades. REPRESENTACIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA Es posible representar el circuito de potencia en forma unifilar o multifilar. La representación unifilar sólo debe utilizarse en los casos más simples, por ejemplo, arrancadores directos, arrancadores de motores de dos devanados, etc. En las representaciones unifilar, el número de trazos oblicuos que cruzan el trazo que representa las conexiones indica el número de conductores similares. Por ejemplo: - Dos en el caso de una red monofásica,

Se debe adquirir el hábito de preceder las referencias de los aparatos eléctricos por un signo "-", ya que los signos "=" y "+" quedan reservados para los niveles superiores (por ejemplo, máquinas y talleres)

Nuevo símbolo

Los circuitos de maniobra, de control y de señalización se representan en dos partes diferentes del esquema, con trazos de distinto grosor. Las líneas horizontales de la parte superior del esquema del circuito de potencia representan la red.

196

5

2 1

Se debe de recordar que un esquema es la representación gráfica de un conjunto de elementos formando, en este caso, un circuito eléctrico. Ver simbología para corrientes y conductores en anexos.

4 6

-KM1

Figura No. 212 Dos innovaciones de la norma IEC 1082-

3

U 2

-F1 W 6

Antiguo símbolo

3/L2 5/L3

1/L1

14

14

-KA1

Las características eléctricas de cada receptor se indican en el esquema, si éste es simple, o en la nomenclatura. De este modo, el usuario puede determinar la sección de cada conductor. Las bornas de conexión de los aparatos externos al equipo se representan igualmente sobre el trazado.

V 4

KA1

13

13

- Tres en el caso de una red trifásica.

M 3

Figura No. 213 Representación unifilar de un circuito de maniobra.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Indicaciones complementarias

REPRESENTACIÓN DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL Y DE SEÑALIZACIÓN

Para que el esquema sea más claro, las letras y las cifras que componen las referencias identificativas que especifican la naturaleza del aparato se inscriben a la izquierda y horizontalmente. En cambio, el marcado de sus bornas se escribe a la izquierda pero de manera ascendente (3) En una disposición horizontal, la referencia identificativa y las referencias de las bornas se sitúan en la parte superior. Dado que los aparatos están agrupados por función y según el orden lógico de desarrollo de las operaciones, su función, así como la del grupo al que pertenecen, son idénticas. En el caso de esquemas complejos, cuando resulta difícil encontrar todos los contactos de un mismo aparato, el esquema desarrollado del circuito de control va acompañado de un referenciado numérico de cada línea vertical. Las referencias numéricas de los contactos se sitúan en la parte inferior de los mandos de control que los accionan. Se incluye igualmente el número de la línea vertical en la que se encuentran (4) En caso de ser necesario, se especifica el folio del esquema.

Los circuitos de control y de señalización, y los símbolos correspondientes a los mandos de control de contactores, relés y otros aparatos controlados eléctricamente, se sitúan unos junto a otros, en el orden correspondiente a su alimentación (en la medida de lo posible) durante el funcionamiento normal. Dos líneas horizontales o conductores comunes representan la alimentación. Las bobinas de los contactores y los distintos receptores, lámparas, avisadores, relojes, etc., se conectan directamente al conductor inferior. Los órganos restantes, contactos auxiliares, aparatos externos de control (botones, contactos de control mecánico, etc.), así como las bornas de conexión, se representan sobre el órgano controlado. Los conjuntos y los aparatos auxiliares externos pueden dibujarse en un recuadro de trazo discontinuo, lo que permite al instalador determinar fácilmente el número de conductores necesarios para su conexión (2)

(4)

Bajo tensión

Sobrepresión

Falta de Avisador agua acustico

-Q1 3 13 14

13 21 33 43 67 87 1

2

3

14 22 2.55 34 44 68 2.6 88 4

13 21 33 43 67 87

14 22 34 44 68 88 2.10 5

7

9

97 96 13 14

14

-22

PARADA AVISADOR ACUSTICO

X1/9

21

21

-H4

-KA1

1.13 1.14 1.15 2.5

12

22 X1

-KA3

13 21 23 43

13

-H3

14

X2

A2

X2

A2

A1

X1

-H2

1.2 5.4 6.6 21 32

11

-F12

22

-KA1

-KA3

10

13 96

21 22

X1/7 X1/8

PARADA

32

-F1

1.2 1.8 5.4 1.10 6.6 1.11 13.51

8

-F5

P

MARCHA

66 67X1.6

31

43 44

21 22

-22

-KA2

1.2 2.4 4.4 13 14

6

-B2

A2

A2

2

-F2

-KA1

-KA2 A2

X2

Q 1:6 1

-KA1

P

-KA2

A2

-H1 -F14

A1

A1

X1

-F1

-B2 X1/4

PRIORIDAD DE BOMBAS 1 2 -21

P X1/2

-B1

P

A1 9 6 9 5 1 4 1 3

X1/1

-B2

X1/6

X1/3

58

(2)

A1 9 6 9 5 1 4 1 3

15 1

A1 9 6

-KA1

(3)

97

97

57 22

-F4

96

-KA3

X1/10

-F12

Bomba 2

21

Q 1:2 1

Bomba 1

14 2.15 32 2.14 24 44

15

16

17

Figura No. 214 Representación unifilar de un circuito de maniobra.

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197

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.3 ELEMENTOS DE

MANDO EN MOTORES ELÉCTRICOS

4.3.1 DEFINICIÓN Por lo general, los elementos de mando auxiliares están montados directamente sobre la máquina o dispositivo a controlar y constituyen los órganos de detección de las órdenes, las cuales dependen a su vez, de la voluntad del operador, de la variación de una magnitud física, de la posición de un móvil, etc. Para cada función existen numerosos modelos, de forma que puedan responder a los múltiples casos y aplicaciones que se presentan en la industria. Como están expuestos a los choques, a las proyecciones de líquidos y a los ambientes polvorientos, estos elementos deben elegirse y montarse cuidadosamente, ya que muy frecuentemente, la seguridad de la instalación depende de su buen funcionamiento.

Se utilizan igualmente para las operaciones relacionadas directamente con la seguridad, que requieren mandos tan simples y directos como sea posible: - mandos generales de arranque y de parada, funcionamiento de ajuste, funcionamiento manual degradado…, - mandos de los circuitos de seguridad (paro de emergencia) Están disponibles con diámetros de 16, 22 y 30 mm (Normas NEMA) y en distintas versiones: - Cabeza con embellecedor metálico cromado, para todo tipo de aplicaciones en ambientes industriales severos y en condiciones de servicio intensivo, - Totalmente plástico, para aplicaciones en ambientes agresivos: industria química, agroalimentaria... Existe una gran variedad de cabezas de mando disponibles:

4.3.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

La norma EN 60204-1 establece el código de colores para los visualizadores y los pilotos, por ejemplo:

Pulsadores y visualizadores

- Piloto rojo: emergencia-condición peligrosa que requiere una acción inmediata (presión fuera de los límites de seguridad, sobrerrecorrido, rotura de acoplamiento…)

Son interfaces de diálogo perfectamente adaptados a las situaciones en las que la información que intercambia el operador y la máquina es poco numerosa y se limita a señales de tipo "Todo o Nada" (órdenes de marcha, señalización de estados) Son componentes electromecánicos de fácil instalación, robustos, fiables, ergonómicos y adaptados a cualquier condición ambiental. Pueden equiparse con variedad de cabezas de mando circulares o cuadradas. Su identificación resulta fácil gracias a un código de color normalizado (leer nota al final del párrafo)

198

- Piloto amarillo: anormal-condición anormal que puede llevar a una situación peligrosa (presión fuera de los límites normales, activación de un dispositivo de protección…) - Piloto blanco: neutro-información general (presencia de tensión de red…) - Pulsador rojo: Emergencia - acción en caso de peligro (paro de emergencia...)

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

- Pulsador amarillo: anormal-acción en caso de condiciones anormales (intervención para poner nuevamente en marcha un ciclo automático interrumpido...)

PULSADORES Y PILOTOS PARA CONEXIÓN A CIRCUITO IMPRESO La gama de 22 mm de diámetro dispone de una versión para "conexión a circuito impreso". Estos productos son adecuados para la realización de soportes de diálogo en grandes series de idéntico esquema. Las cabezas de mando y de señalización son las de la gama estándar. Los bloques eléctricos, específicos para estas versiones, cuentan con salidas de contactos que permiten su soldadura a un circuito impreso.

Figura No. 215 Pulsadores y pilotos de 22 mm de diametro.

- Pulsadores rasantes, salientes, empotrados, con capuchón de goma, "de seta", dobles, - "De seta" de enganche "paro de urgencia", - Selectores de maneta corta, de maneta larga, conmutadores de llave, 2 ó 3 posiciones fijas o de retorno,

TECLAS Y PILOTOS DE CABEZA CUADRADA Estos aparatos se montan con paso de 19,05 mm (3/4 de pulgada) en orificios de 16 mm de diámetro. Permiten crear conjuntos de mando de dimensiones reducidas cuando el espacio disponible es limitado. También pueden asociarse a los teclados de adquisición de datos (aspecto homogéneo) Las teclas son de efecto táctil. Pueden aplicarse a contactos plateados o dorados.

- De varilla metálica (mando omnidireccional),

CABEZA DE MANDO O DE SEÑALIZACIÓN

- Pulsadores luminosos rasantes, salientes, con capuchón de goma. El diseño modular de las unidades de mando y de señalización ofrece gran flexibilidad de uso. Los pilotos y los pulsadores luminosos están equipados con lámparas de filamento o con diodos electroluminiscentes. Son de alimentación directa e integran un reductor de tensión o un transformador. Las unidades de mando pueden recibir entre 1 y 6 contactos "NA" o "NC" compatibles con las entradas de 24 V de los autómatas programables.

PANEL BASE BLOQUE ELÉCTRICO

CIRCUITO IMPRESO TORNILLO IMPERDIBLE Figura No. 216 Pulsador de conexión a circuitos impresos.

- Bajo consumo que proporciona compatibilidad directa con las salidas de los autómatas programables.

Tus apuntes

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199

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Manipuladores

Los conmutadores pueden utilizarse:

Los manipuladores se utilizan principalmente para controlar desplazamientos sobre uno o dos ejes por medio de contactores, por ejemplo, los movimientos de traslación/ dirección o de subida/bajada de los pequeños dispositivos de elevación. Normalmente, constan de 2 a 8 direcciones, con 1 ó 2 contactos por dirección, con o sin retorno a cero. Ciertos manipuladores pueden integrar un contacto "hombre muerto" en el extremo de la palanca.

- En circuitos de mando, como conmutadores de voltímetro o de amperímetro, selectores de circuitos, de modos de funcionamiento, etc., - En circuitos de potencia, para el control de motores monofásicos o trifásicos (directo de 1 ó 2 sentidos de marcha, estrella-triángulo de 1 ó 2 sentidos, 2 velocidades de devanados separados o acoplamiento de polos) Paros de emergencia por cable Estos aparatos se utilizan en máquinas o instalaciones con zonas de trabajo extensas, por ejemplo, máquinas para transferencias, cintas transportadoras, etc. Permiten ordenar un paro desde cualquier punto de la zona, por simple tracción sobre un cable. Cajas de pulsadores colgantes

Figura No. 217 Balizas y columnas luminosas.

Se utilizan principalmente para controlar desde el suelo aparatos móviles tales como aparejos, pequeños dispositivos elevadores, pórticos de tratamiento de superficie, etc. Pueden constar de hasta 12 elementos de mando (de pulsador, de llave, de maneta, etc.) o de señalización. Existen dos versiones, para circuitos de control y para circuitos de potencia.

Figura No. 218 Manipuladores.

Conmutodor de levas Los conmutadores de levas pueden constar de un máximo de 16 posiciones y 20 contactos. Los esquemas son predefinidos o realizados bajo pedido con distintos modos de acción de los contactos: - Cerrados sobre una o varias posiciones, - Con o sin interrupción entre dos posiciones, Figura No. 219 Conmutador de levas.

- Solapados.

200

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

La conexión de los teclados de salida tipo matricial requiere la mitad de entradas que la de los de tipo punto común. Las versiones codificadas BCD permiten introducir y modificar datos numéricos de manera sencilla y fácil. Las unidades de tratamiento pueden utilizar directamente la información producida por estos teclados. Salidas de tipo: Punto común Referencia de teclas

Figura No. 220 Caja de pulsador colgante.

Modificación y adquisición de datos Cuando el proceso requiere que se modifiquen o introduzcan datos (cambio de las coordenadas de posicionamiento de un móvil, cantidad de piezas que se fabrican, etc.), los teclados de introducción y los terminales de control pueden combinarse con los pilotos y visualizadores. Estos productos también resultan útiles cuando el espacio disponible para los conjuntos de mando "Todo o Nada" es limitado.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3

F2

F3

D Y1 Y2 Y3 2 3 1 0 X1 2 1 4 5 6 3 1 X2 9 7 8 4 0 X3 10 11 12 X4 12 1 1

3

12 común

C 1 0 0 1

B 1 0 0 0

A 1 0 1 0

0 1 1

Figura No. 222 Las tres versiones de teclado.

1

2

3

1

2

3

A

7

8

9

I

J

4

5

6

4

5

6

B

4

5

6

G

H

7

8

9

7

8

9

C

1

2

3

E

F

10 11 12

D

0

A

B

C

D

10 11 12

Figura No. 223 Teclados de introducción.

Madolis XBT-HO21010 F1

1 2

12

10 11 12

Codificado BCD

Matricial

F4

Figura No. 221 Visualizador alfanumérico.

TECLADOS DE INTRODUCCIÓN Los teclados se realizan a partir de una placa de elastómero solidaria de los pulsadores de las teclas que les confiere una excelente resistencia a todo tipo de ambientes industriales. Están equipados con 12, 16 ó 20 teclas de efecto táctil. Las versiones no codificadas pueden recibir contactos plateados compatibles con las entradas de los autómatas programables o contactos dorados para el control de circuitos TTL o CMOS. Son idóneas para el control de tipo "Todo o Nada": Marcha/Paro, salida de ciclo, etc.

4.3.3 MANTENIMIENTO BÁSICO Observe que estos dispositivos se encuentren libres de polvo, realice una limpieza diaria de los mismos, sea cuidadoso al manipular estos elementos, nunca lo haga con las manos manchadas de grasa o aceite, si detecta que un elemento de mando está sucio proceda a limpiarlo inmediatamente, si observa que un elemento de mando se encuentra expuesto a algún líquido o en situación de uso extremo (exceso de polvo, humedad, etc.) verifique que el mismo esté diseñado para dichas condiciones, si no proceda a cambiarlo, de acuerdo a especificaciones técnicas de uso.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

201

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.3.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD Si durante el mantenimiento básico observa un elemento de mando dañado, proceda a cambiarlo o reportarlo inmediatamente, pues dichos elementos transportan por lo regular energía eléctrica y un corto circuito puede ocasionar problemas en la máquina que controla o bien un accidente para la persona que lo manipula. Sea cuidadoso y proteja lo más que pueda dichos elementos, aunque las especificaciones técnicas indiquen el uso del mismo en condiciones extremas, un buen cuidado del mismo prolongará el tiempo de vida útil de estos dispositivos.

4.4

CONTROL ELECTROMAGNÉTICO

Los motores eléctricos constituyen una de las principales fuentes de energía mecánica para distintas aplicaciones industriales, comerciales y de la vida diaria. En muchos casos, el motor está incluido como parte integral de algunas máquinas. Por lo anterior, se debe considerar lo necesario, en el diseño, construcción, instalación y mantenimiento del equipo, para controlar a estos motores en función de la aplicación a desarrollar.

4.4.1 DEFINICIÓN DE CONTROL ELECTROMAGNÉTICO El concepto “Control del motor ” se refiere básicamente a las funciones disponibles de un controlador de motor, en la forma en como es aplicado, por ejemplo, control de velocidad, inversión de sentido de rotación, aceleración, desaceleración, arranque y parado. Los controladores de los motores eléctricos fueron desarrollados para definir y controlar las operaciones y acciones de los motores, tales como arranques y paros, inversión del sentido de rotación del eje y el cambio en la velocidad del motor.

202

Como los controladores son cada vez más sofisticados, se han desarrollado y mejorado dispositivos de protección para los operadores y el equipo. La función primaria del controlador de un motor eléctrico es arrancar y parar motores, proteger al motor, la carga y al operador, el cambio de sentido de rotación del eje o flecha y el cambio en la velocidad de operación. El control de la energía eléctrica, es básico cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial está relacionada en primer lugar, con el control del equipo industrial y sus procesos relacionados. Cuando se trabaja con equipo eléctrico industrial, es necesario y fundamental, tener la habilidad para leer diagramas esquemáticos; aunque hay distintos tipos de diagramas relacionados con el equipo eléctrico. Existen otros diagramas relacionados con este equipo, como son: el diagrama de bloques, de interconexión, de alambrado, de disposición, los isométricos y los diagramas de construcción. Como en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad, la simbología representa una forma de expresión o un lenguaje para las personas relacionadas con el tema. El lenguaje de control de motores, consiste en símbolos que permiten expresar una idea o para formar el diagrama de un circuito, que pueda ser comprendido por personal calificado, existen disposiciones de tipo convencional, para el uso de símbolos usados en el control de motores eléctricos para la industria. Diagramas de línea (Diagramas de escalera) La forma básica de comunicación en el lenguaje de control electromagnético, es mediante el uso de los llamados diagramas de línea o de escalera. Los cuales consisten de una serie de símbolos interconectados por medio de líneas, para indicar el flujo de corriente a través de los distintos dispositivos.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

SÍMBOLOS COMUNES USADOS EN EL CONTROL DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

TÉRMICO NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

SWITCH LÍMITE MOMENTÁNEO

CONTACTOS

ABIERTO

INTERRUPTOR

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

CERRADO

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

ACTIVADO POR TEMPERATURA

VACÍO Y PRESIÓN NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

DE NIVEL DE LÍQUIDO

SWITCH LÍMITE FIJO

DOBLE CIRCUITO

SOSTENIDO

FLUJO (AIRE, AGUA, ETC)

NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO ABIERTO

INTERRUPTOR DE PIE

ESTACIÓN DE BOTONES

NORMALMENTE NORMALMENTE NORMALMENTE NORMALMENTE CERRADO CERRADO ABIERTO ABIERTO

EL COLOR SE INDICA POR LA LETRA DE LA LÁMPARA

BOBINA MAGNÉTICA TRIFÁSICA

SWITCH NEUMÁTICO

SWITCH NEUMÁTICO TEMPORIZADO

TÉRMICA

FUSIBLE

MOTOR RELEVADOR SOBRECARGA

AUTOTRANSFORMADOR

RESISTENCIAS

Figura No. 224 Lenguaje de control de motores.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

203

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

SÍMBOLOS GRÁFICOS PARA DIAGRAMAS ELÉCTRICOS

CONTINUACIÓN DE LA TABLA 1

CONDUCTORES QUE SE CRUZAN CONDUCTORES CONECTADOS M

MOTOR DE INDUCCIÓN JAULA DE ARDILLA MOTOR DE INDUCCIÓN DE ROTOR DE MANDO

M

INTERRUPTOR

BOBINA DE OPERACIÓN CONTACTOR

TRANSFORMADOR

CONTACTOR NORMALMENTE ABIERTO CONTACTOR NORMALMENTE CERRADO

BATERÍA

DESCONECTADOR

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

ESTACIÓN DE BOTONES NORMALMENTE ABIERTO (CIERRE MOMENTÁNEO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

ESTACIÓN DE BOTONES NORMALMENTE CERRADO (DE APERTURA MOMENTÁNEA) FUSIBLE

DIODO

RECTIFICADOR CON SEMICONDUCTOR

ELEMENTO TÉRMICO

Figura No. 226 Símbolos de diagramas eléctricos.

Figura No. 225 Símbolos de diagramas eléctricos.

El diagrama de línea indica en un tiempo relativamente corto, una serie de información que se relaciona y que podría tomar muchas palabras para su explicación. El diagrama de línea muestra básicamente dos cosas: (1) la fuente de alimentación (que se muestra a veces con línea mas grueso); (2) cómo fluye la corriente a través de las distintas partes del circuito, como son: estaciones de botones, contactos, bobinas, etc., que se muestran en los diagramas, por lo general con líneas más delgadas. El diagrama de línea está orientado a mostrar la parte de los circuitos que es necesaria para la operación del controlador.

204

L2 4

LÁMPARA PILOTO

2

ARRANQUE

3 1

PARO

M 1 PARO

PUNTOS DE REFERENCIA L2 ARRANQUE SC 3 2 M M M

4

LÁMPARA PILOTO

Figura No. 227 Diagrama de escalera (izquierda), diagrama de línea (derecha)

Debe además proporcionar simplicidad, haciendo énfasis únicamente en la operación del circuito de control.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Un diagrama de línea (diagrama de escalera) es un diagrama que muestra la lógica de un circuito de control en su forma mas simple. Un diagrama de línea no muestra la localización de cada componente y su relación con otras componentes en el circuito. Los diagramas de línea se usan para diseñar, modificar o expandir circuitos.

Switch de navaja Switch de presión (arranca con aumento de presión) Estación de botones con contacto sostenido Switch de nivel (arranca con alto nivel)

4.4.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTROLES ELECTROMAGNÉTICOS El controlador puede ser un simple desconectador (switch) para arrancar y parar al motor, también una estación de botones para arrancar a éste en forma local o a control remoto. Un dispositivo que arranque al motor por pasos o para invertir su sentido de rotación, puede hacer uso de las señales de los elementos por controlar, como son temperatura, presión, nivel de un líquido o cualquier otro cambio físico que requiera el arranque o parado del motor, y que evidentemente le dan un mayor grado de complejidad al circuito. (a)

Control automático de nivel (interruptor de flotador)

(b)

Control manual momentáneo (estación de botones)

(c)

Arranque-paro estándar fuera

(d)

IM dentro Control de dos posiciones

Switch selector

Switch selector (2 alambres) y estación de botones (3 botones)

Control manual ó automático

Figura No. 229 Métodos típicos de control industrial.

4.4.3 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTROLES ELECTROMAGNÉTICOS Cada circuito de control, por simple o complejo que sea, está compuesto por un cierto número de componentes básicas conectadas entre si, para cumplir con un comportamiento determinado. El principio de operación de estos componentes es el mismo y su tamaño varía dependiendo de la potencia del motor que va a controlar, aun cuando la variedad de componentes para los circuitos de control es amplia. Los principales elementos eléctricos para este fin, se mencionan a continuación: a. Desconectadores (switches)

(e)

Control de tres posiciones

b. Interruptores termomagnéticos. c. Desconectadores (switches) tipo tambor. d. Estaciones de botones.

Figura No. 228 Funciones básicas de control.

e. Relevadores de control.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

205

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

f.

Relevadores térmicos y fusibles. Abierto

g. Contactores magnéticos.

Cerrado Algunos símbolos de switch

h. Lámparas piloto. i.

Switch de nivel, límite y otros tipos. Un polo doble tiro

Doble polo doble tiro Otros tipos de switches (desconectadores) tipo botón

Normalmente abierto

Resortes para regreso de posición

Normalmente cerrado

Figura No. 231 Switches. Figura No. 230 Desconectador con fusibles.

Interruptores electromagnéticos

Desconectadores (switches) Los desconectadores también conocidos como switches, constituyen uno de los medios mas elementales de control de los motores eléctricos, ya que conectan o desconectan a un motor de la fuente de alimentación, se construyen con navajas para dos líneas (motores monofásicos) o tres líneas (motores trifásicos), las navajas abren o cierran simultáneamente por medio de un mecanismo. Por lo general se encuentran alojados en una caja metálica y tienen un fusible por conductor. Están diseñados para conducir la corriente nominal por un tiempo indefinido y para soportar la corriente de cortocircuito por períodos breves de tiempo.

Un interruptor Termomagnético manual, permite abrir y cerrar un circuito, en forma análoga a las cuchillas desconectadoras (switches), excepto que en estos interruptores se puede abrir en forma automática, cuando el valor de la corriente que circula por ellos, excede a un cierto valor previamente fijado. Después de que estos interruptores abren (disparan), se deben establecer en forma manual, tienen la ventaja sobre los desconectadores (switches) en que no requieren el uso de fusibles. Las normas técnicas para instalaciones eléctricas establecen que las navajas del desconectador estén colocadas o montadas en tal forma, que cuando se abran, tiendan a seguir el sentido de la gravedad como se muestra en la figura siguiente:

DESCONECTADOR CON FUSIBLES DESCONECTADOR DE 2 POLOS

DESCONECTADOR DE 3 POLOS Figura No. 232 Desconectadores.

206

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

DESCONECTADOR 1.80 M. MOTOR NIVEL DEL PISO Figura No. 233 Nivel de desconectador.

La altura con respecto al nivel del suelo a la que se debe montar la caja que contiene al desconectador, no debe ser inferior a 1.80 m. ALIMENTACIÓN

La regla aplicada a los desconectadores es aplicable a los interruptores termomagnéticos en cuanto a la altura de instalación sobre el nivel del suelo, aun cuando éstos en muchas ocasiones van montados en tableros de fuerza en baja tensión.

ALIMENTACIÓN

ALIMENTACIÓN

3HP

2HP ARRANCADORES

ΩΩ ΩΩ ΩΩ

CARGA

CARGA

POSICIÓN CORRECTA

POSICIÓN INCORRECTA

CIRCUITO DEVANADO DEL MOTOR

Figura No. 235 Tablero de distribución.

Figura No. 234 Navajas del desconectador.

AJUSTE DE PASO DE LA ARMADURA ARMADURA PIVOTE CONTACTOS

AJUSTE DE TENSIÓN DEL RESORTE DE REGRESO

TORNILLO DE MONTAJE

TORNILLO DE MONTAJE NÚCLEO MASA Figura No. 236 Partes de un relevador electromagnético.

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207

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Desconectador (switch) tipo tambor

Relevadores de control

Los desconectadores tipo tambor son dispositivos manuales que tienen un grupo de contactos fijos e igual número de contactos móviles. Estos contactos permiten obtener las posiciones de abierto y cerrado, con una secuencia determinada por medio de una navaja rotatoria. Se usan en motores de potencia pequeña o como dispositivos de control en motores con arrancadores magnéticos.

Un relevador de control es un switch electromagnético que se emplea como dispositivo auxiliar en los circuitos de control de arrancadores de motores grandes o directamente como arrancadores en motores pequeños.

Estación de botones Una estación de botones es básicamente un desconectador (switch) que se activa por medio de la presión de los dedos, de manera que dos o más contactos cierran o abren, cuando se quita presión de los botones. Normalmente se usan resortes en los botones para regresarlos a su posición original después de ser presionados.

El relevador electromagnético abre y cierra un conjunto de contactos cuando su bobina se energiza. La bobina produce un campo magnético fuerte que atrae una armadura móvil, accionando los contactos. Los relevadores de control se usan por lo general en circuitos de baja potencia y pueden incluir relevadores de tiempo retardado, que cierran y abren sus contactos en intervalos de tiempo definidos. La representación de los relevadores se hace por medio de símbolos convencionales, como se muestra a continuación:

L2 LÁMPARA PILOTO

RELEVADOR DE SECUENCIA

ARRANCAR

PARAR

DOBLE BOBINA Figura No. 237 Diagrama de alumbrado de una estación de botones con lámpara piloto.

En una instalación eléctrica se puede usar más de una estación de botones, de manera que se pueda controlar un motor desde tantos puntos, como estaciones se tengan y se pueden fabricar para uso normal o para uso pesado, cuando se usan con mucha frecuencia.

208

BOBINA SENCILLA

RELEVADOR DE RETRASO

RELEVADOR DE RETARDO DE TIEMPO

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Figura No. 238 Tipos de relevadores.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

BOBINA “CALENTADORA” DE SOBRECARGA

AL MOTOR SOLDADURA CUBRIENDO EL EJE EJE

TUBO DE SOLDADURA

VOLANTE DENTADO

RESORTE DE POSICIÓN

Figura No. 239 Diagrama esquemático de un relevador de sobrecarga. L1 T1 L2

T2

Un contacto magnético es esencialmente un relevador de control grande que está diseñado para abrir y cerrar un circuito de potencia, posee un relevador de bobina que activa a un conjunto de contactos y se usan para controlar motores desde ½ HP hasta varios cientos de HP. Lámparas piloto

CONTACTOS

L1

Contactos magnéticos

L2

L3

L3 T3

Las lámparas piloto se usan como elementos auxiliares de señalización para indicar posición de “dentro o fuera” de un componente remoto, en un sistema de control. Switch (interruptor) límite y switch interruptor) de tipo especial

T1

T2

T3

BOBINA CR

ELEMENTO MÓVIL Figura No. 240 Relevador de control con tres contactos normalmente abiertos.

Un switch límite es un switch de baja potencia que tiene un dispositivo de contacto tipo grapa, cuya acción depende de la posición de un elemento mecánico, este elemento puede ser sensitivo a distintos tipos de señales como son la presión, la temperatura, el nivel de líquidos, la dirección de rotación, etc. Algunos tipos de switch denominados especiales:

Relevadores térmicos y fusibles

Interruptor de flotador.

Un relevador térmico es también conocido como un relevador de sobrecarga, es un dispositivo sensible a la temperatura, cuyos contactos abren o cierran cuando la corriente del motor excede a un limite preestablecido. La corriente circula a través de un elemento de calentamiento pequeño que alcanza la temperatura del relevador. Los relevadores térmicos son dispositivos de retardo de tiempo en forma inherente, debido a que la temperatura no puede seguir en forma instantánea a los cambios de la corriente.

interruptor de presión. Interruptor térmico. Relevadores de control de tiempo. Interruptores de velocidad cero.

Tus apuntes

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209

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Ciclo completo= tiempo de marcha + tiempo de frenado.

4.4.4 FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE UN CONTACTOR PARA CIRCUITOS ELECTROMAGNÉTICOS

Factor de marcha (ED) en % = Tiempo de marcha * 100 = Ciclo completo En la tabla 12 se indican los factores de marcha a considerar en cada una de estas cinco clases de uso.

Dado que para un mismo número de maniobras por hora, las condiciones de uso del contactor son diferentes, según el tiempo de duración de la conexión y desconexión, cada una de las clases de servicio anteriores se subdivide a su vez en cuatro regímenes de marcha (ED), expresada en tanto por ciento, cuyo cálculo se expresa a continuación: FACTOR DE MARCHA ED

CLASE 0.1 CLICLO COMPLETO 600 seg. = 10 minutos Marcha Paro seg. seg.

Atendiendo a los valores de las corrientes a establecer o cortar en funcionamiento normal, se consideran las categorías de servicio que se indican en la tabla 13. Estas categorías de servicio vienen representadas por unas aplicaciones perfectamente definidas del aparato.

CLASE 0.3 CLASE 1 CLICLO COMPLETO CLICLO COMPLETO 120 seg. = 2 minutos 24 seg. Marcha Paro seg. Marcha Paro seg. seg. seg.

CLASE 3 CLICLO COMPLETO 6 seg. Marcha Paro seg. seg.

CLASE 10 CLICLO COMPLETO 3 seg. Marcha Paro seg. seg.

60%

360

240

72

48

14.4

9.6

3.6

2.4

1.8

1.2

40%

240

360

48

72

9.6

14.4

2.4

3.6

1.2

1.8

25%

150

450

30

90

6

18

1.5

4.5

0.75

2.25

15%

90

510

18

102

3.6

20.4

10.9

5.1

0.3

2.7

Tabla No. 12 Factores de marcha en cada una de las cinco clases de uso.

Categorías AC 1 AC 2 AC 3 AC 4 DC 1 DC 2 DC 3 DC 4 DC 5

Aplicaciones

Características

Cargas inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencia Arranque de motores de anillos, inversión de marcha (1) Arranque de motores de jaula de ardilla, corte a motor lanzado. Arranque de motores de jaula de ardilla, inversión de marcha (1) Marcha a intermitencias. Cargas no inductivas o débilmente inductivas, hornos de resistencias. Arranque de motores shunt, corte lanzados. Arranque de motores shunt, inversión de marcha (1) Marcha a intermitencias (2) Arranque de motores serie, corte, de motores serie lanzados (1) Arranque de motores serie, inversión de marcha (1) Marcha a intermitencias Tabla No. 13 Categorías del aparato según las aplicaciones.

210

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Número de la conexión.

Por inversión de marcha se entiende el frenado o inversión rápida del sentido de rotación del motor, permutando las conexiones de alimentación cuando éste esté en funcionamiento.

Tiempo de trabajo conectado en servicio normal. Momento de la desconexión.

Por marcha a intermitencias, se entiende el efectuar varios cierres breves y frecuentes del circuito de un motor, con la finalidad de obtener un pequeño desplazamiento del órgano correspondiente.

Para una misma intensidad en servicio normal, designada como In, puede suceder que, tanto la corriente en el momento de establecerse la conexión, designada como Ik, como la corriente de apertura Ic, sean iguales o muy superiores a la corriente nominal. Las posibles relaciones entre estos tres valores (In, Ik, Ic) quedan reflejados en las cuatro clases de servicio que pueden presentarse.

La aplicación de los contactores en los circuitos rotóricos o en circuitos capacitativos, se clasifica en servicios especiales.

Al escoger el tipo de aparato más adecuado para una determinada aplicación, deberá considerarse la categoría del mismo, de acuerdo con la clasificación de las tablas siguientes, para corriente alterna y continua, respectivamente.

Además, se ha de hacer resaltar que, en el funcionamiento de un contactor, cabe distinguir tres períodos distintos:

CATEGORÍA

Ik

CIERRE COSφk Un

Ik

APLICACIONES CARACTERÍSTICAS

CIERRE Un COSφk

AC1

In

Un

0.95

In

Un

0.95

Cargas no inductivas o debilmente inductivas. Hornos de resistencias.

AC2

2.5 In

Un

0.65

2.5 In

Un

0.65

Arranque de motores de anillos. Inversión de marcha.

AC3

6 In

Un

0.35

In

0.17 Un

0.35

Arranque de motores de jaula, corte de motores lanzados

AC4

5 In

Un

0.35

6 In

Un

0.35

Arranque de motores de jaula. Inversión de marcha. Marcha a intermitencia.

Tabla No. 14 Para corriente alterna.

Tus apuntes

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

211

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

APLICACIONES CARACTERÍSTICAS

Ik

CIERRE Uk

L/R

Ic

DC1

In

Un

1

In

Un

1

Cargas no inductivas o debilmente inductivas. Hornos de resistencias.

DC2

2.5 In

Un

2

In

0.10 Un

-

Arranque de motores shunt, corte de motores shunt lanzados.

DC3

2.5 In

Un

2

2.5 In

Un

2

Arranque de motores shunt, inversión de marcha, marcha a intermitencias.

DC4

2.5 In

Un

7.5

In

0.30 Un

10

Arranque de motores serie, corte de motores serie lanzados.

DC5

2.5 In

Un

7.5

2.5 In

Un

7.5

Arranque de motores serie, inversión de marcha. Marcha a intermitencias.

CATEGORÍA

CIERRE Uc

L/R

Tabla No. 15 Para corriente continua.

4.5

EL CONTACTOR

Los contactores se emplean para el mando local o a distancia de máquinas de cualquier género. Sobre todo, se utilizan en los sistemas de mando en los que la potencia de acoplamiento y la frecuencia de maniobras plantean severas exigencias, por ejemplo, en máquinas herramientas y laminadores. El contactor resulta un elemento indispensable en la automatización, para el mando de las secuencias de trabajo. En el desarrollo de la industria, fueron creados nuevas necesidades en las instalaciones eléctricas. La simple acción de abrir o cerrar un circuito mediante un interruptor manual, se hizo insuficiente; un contactor lo que en realidad hace es precisamente eso, pero secuencias de trabajo que pueden llegar a las 5,000 conexiones por hora, cosa imposible de realizar con un interruptor, manual. Los contactores pueden cortar intensidades de corriente del orden de 10 a 15 veces la intensidad nominal del aparato.

212

4.5.1 DEFINICIÓN DE CONTACTOR El contactor es un aparato de corte con mando a distancia, que vuelve a la posición de reposo, cuando deja de actuar la fuerza que lo mantenía conectado, éste puede ser: Un contactor propiamente dicho, cuando la posición de reposo corresponde a la apertura de sus contactos. Un ruptor, cuando la posición de reposo corresponde al cierre de sus contactos. En ambos casos, el aparato debe preverse para maniobras frecuentes bajo carga y sobrecarga normales. En lo que sigue, y mientras no se diga expresamente lo contrario, se hará referencia siempre al contactor, propiamente dicho, cuyo empleo en la industria está mucho más extendido, que el del ruptor definido anteriormente.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

A continuación, se definen algunos conceptos del contactor: Polo de un aparato. Conjunto de elementos de un aparato que corresponden a un conductor de línea o de fase. Contacto de reposo. Contacto auxiliar de un aparato que tiene sólo una posición de reposo. Este contacto permanece cerrado, cuando el aparato está en su posición de reposo. También se llama contacto de apertura. Contacto de cierre. Contacto auxiliar de un aparato que tiene sólo una posición de reposo. Este contacto permanece abierto, cuando el aparato está en su posición de reposo. También se llama contacto de cierre. Contacto de acción temporizada. Aparato en el que la acción sucede cierto tiempo después del instante en el que se realizan las condiciones pretendidas para su funcionamiento. Se denomina también contacto de acción diferida o contacto de acción retardada. Poder de ruptura. Designa la mayor intensidad de corriente que un aparato es capaz de cortar bajo las condiciones de empleo dadas, sin deteriorarse. Para corriente monofásica se expresa por el valor eficaz de la componente simétrica de la corriente y para corriente trifásica, por la media aritmética de los valores eficaces de las componentes simétricas de las corrientes en las diferentes fases. Tensión de restablecimiento. Valor de la tensión que aparece en los bornes del aparato de corte, después de la desconexión del circuito. Se expresa en valor eficaz.

Para un contactor la tensión de restablecimiento es la diferencia existente entre la tensión nominal y la tensión, que puede subsistir entre los polos del contactor, inmediatamente después de la extinción del arco.

4.5.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR En todo contactor electromagnético, cabe distinguir los siguientes elementos constructivos: 1. 2. 3. 4. 5.

Circuito magnético Contactos Resortes Cámara de extinción Soporte

A su vez, el circuito magnético esta constituido por tres elementos principales: Núcleo Armadura o martillo. Bobina Partes de un contactor electromagnético 1) 2) 3) 4) 5) 6) 6a) 7) 8) 9) 10) 11)

Soporte Núcleo magnético Armadura Bobina Pieza de conexión Muelles de presión Muelles Contactos principales móviles Contactos principales fijos Bornes principales Bornes de alimentación de la bobina Cámaras apagachispas

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

213

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Figura No. 241 Representación esquemática de un contactor electromagnético.

4)

Contactos fijo y móvil con plaquitas de contacto de plata

5)

Agujeros para fijación del contactor

6)

Soporte de hierro fundido

7)

Interruptores auxiliares

8)

Dedos elásticos y regulables para mando de los interruptores auxiliares

9)

Resortes

10)

Armadura móvil

11)

Conexiones flexibles en laminas, recubiertas de una funda completa

12)

Bornes principales de conexionado

Partes de un contactor electromecánico 1)

Leva de accionamiento del interruptor fin de carrera FCC.

2)

Leva de accionamiento del interruptor fin de carrera FCCD.

3)

Engranaje de accionamiento.

4)

Eje del servomotor, con tornillo sin-fin.

5)

Armadura del relé de mínima RM.

6)

Gatillo.

7)

Palanca de accionamiento de la leva 8.

8)

Leva de accionamiento de los contactos principales.

Contactos

8 RM 5 5 FCC

Aunque su accionamiento electromecánico es seguro, resulta complicado, por esta razón casi no se emplea, habiendo sido sustituido en la mayoría de los casos por el accionamiento electromagnético.

1

2 3

FCCD

Estructura del contactor ACEC tipo K2C 1)

214

Cámara apagachispas basculante y amovible

2)

Armadura de soplado de plancha

3)

Bobina de soplado magnético

EJE MOTOR

Figura No. 242 Estructura del contactor ACEC tipo K2C.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Estructura del contactor AGUT Tipo CK 1) Contactos fijos y móviles de diseño especial, con plaquitas de contacto de plata-óxido de cadmio, soldados. 2) Soporte de contactos fijos moldeado con material aislante, altamente resistente a las líneas de fuga. 3) Bobina completamente encapsulada para su completa protección mecánica y atmosférica. 4) Bornes para embornar pretinas y terminales. 5) Soporte de base metálico, con alojamiento en cada esquina para bloque de dos contactos auxiliares. 6) Extintores de arco De-ion, alojados en tapa frontal moldeada con material aislante, altamente resistente al arco. 7) Bornes tipo mordaza, de gran capacidad y fácilmente accesibles. 8) Soporte portacontactos móviles y portamartillo, moldeado con material aislante altamente resistente al arco. 9) Circuito magnético en forma de U y con entrehierro fijo.

1 7

2

8

3

9 4 10 5 11

6

12 Figura No. 243 Estructura del contactor AGUT Tipo CK.

El núcleo es una pieza de chapa magnética, si la alimentación se realiza con corriente alterna, o de hierro dulce, si se efectúa con corriente continua; se encuentra en el interior de la bobina y al ser excitado por esta, atrae a la armadura, construida con el mismo material del núcleo y destinada a transmitir el movimiento a los contactos. La bobina está construida por un carrete, sobre el que se arrollan varias espiras de hilo esmaltado, que al ser recorridas por la corriente eléctrica, crean el flujo magnético capaz de imantar al núcleo. Los contactos son las piezas encargadas de realizar la función principal del contactor, es decir, abrir y cerrar circuitos eléctricos; se puede decir que constituyen la parte del contactor. En un mismo aparato se pueden distinguir dos clases de contactos: Contactos principales, destinados a abrir y cerrar los circuitos principales o de potencia. Contactos auxiliares, empleados para lograr diversas combinaciones entre aparatos y cuya función es secundaria respecto a los contactos principales, éstos son de menor tamaño, ya que están destinados a abrir y cerrar circuitos de mando, señalización, etc. es decir, circuitos auxiliares. Los contactos auxiliares pueden ser de reposo o normalmente cerrados, que permanecen abiertos cuando los contactos principales están cerrados, y de trabajo o normalmente abiertos, que permanecen cerrados cuando los contactos principales están también cerrados. Tanto los contactos principales como los auxiliares, pueden ser contactos fijos, si están solidarios al soporte y contactos móviles, arrastrados por la armadura en su movimiento. Los resortes regulan las presiones de los contactos móviles sobre los contactos fijos y consiguen la apertura brusca del contactor, cuando se desexcita la bobina. Las cámaras de extinción o cámaras apagachispas, allí quedan alojados los contactos, de forma que el arco producido por la corriente de ruptura, es alargado por la cámara, dividido y finalmente extinguido.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

215

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Se denomina soporte, al conjunto de dispositivos mecánicos que permiten fijar entre sí, las diferentes piezas que constituyen el contactor y a este, en su lugar de trabajo. En la siguiente figura se muestra el mecanismo de cierre y de disparo de un contactor electromecánico. El eje 4 del motor, provisto de tornillo sin-fin, hace girar la corona dentada en el sentido de la flecha la cual, arrastra en su movimiento a las levas 1 y 9, esta última actúa sobre la leva 2, que impulsa la palanca 7 y hace girar la leva 8, que cierra los contactos. El extremo de 7 queda encastrado en el gatillo 6, siendo necesario para que vuelvan al estado de reposo, que la palanca-armadura del relé RM actúe sobre dicho gatillo, disparándolo.

4.5.3 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL CONTACTOR Los contactores se pueden clasificar según distintos criterios: Por el tipo de accionamiento

216

Por la disposición de sus contactos Contactores al aire: En los que la ruptura se produce en el seno del aire. Contactores al aceite: En los que la ruptura tiene lugar en el seno de un baño de aceite. Los contactores al aceite permiten mayores intensidades, a igualdad de tamaño de los contactos, que los contactores al aire, debido al efecto refrigerante del aceite. Además, tanto los contactos como el arco quedan a resguardo del ambiente exterior. Pero en estos contactores, los contactos se desgastan rápidamente, el aceite debe renovarse periódicamente, necesitan mayor mantenimiento, etc. Todos estos inconvenientes hacen que, actualmente el empleo de estos contactores, esté limitado a casos muy especiales, utilizándose universalmente los contactores al aire, anteriormente definidos.

Contactores electromagnéticos:

Por la clase de corriente

Si el accionamiento se debe a la fuerza de atracción de un electroimán.

1) Contactores de corriente continua.

Contactores electromecánicos:

2) Contactores de corriente alterna.

Si el accionamiento se realiza por medios mecánicos (resortes, balancines, etc.)

POR LOS LÍMITES DE TENSIÓN

Contactores neumáticos:

1) Contactores de baja tensión: Hasta 1,000 V.

Cuando son accionados por la presión de un gas (nitrógeno, aire, etc.)

2) Contactores de alta tensión: A partir de 1,000 V.

Contactores hidráulicos:

Contactor ACEC, serie K, para 100 A.

Cuando la fuerza de accionamiento procede de un líquido, que puede ser agua, aceite, etc.

Contactor AGUT, tipo CG 43, para 65 A Contactor English-Electric tipo MC3 para 12 A.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Figura No. 244 Diversos tipos de contactores existentes.

Contactor Starkstrom tipo DLS 100, para 100 A. Contactor Klockner-Moeller tipo DIL, para 500 A. Tanto los contactores neumáticos como los hidráulicos, constan esencialmente, de émbolos que comprimen un resorte que, al dispararse, accionan los contactos instantáneamente. En ambos tipos de contactores deben preverse fuentes auxiliares neumáticas o hidráulicas, respectivamente, que resultan prohibitivas económicamente, en instalaciones con limitado número de contactores; además, los accesorios necesarios (depósitos de aire comprimido o de líquido, tuberías, etc.) hacen estos aparatos complicados y voluminosos. Por estas razones, los contactores neumáticos e hidráulicos apenas se emplean actualmente. En lo que se refiere a los contactores electromecánicos, estos disponen de un servomotor que carga un resorte que es el que finalmente cierra los contactos.

El desenganche de los contactos se realiza de forma parecida. El accionamiento por servomotor no presenta tantos inconvenientes, como el accionamiento por medios neumáticos o hidráulicos. La fuente auxiliar de energía es eléctrica y está a disposición de cualquier empresa industrial. Pero el volumen sigue siendo excesivo para las actuales tendencias, de reducir el espacio al mínimo posible, y mecánicamente, aun es demasiado complicado para resultar económico. Este sistema es el accionamiento preferido para los interruptores automáticos de gran potencia, con mando a distancia, pero en el caso de los contactores, estos solamente se emplean en instalaciones de gran potencia. Por su relativo interés, a continuación se describen brevemente los fundamentos del mando electromecánico de contactores. El sistema eléctrico de estos aparatos, funciona de la siguiente forma:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

217

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

En la siguiente figura se expresa el esquema de conexionado correspondiente al motor de accionamiento, que se alimenta a través de dos contactos conmutadores del relé auxiliar de cierre.

Figura No. 246 Posición de marcha del servomotor de un contactor electromecánico.

Figura No. 244 Esquema de conexionado del servomotor de un motor electromecánico.

En la posición de reposo (0-1), independientemente, de si los contactos principales están o no conectados, los devanados inductor (II 1 ) e inducido (ii 1 ) se encuentran conectados en oposición y en cortocircuito, como muestra la figura siguiente.

En la parte superior de la siguiente figura se representa el esquema de funcionamiento del relé auxiliar de cierre. En la posición del contactor abierto, el contacto FCCD (fin de carrera conexión-desconexión) accionado por la leva 2, mantiene cerrado el circuito (1-2) Al pulsar sobre PC (pulsador de cierre), se excita el relé RAC, que pone en marcha el motor; este hace girar la leva 1, del contacto FCC, que cierra su circuito (1-2) y el relé se autoalimenta a través de su propio contacto. Al cerrarse el contactor, la leva 2, libra el interruptor de fin de carrera FCCD, que abre su circuito (1-2) dejándolo mantenido por su propio circuito de autoalimentación, con el objeto de que realice un giro completo de 360º y vuelve a su posición inicial, quedando dispuesto para una nueva conexión. S

R

PC

FCC

RAC

Conec. RAC

Desc. Figura No. 245 Posición de reposo del servomotor de un contactor electromecánico.

PD

P

FCCD

N

Gatillo

En la posición de marcha (0-2), acción de conectar, ambos devanados quedan conectados en serie, como en la siguiente figura. El mando se realiza, por ejemplo, mediante pulsadores.

218

RM Figura No. 247 Esquema de funcionamiento del relé auxiliar de cierre de un contactor electromecánico.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

La desconexión se efectúa por medio de un relé de mínima RM, que actúa sobre un gatillo que dispara el juego de palancas que mueve el eje de contactos. Cuando el contactor se halla desconectado, el final de carrera FCCD cierra su circuito (3-4) excitado RM. Bien por mínima tensión o por falla de ella, desconecta y el resorte actúa sobre el gatillo, provocando el disparo del contactor. Para la desconexión manual se dispone de un pulsador PD, que corta el circuito de alimentación del relé. En la instalación, realice una comprobación inicial, para asegurarse de lo siguiente: 1. Para los contactores suministrados sin caja, debe comprobarse que la parte móvil no haya sido torcida y desplazada y además, extraiga cualquier cuerpo extraño que hubiera podido introducirse entre los contactos, en el entrehierro del circuito magnético, etc. 2. Para los contactores suministrados con caja o en armario, debe comprobar si estos elementos de protección corresponden al ambiente donde deban instalarse los contactores. 3. Compruebe la perfecta sujeción de la bobina, pues las vibraciones a que pueda estar sometida, influyen negativamente sobre el funcionamiento del contactor. Si los contactores han sido bien elegidos, su funcionamiento es satisfactorio y no necesitan ninguna atención especial durante largos periodos de tiempo, sin embargo, se incluyen algunas recomendaciones de tipo general. 1) Engrase periódicamente las bisagras, las tuercas y los tornillos de cierre. 2) Compruebe el buen estado de los dispositivos de estanqueidad y la calidad de las juntas. 3) Compruebe el perfecto estado de los prensaestopas y el relleno de las botellas terminales de los cables de alimentación.

4) Compruebe el estado de la pintura. 5) Cuando se tenga la seguridad de que ha producido una condición anormal de funcionamiento (sobre carga importante o prolongada, cortocircuito, sobretensión, etc.) o el aparato haya sufrido sacudidas o vibraciones prolongadas o después de cualquier accidente ocasional, resulta imprescindible realizar una revisión completa del contactor o del equipo de contactores. 6) Los circuitos magnéticos se ajustan en fábrica y no debe efectuarse en ellos ninguna manipulación. Solamente se realizará una limpieza periódica de las superficies polares, para eliminar cualquier partícula que hubiera podido interponerse ente ellas y ser causa de retardo en la desconexión del contactor, e incluso, hacer que quede pegado. Para proceder a la limpieza emplee una pieza de tela que esté algo desgastada, para no rayar dichas superficies. 7) Limpie el contactor de polvo y suciedad, empleando un cepillo de cerdas blandas. 8) Elimine la grasa y otras suciedades procedentes de salpicaduras, emplee disolventes apropiados, cuidando de no empapar la pieza que se limpia. 9) Evite la oxidación de las superficies polares, no debe aplicar nunca aceite, sino limpiarlas periódicamente. 10) Los contactos principales se ajustan en fábrica y el usuario no debe efectuar ninguna manipulación en ellos durante la puesta en marcha. Para conseguir una duración mecánica de los contactos, estos deben estar ajustados en todo momento, para ello revise periódicamente, para que cumplan las condiciones siguientes: a) Los contactos deben conectar y desconectar simultáneamente.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

219

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Si un contacto conecta con retraso con respecto a los restantes, es él quien abre y cierra el circuito y por consiguiente, se desgasta mas rápidamente que los demás. b) Aunque la presión de contactos viene regulada de fábrica, debe reajustarse si los resortes viejos han perdido sus características iniciales, debido al calentamiento, oxidación, etc. c) Si las superficies del contacto se alteran, deben limpiarse mediante suave lijado con lija muy fina. Los contactos de plata no deben lijarse nunca, ya que por ser conductora, la capa de óxido que se forma en su superficie, no es perjudicial, por esto no es necesario eliminarla mediante lijado, ya que sólo conseguiría reducir su grueso útil y por consiguiente, la vida de la pieza de contacto. d) Cambie las piezas de contacto cuando observe la desaparición de la parte activa conductora.

4.5.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD Para la puesta en servicio, inicial es necesario ante todo, atenerse estrictamente a las normas preventivas de accidentes para la seguridad personal, debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones: 1) Revise que los contactores sean realmente los que necesita. 2) Revise que los contactores incluyan esquemas e instrucciones de servicio. 3) No efectúe maniobras en circuito aun no controlados. 4) No manipule en un circuito si no se tiene completa seguridad de que en el ó en los próximos, no existe tensión. 5) Para las comprobaciones, deben emplearse instrumentos y herramientas aisladas y en perfecto estado. 6) No maniobrar manualmente los contactores bajo tensión, estas maniobras deben realizarse siempre por medio de sus propios órganos de accionamiento. La puesta en servicio debe realizarse según un programa basado en el estudio de los esquemas y en el conocimiento del funcionamiento y de las limitaciones de los contactores. Realice las siguientes operaciones: 1) Accione los contactores sin tensión, probándolos a mano, para comprobar que los movimientos están libres de impedimento y que la presión de los contactos es adecuada.

Figura No. 248 Contactor Agut: 1. Cámara de ruptura. 2. Contacto fijo. 3. Contacto móvil.

220

2) Compruebe que las regulaciones de los relés de protección y los fusibles, corresponden a los motores protegidos.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

3) Compruebe que las secciones de los cables de alimentación, corresponden a las normalizadas, para las potencias de los motores accionados por los contactores.

Entre dos ciclos de sobrecarga tiene que haber un intervalo de 45 minutos de régimen nominal. Las exigencias a las protecciones del motor son las siguientes:

4) Compruebe que sea correcto el paso de conductores de entrada y salida, así como su conexión a los bornes correspondientes.

Posibilidad de carga permanente con intensidad nominal. Posibilidad de variar la intensidad de ajuste.

5) Compruebe que las cámaras de extinción de arcos estén en posición de trabajo, antes de la puesta en marcha de los contactores correspondientes.

Su curva característica debe envolver la curva térmica del motor. La intensidad tiene que estar controlada en todos los circuitos amperimétricos.

4.6 CALCULAR LA

PROTECCIÓN DEL CIRCUITO MANUAL PARA MOTORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS

CLASES DE PROTECCIÓN DEL MOTOR Guardamotor: FE1

1

3

I>>

I>>

I>>

4

6

2

Para determinar la protección del circuito manual de motores, se debe tomar en cuenta lo siguiente:

5

FE2 1

Protección de personas: medidas de protección según VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker) 100, parte 410, (paginas 158-162). Protección de Cortocircuito: línea de alimentación del motor, interruptor del motor ó contador guardamotor ó relé de protección y bobinados motor. Para ellos los dispositivos de protección serán: fusibles, interruptor de protección de línea y desconectador de potencia. Protección contra sobrecarga: para la línea de alimentación se utilizan: interruptor protector de línea y desconectador de potencia. Para el motor se utilizan: interruptores y protectores térmicos. Los motores pueden permanecer 2 minutos partiendo de las temperaturas de trabajo, con una sobrecarga igual a 1.5 IN.

I>>

I>>

I>>

2

4

6

3

M

Y

3

4

3

1

3

I>>

I>>

I>>

4

6

2

Y

5

CONEXIÓN EN CARGA BIPOLAR

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

M

1

3

I>>

I>>

I>>

4

6

2

5

CONEXIÓN EN CARGA MONOPOLAR

Figura No. 249 Guardamotor.

221

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Relé de protección del motor: en los mandos de dispositivos de contacto permanente, los relés de protección de los motores deben ir montados con un bloqueo mecánico de conexión ulterior, para evitar la posterior conexión una vez enfriado el bimetal. El bloque puede anularse mediante un pulsador de desbloqueo. 3

1

3 4 3

2 1

4

2 1 2

3 4

5 6

96 98

3

M

5 6 5 6

A1

4

A2 95

3

90 93

Y

3

M

4.6.1 FÓRMULAS PARA LA PROTECCIÓN DEL CIRCUITO MANUAL Magnitudes características/selección del órgano de protección: Intensidad de servicio IB.

4

Intensidad nominal IN del órgano de protección IN > IB.

Y

Selección de la sección del conductor.

90 Figura No. 250 Relé de protección del motor.

Protección térmica del motor: llamada también protección total del motor. Termómetro de resistencia: vigila la temperatura de los devanados y cojinetes. Termostato: es un sensor de temperatura bimetálica con contactos de reposo o trabajo incorporados en los devanados que conectan el contactor del motor. 3

M oC

Capacidad de carga IZ. IZ > IN Condición 1: IB < IN < IZ Condición 2: I2 < 1.45 IZ Disparo del órgano de protección por sobrecarga.

EJEMPLO a

L1 L2 L3

IB = 24 A IN = 25 A 3

M b

L1 L2 L3

q = 4 mm2 IZ = 34 A 24 A d” 25 A d” 34 A I2 d” 49.3 A Intensidad de prueba mayor.

c Figura No. 251 Protección térmica del motor (protección total del motor) a) Termómetro de resistencia b) Termostato c) Protección del motor por termistor.

222

I2 = 1.75 * 25 A I2 = 43.75 A

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Explicación para la condición:

Intensidad nominal IN en A

Hasta 4

Más de 4 a 10

Más de 10 a 25

Más de 25

Intensidad nominal I2 en A

2.1 * IN

1.9 * IN

1.75 * IN

1.6 * IN

Las condiciones 1 y 2 anteriores tienen que aplicarse cuando: 1) Se instalan órganos de protecciones distintas a las de la tabla siguiente (temperatura > a 30 °C)

Tabla No. 16 Valores de la intensidad de prueba mayor I2 para fusibles de la clase de servicio gL e interruptores de protección de línea del tipo L, según la tabla 4 de la VDE 0636.

Sección nominal en mm²

2) Hay acumulación (múltiples líneas paralelas) 3) Se trata de cables enterrados.

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Cu A

AI A

Cu A

AI A

Cu A

AI A

0.75 1 1.5

6 10

-

6 10 10 1

-

10 10 20

-

2.5 4 6

16 20 25

2.5 4 6

20 25 35

16 20 25

25 35 50

20 25 35

10 16 25

35 50 63

10 16 25

50 63 80

35 50 63

63 80 100

50 63 80

35 50 70

80 100 125

35 50 -

100 125 160

80 100 125

125 160 200

100 125 160

95 120 150

160 200 -

-

200 250 250

160 200 200

250 315 315

200 200 250

185 240 300

-

-

315 400 400

250 315 315

400 400 500

315 315 400

400 500

-

-

-

-

630 630

500 500

Para líneas con sólo 2 conductores cargados se puede seguir eligiendo un órgano de protección de 16 a hasta que no se fije internacionalmente de forma definitiva su capacidad de carga. Tabla No. 17 Norma VDE 0100, parte 400 (temperatura ambiente t d” 30 oC)

Tus apuntes

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223

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

P en kW

0.25 0.37 0.55 0.75 1.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22

CONEXIÓN DIRECTA Corta circ. en A

Sec. cond. mm2

4 4 6 6 10 10 16 20 25 35 50 63 80 100 125

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35

ARRANQUE Y - D Corta circ. en A

* * * * * * * * 16 20 25 35 50 63 80

Sec. cond. mm2

ROTOR ANILLOS ROZANTES 1 Corta circ. en A

* * * * * * * * 1.5 1.5 2.5 4 6 10 6

Tabla No. 18 Coordinación de cortacircuitos y conductores, para motores trifásicos de 380 V1.

Tus apuntes

224

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* * * * * * * * * * 50 50 63 80 100

Sec. cond. mm2

* * * * * * * * * * 6 6 10 16 25

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.6.2 TABLAS PARA LA PROTECCIÓN DEL CIRCUITO MANUAL Denominación

Símbolo

Seccionador (desconectador)

Explicación

Aplicación

3

•

3 3

Conexión y desconexión de circ. con intensidad despreciablemente pequeñas

•

Desconexión de tensión de aparatos y partes de la instalación

•

Tramo de seccionamiento visible al desconectar

3 3

Puesta a tierra y puesta en cortocircuito de utillajes y partes de la instalación

3

• •

Portafusibles con fusible Brazo de contacto móvil en el puente

• • • • •

Montaje en otro conmutador

•

• • •

Corrientes de carga en condiciones normales

•

Conexión y desconexión de utillajes (no motores) y parte de la instalación Combinación con fusibles

• •

Conexión en estado de carga

• • • •

Instalaciones de media tensión

•

Desconexión de todos los polos en caso de cortocircuito (por ejemplo en caso de fallo de un fusible)

•

Fusibles HH con protección de cortocircuito

•

Instalaciones de media tensión

•

Ejecución especial de seccionadores bajo carga

•

Instalaciones de baja tensión

3

Desconectador de tierra

Seccionador fusible automático

3 3 3

Conmutador bajo carga

3 3 Seccionador bajo carga

3 3 3 3

Seccionador bajo carga con fusible HH incorporados

3 3 3 3 3 3

Seccionador fusible bajo carga

3 3 Disyuntor

Interruptor automático de potencia

Seccionador de potencia

3 3 3 > 3

3 3 3 3 3 3 3

Para condiciones de sobrecarga predeterminadas No tiene poder de corte de la intensidad de cortocircuito 1 remo de seccionamiento visible

Puestas a tierra y puestas en cortocircuito Instalaciones de media tensión Ejecuciones especiales de seccionadores Instalación de baja tensión

Instalaciones de baja tensión Conexión de líneas aéreas, tramos de cable, transformadores, líneas en anillo

•

Fusibles en el interruptor como parte del puente

•

Conmutación en carga sin peligro

•

Con limitación de intensidad y tiempo de apertura rápido

•

• •

Tiempo corto de disparo

Maniobra de motores y transformadores

•

Conmutador de utillajes e instalaciones

•

Disparador térmico por sobrecarga regulable

•

Se instala en los circuitos de maniobra intercalado en serie con el contactor

•

Disparador magnético rápido en cortocircuito

•

Interruptor principal con protección de sobrecarga y cortocircuito

• •

Tramos de seccionamiento visibles al desconectar

•

Desconectar de todos los polos en cortocircuito (por ejemplo, en caso de fusión de un fusible)

Instalaciones con elevadas potencias de cortocircuito conjuntamente con fusibles

•

Instalaciones de tensión media

Conmutación en todas las condiciones del servicio

Tabla No. 19 Interruptores y su aplicación.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

225

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.7 REALIZAR CIRCUITOS

ELECTROMAGNÉTICOS DE MOTORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS

Mando por 2 pulsadores “marcha” y “parada” de impulsión y de retorno automático Comúnmente llamado mando de 3 hilos, porque generalmente 3 cables unen el contactor con el elemento de mando (caja de pulsadores) (1) (2) (3) Es un sistema que necesita un contacto de auto-alimentación, indicado con las referencia 13-14 en los esquemas.

4.7.1 PROCESO Mando por interruptor de posición mantenida Comúnmente llamado de 2 hilos, porque 2 cables unen el contactor con el elemento de mando (1) (2) (interruptor) Según su posición, el interruptor abre o cierra el circuito de alimentación de la bobina del contactor. En el caso de un mando automático la puesta en marcha, puede efectuarse en cualquier instante. En posición “marcha” si hay un corte en la red de alimentación, la instalación se para, reanudándose de nuevo cuando la alimentación en la red se restablece.

Funcionamiento de circuitos electromagnéticos: un impulso sobre el pulsador “marcha”, excita al contactor y cierra el contacto KM1, manteniendo a la bobina en tensión, un impulso sobre el pulsador “parada”, corta el círculo; el contactor queda desexcitado, toma su posición de reposo y abre el contacto KM1. Para su nueva puesta en marcha, es necesario dar un impulso al pulsador “marcha”. En estas condiciones, si hay un corte en la red de alimentación, la instalación se para. Es preciso dar una nueva orden de marcha, después de que la alimentación en la red se ha restablecido. Este sistema de mando, evita todos los riesgos de arranques inesperados de las máquinas, que representan un peligro para el personal.

1

Interruptor

4.7.2 MANTENIMIENTO BÁSICO DE LOS CONTROLES ELECTROMAGNÉTICOS

2

KM1

Figura No. 252 Esquema de mando.

226

Bobina del contactor

Con un mantenimiento apropiado, se puede esperar una vida útil apropiada de los sistemas de control. Como mantenimiento preventivo para el buen funcionamiento de los instrumentos de control se debe tener presente lo siguiente:

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

·

Las principales causas que originan fallas en los sistemas de control son: la humedad, el aceite, el polvo y el desgaste de partes móviles.

4.8.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS A continuación se describen los elementos de protección y maniobra más utilizados: La protección contra sobreintensidad, debe ser uno de los elementos más importantes dentro de los protectores de los motores eléctricos en general.

AIRE Figura No. 253 Esquema de mando.

4.7.3 PROTECCIÓN AMBIENTAL

La sobreintensidad se provoca por dos tipos de corrientes: - Corrientes de sobrecarga - Corrientes de cortocircuito

Para que los circuitos de mandos electromagnéticos se conserven en buen estado y buen funcionamiento, tome en cuenta las siguientes recomendaciones:

Los elementos de protección contra sobreintensidades en una instalación eléctrica, pueden definirse como aparatos destinados a cortar el paso de la corriente, cuando se estima que alcanza valores que pueden dañar el circuito o los receptores conectados (motor eléctrico)

Limpie y proporcione mantenimiento básico al equipo y herramienta utilizada.

Por su construcción, los fusibles pueden dividirse en cortacircuitos de rosca, cilíndricos y de cuchillas.

Limpie y ordene el área de trabajo.

Como modelo de fusible de rosca, se describe el tipo Diazed, este cortacircuito fusible consta de dos partes:

Almacene adecuadamente el equipo, herramienta y material utilizado.

4.8 ELEMENTOS DE

PROTECCIÓN Y MANIOBRA

1. Fusible propiamente dicho. 2. Base portafusible. A su vez el fusible propiamente dicho consta de tres piezas, que están dibujadas separadamente en la siguiente figura: a

4.8.1 DEFINICIÓN En una sección anterior de este manual, se definieron los elementos de protección los cuales protegen a los motores contra fallas en el circuito de fuerza y lo que hacen es desconectar dicho motor del circuito mencionado y los elementos de maniobra, los cuales permiten manejar o direccionar la energía eléctrica hacia la maquinaria o equipo.

b

c Figura No. 254 Cortacircuito fusible Diazed, Siemens. a) Tapón roscado b) Cartucho fusible c) Tornillo de ajuste.

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227

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

El tapón roscado fija el cartucho fusible a la base portafusible y lleva un dispositivo que indica, cuando el fusible está quemado. El cartucho fusible es un cilindro hueco de material aislante, en cuyo interior se encuentra un hilo fusible, en los extremos del cartucho, este lleva piezas de contacto que quedan fijadas al apretar el tapón roscado.

El conjunto cartucho fusible-tornillo de ajuste está provisto de tal manera que a cada tornillo de ajuste, corresponde un cartucho fusible y solamente uno, calibrado a una intensidad aproximada. De esta forma, se evitan recambios erróneos. A cada intensidad le corresponde un cartucho fusible de diferente diámetro y a cada tensión, un cartucho fusible de distinta longitud.

El tornillo de ajuste tiene su parte superior (de material aislante) con una abertura ajustada a las dimensiones del extremo inferior del cartucho fusible, la parte inferior se rosca sobre un agujero roscado situado en la base portafusible. Figura No. 256 Cartuchos fusibles para la misma tensión (igual longitud) y distinta intensidad (distinto diámetro)

e

d

a

b

c Figura No. 255 Base portafusible de cartucho Diazed Siemens a) Zócalo b) Tapa c) Casquillo roscado d) Tornillo de conexión a la pieza de contacto, con el tornillo de ajuste. e) Tornillo de conexión al casquillo roscado.

La base portafusible está constituida también por cinco piezas: Un zócalo, cubierto con una tapa que está asegurada al zócalo, por medio de un casquillo roscado. El tornillo e de la base va unido al casquillo roscado, mientras que el lo está a la pieza de contacto con el tornillo de ajuste. los conductores y las conexiones, después de su fijación sobre el panel o tablero, van introducidos en los zócalos de los fusibles y unidos a los bornes y de las bases portafusibles; de esta forma, las conexiones resultan visibles y pueden vigilarse y desmontarse por la parte anterior, sin necesidad de desmontar la base portafusible.

228

Figura No. 257 Cartuchos fusibles para la misma intensidad (igual diámetro y diferente tensión (distinta longitud)

Los fusibles cilíndricos son los cortacircuitos más utilizados. Tienen el cuerpo de material aislante con capas de material conductor (normalmente, cobre estañado o tratado con algún antioxidante) en forma de casquillo, insertadas en el cuerpo aislante. El material fusible va instalado entre los casquillos, por la parte interior del cuerpo de forma tubular.

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Figura No. 258 Fusible cilíndrico.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Se fabrican distintas medidas de estos fusibles, como se ve en la figura siguiente:

Figura No. 259 Medidas de fusibles cilíndricos.

Algunas marcas fabrican una versión más pequeña de estos fusibles, con dimensiones de 6.3x23 cm e intensidades de 4, 6 y 10 A, para usos miniaturizados o especiales. Estos tipos de fusibles no son aptos para intensidades nominales superiores a 125 A. Mención aparte merecen las bases para estos fusibles cortacircuitos. Existen bases de muchas marcas; casi todas ellas de tipo seccionable: al actuar sobre una lengüeta que lleva incorporada; la base que es completamente cerrada, se abre, dejando el cortacircuitos fusible a la vista y fuera de las partes con tensión, lo que facilita su sustitución.

Figura No. 261 Fusibles de cuchilla.

Se fabrican distintas tallas de estos fusibles, cuyas dimensiones se especifican en la siguiente figura. FUSIBLES CORTACIRCUITOS DE CUCHILLA TALLA

00 0 1 2 3 4

INTENSIDADES (A)

16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 63, 80, 100, 125, 160 125, 160, 200, 250 200, 250, 315, 400 500, 630 630, 800, 1000, 1200

B Tabla No. 20 Dimensiones de fusibles cortacircuitos de cuchilla.

Otro tipo de cortacircuitos existentes en el mercado se citan a continuación:

A D C

8.5 X 31.5 10 X 38 (mm) 14 X 51 (mm) 22 X 58 (mm)

A

B

C

D

8.5 10.3 14.3 22.2

31.5 38 51 58

6.3 10 13 16

7.5 7.5

Figura No. 260 Dimensiones de cortacircuitos fusibles cilíndricos.

Por otro lado, los fusibles cortacircuitos de cuchilla son los más indicados para intensidades superiores a 125 A, aunque se fabrican en intensidades sensiblemente inferiores. Tiene un cuerpo en forma de prisma rectangular y de material aislante (generalmente material plástico o porcelana)

Metropol: es de reducidas dimensiones, cuerpo rectangular aislante y casquillos de material conductor, usados en instalaciones de iluminación y poca potencia. Tubulares: con cuerpo de cristal de diferentes tamaños, calibres y medidas, y con aplicaciones genéricas en electrónica de baja potencia y aparatos electrodomésticos. Se distinguen dos tipos de fusibles, dependiendo de la rapidez con la que el fusible cortacircuitos abra el circuito o instalación: - Categoría g. - Categoría a.

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229

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Los fusibles categoría “g”, comúnmente llamados fusibles rápidos, son de uso general en circuitos que no tengan muchas sobreintensidades transitorias durante el funcionamiento. Su poder de corte debe ser de un tiempo no superior al 0.1 segundos, con una intensidad aproximada 5 veces superior a la nominal. Los fusibles categoría “a”, también llamados fusibles lentos o de acompañamiento, son apropiados para proteger de sobreintensidades y cortocircuitos a receptores, con sobreintensidades transitorias durante el funcionamiento. Son aptos para motores y cargas inductivas. Su poder de corte, no supera un segundo de tiempo, para una circulación 5 veces superior a la intensidad nominal. Estos fusibles irán acompañados de una protección suplementaria para sobreintensidades, tipo relé térmico. Por su servicio, los fusibles se dividen en cuatro grandes grupos (ver figura siguiente) TIPO

SERVICIO

L M R Tr

Cables y conductores eléctricos Aparatos de maniobra (contactores, relés, etc.) Semiconductores (diodos, tiristores, etc.) Transformadores Tabla No. 21 Fusibles y sus aplicaciones.

Cada tipo de protección dependerá de las condiciones particulares de funcionamiento, de la instalación o elemento que se quiera proteger. Para elegir el más adecuado consulte los catálogos de los fabricantes. A continuación se exponen algunos tipos constructivos de cortacircuitos fusibles para baja tensión, que cumplen las condiciones impuestas por el reglamento eléctrico vigente para baja tensión, es decir: a) Montados sobre material aislante b) Construidos de forma que no puedan proyectar metal al fundirse. c) Que sea posible su recambio bajo tensión, sin peligro alguno.

230

La selección de fusibles o de un interruptor de circuito para protección contra falla de arrancadores de motor es en gran medida, una cuestión de preferencia personal. Cada uno de estos dispositivos tiene ciertas ventajas sobre los demás. Los fusibles son simples y compactos, y se pueden conseguir para capacidades interruptivas mayores que los interruptores de circuito y con características de limitaciones de corriente. Por otro lado, los fusibles requieren su remplazo después de que operan la falla de un fusible, pueden producir la operación monofásica de motores trifásicos y debe mantenerse en la bodega, fusibles de repuesto. Existen distintos tipos de fusibles, entre los cuales se mencionan los siguientes: gF:

fusión rápida, para protección contra sobrecargas y cortocircuitos.

gT:

fusión lenta, para protección contra cortocircuitos y contra sobrecargas ocasionales y transitorias (sin riesgo), ej.: arranque de motores.

gl:

uso general, para sobrecargas adicionales y transitorias (sin riesgo)

aM: acompañamiento, para protección adicional contra cortocircuitos, asociados a otros elementos de protección. aR: son cortacircuitos de acompañamiento aplicados a los semiconductores, su aplicación más característica es la de protección de rectificadores para motores de corriente continua. gTr: fusibles cortacircuitos que se utilizan en la protección general de transformadores. Los interruptores termomagnéticos: están diseñados para abrir el circuito en forma automática, cuando ocurre una sobrecarga accionado por una combinación de un elemento térmico y un elemento magnético.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

600 800 1000 400 500 700 900 1100

% carga en amperres

ciclos

ciclos

ciclos

100 200 300

120

60

20

5

10

Minutos

3 2

50 40 30 20

10

1.0

0.5

0.05

0.01 0.00

Tiempo en segundo

Figura No. 262 Curvas de disparo características de interruptores termomagnéticos.

El elemento térmico consta esencialmente de la unión de dos elementos metálicos de diferente coeficiente de dilatación, conocido también como para térmico, el cual, al paso de la corriente, se calienta y por lo tanto se deforma, habiendo un cambio de posición que es aprovechado para accionar el mecanismo de disparo del interruptor. Operan desde el punto de vista de tiempo de apertura con curvas características de tiempo - corriente. El elemento magnético consta de una bobina cuyo núcleo es movible y puede operar o disparar el mecanismo del interruptor, el circuito se abre en forma instantánea cuando ocurre sobre una corriente, operan con sobrecargas con elemento térmico y por sobrecorrientes, con el elemento magnético para fallas. Existen distintos tipos de interruptores termomagnéticos llamados instantáneos para uno de los dos tipos que se usan normalmente en las instalaciones eléctricas, son energizados por el circuito magnético, de la corriente de sobrecarga o de corto circuito y se usan normalmente como elementos de protección de los circuitos derivados de motores, ya que la protección contra sobrecarga del motor es el elemento térmico en un elevador, que se considera por separado. Los interruptores termomagnéticos especiales se diseñan para soportar un 100% de la corriente nominal de carga y para disparar entre 101 y 120% de la corriente nominal de carga.

Los otros tipos de interruptores termomagnéticos de tiempo inverso, son el equivalente al fusible de tiempo retardado, tienen un elemento magnético que responde en forma instantánea a las corrientes de cortocircuito severas o valores excesivos de sobrecarga en le arranque. El elemento térmico proporciona protección para los circuitos derivados (a excepción de los circuitos derivados para motores grandes) cuando se presentan sobrecargas, esta protección la realiza por medio de dispositivos térmicamente activados, tal como ocurre con los elementos bimetálicos. Para los circuitos derivados de motores, la protección contra sobrecarga se separa frecuentemente. Los interruptores termomagnéticos se fabrican según sus aplicaciones y capacidad para prestar servicio: Tipo industrial: son elementos de protección cuyas funciones son conectar y desconectar manualmente el circuito al cual se encuentran instalados y protegerlo contra sobre cargas sostenidas y corto circuito. Centros de carga: usados para distribución de corriente y protección de los circuitos de alumbrado en residencias, oficinas, comercios, edificios y pequeñas industrias, en los siguientes tipos:

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231

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TENSION C.A.

NÚMERO DE POLOS

TENSION C.D. 240 Volts C. A. 125 / 250 volts C. A.

2

CORRIENTE EN AMPERIOS 15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

3

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

480 volts C. A. 250 volts C. D.

3

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

600 volts C. A. 250 volts C. D.

2

15, 20, 30, 40, 50, 70 15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

3

125, 150.

Tabla No. 22 Tensiones y capacidades de interruptores termomagnéticos. TENSION C.A. TENSION C.D.

NÚMERO DE POLOS

240 Volts C. A.

CORRIENTE EN AMPERIOS

2

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

3

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

480 volts C. A. 250 volts C. D.

3

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100

600 volts C. A.

2

15, 20, 30, 40, 50, 70

125

/ 250 volts C. A.

250 volts C. D. 3

15, 20, 30, 40, 50, 70, 100 125, 150.

Estos interruptores bajo condiciones severas de cortocircuitos o sobre carga operan su protección magnética en 8/1000 de segundo. Bajo condiciones no severas/temporales de sobrecarga se efectúa el disparo térmico al persistir la sobrecarga. Tableros de alumbrado: son usados para la distribución de corrientes y protección de circuitos de alumbrado y motores pequeños en hospitales, edificios, oficinas e industria en general. Número de Circuitos

Capacidad en Amperes

100 14 100 20 200 30 200 42 Con interruptor general de dos polos 70 14 100 20 200 30 200 42 Tabla No. 25 Datos para tablero de alumbrado monofásicos 2 fase, 3 hilos, 2 neutro CA.

Tabla No. 23 Características de centros de carga.

PALANCA

Trifásicos, 4 hilos con un neutro sólido 120/240 V. Para 12 circuitos 100 A Para 20 circuitos 100 A Para 30 circuitos 100 A Monofásicos,3 hilos con un neutro sólido 120/ 240 V.

LÁMINA DE LÍNEA

Los interruptores termomagnéticos para estos centros de carga y tableros de alumbrado se fabrican en las siguientes capacidades: PALANCA Número de polos 120

1

15,20, 30, 40, 50

120/240

2

15,20, 30, 40, 50, 70, 100

240

3

15,20, 30, 50,70

Tabla No. 24 Características de centros de carga.

232

LÁMINA BIMETALICA

Capacidad en Amperes

CONTACTO (MÓVIL PRINCIPAL) TERMINAL CONTACTO DE LÍNEA FIJO Figura No. 263 Partes constitutivas de un interruptor termomagnético.

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8

ON

OFF

ON

ON

OFF

OFF

W 15

Figura No. 264 Distintos tipos de dispositivos de protección comunes.

FUSIBLES Férula

Fusible tipo S

Tipo navaja

Fusible de base de Edison Capacidad INTERRUPTORES

Tiempo inverso

Disparo instantáneo

Figura No. 265 Distintos tipos de dispositivos de protección comunes.

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233

57 2.25 7.4 3.00

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

13 88

57 2.23 53 2.09

19 .75

19 .75 3 POLOS

10 .73 15 .59 10 36

38 1.46 34 1.34 13 .53

19 .75 3 POLOS PLANTA

1 POLOS

TIPO ATORNILLABLE (ELEVACIÓN)

3 POLOS

3 POLOS PLANTA

1 POLO

PLANTA

Figura No. 266 Dimensiones generales de interruptores termomagnéticos.

Cuchillas interruptores (varios polos-cambio de giro-2 velocidades) Los interruptores para maniobra en carga, se utilizan, principalmente, en instalaciones de distribución en la cuales, los conductores de salida a maniobrar, provistos de cortacircuitos fusibles, van conectados detrás de las barras colectores. Se emplean para conexión y desconexión de corrientes de magnitud aproximada a la intensidad nominal y excepcionalmente, de magnitud hasta 2 a 4 veces de intensidad nominal, según sea la naturaleza y características de la carga. A continuación los tipos constructivos más utilizados en las instalaciones industriales.

234

El relé Es un protector que corresponde a la corriente, reacciona ante la corriente de sobrecarga del motor, y se localiza normalmente en forma externa al motor, a menudo retirado a cierta distancia. Puede funcionar como dispositivo de interrupción de línea o como dispositivo de control del circuito, usado para activar alarmas o circuitos interruptores. La protección del motor contra el sobrecalentamiento, la proporcionan los elementos sensores, al detectar la corriente de línea del motor, la temperatura interna del motor o ambas.

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Se puede proporcionar más de un tipo de protección, la selección depende de las causas probables de sobrecalentamiento, el tamaño del motor, la distancia entre el motor y su control, las variaciones de la temperatura ambiente, el tipo de carga y el grado de protección deseado. DEFINICIÓN DE RELÉ Es un dispositivo (que puede ser eléctrico, mecánico, neumático, etc.), accionado por una variación en las características de funcionamiento de otros dispositivos (eléctricos, mecánicos, etc.), en el mismo circuito eléctrico o en otro u otros circuitos eléctricos distintos. El relé es un aparato destinado a producir modificaciones repentinas predeterminadas, en uno o varios circuitos de salida cuando se cumplen ciertas condiciones, en los circuitos de entrada. En la figura siguiente, se representa un interruptor de potencia, cuya conexión se efectúa a mano; al cerrar dicho interruptor queda sujeto por un trinquete solidario, a la armadura de un relé y en estado de tensión mecánica, debido a la acción del muelle antagonista. En este caso, el relé está constituido por una bobina con algunas espiras de pletina de cobre, atravesada por toda la corriente del circuito, es decir, conectada en serie con este circuito. En condiciones normales, la corriente atraviesa el relé, resulta insuficiente para que la fuerza atractiva de éste atraiga la armadura, pero si se presenta una sobrecarga, es decir, una corriente anormal de elevado valor, la bobina del relé atrae a la armadura, se suelta el trinquete solidario a ésta y el interruptor, por efecto del muelle antagonista en tensión, se desconecta de la línea; de esta forma se protege el circuito contra la sobrecarga. PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE UN RELÉ El relé con temporización neumática, consta esencialmente, de tres partes principales:

AIRE

Figura No. 267 Principio de funcionamiento de un relé con temporización neumática.

Un Temporizador neumático, que comprende un filtro por donde penetra el aire comprimido, un vástago de latón en forma de cono, solidario con un tornillo de regulación para el paso de aire, un fuelle de goma y un resorte situado en el interior del fuelle. El tornillo de regulación asegura la regulación progresiva de la temporización. Una Bobina electromagnética para corriente continua o alterna, según los casos. Un juego de contactos de ruptura brusca y solidarios al temporizador neumático por medio de un juego de levas y palancas. El relé presentado a continuación es de retardo a la desconexión. El sistema más extendido es el relé con disposición constructiva parecida a la de un contactor, es decir, mediante un electroimán y una serie de contactos, abiertos o cerrados, solidarios a la armadura de aquél. Pero existen también otros modelos, para aplicaciones especiales, entre los que cabe destacar los relés estáticos. Su funcionamiento es el siguiente: cuando se desexcita la bobina, el contacto solidario con ella tarda cierto tiempo en soltarse, debido a la acción del temporizador neumático.

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235

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Al soltarse este contacto, actúa sobre un microrruptor, que desconecta el circuito mandado. El conjunto se encierra en una cubierta, que deja accesibles solamente los bornes de contacto y el tornillo de regulación y se monta sobre una base-soporte. En la figura siguiente puede apreciarse la disposición exterior de un relé con temporización neumática. La temporización puede ser a la excitación o a la desexitación de la bobina o combinando ambos efectos. En este último caso, el relé lleva dos cabezas independientes de temporización, una para retardar la excitación, otra para retardar la desexitación, cada una de estas cabezas tiene su propia regulación.

Figura No. 269 Estructura del relé de mando ACEC.

Diversos tipos de relés con temporización magnética 1) Culata 2) Núcleo de hierro 3) Camisa o manguito de cobre 4) Bobinados Figura No. 268 Relé con temporización neumática de Dold und.

Estructura del Relé ACEC de corriente continua para tensión nominal hasta 600 voltios y corriente nominal de 10 A 1) Base rígida de fijación del relé. 2) Armadura fija. 3) Borne de conexión. 4) Bloque de contactos auxiliares. 5) Tornillo de ajuste. 6) Bobina de atracción. 7) Tornillo de ajuste del entrehierro. 8) Armadura móvil.

236

5) Armadura En este caso, se trata de relés, cuya bobina es alimentada exclusivamente, por corriente continua. Si solamente se dispone de corriente alterna, esta se rectifica y se filtra previamente. La temporización magnética se consigue insertando en el núcleo magnético del relé, un tubo de cobre. Este tubo puede tener el espesor de algunos milímetros y rodear al núcleo en toda su longitud, constituyendo una camisa (figura 279, el tubo puede ser de un diámetro igual al de la base del carrete de la bobina y una longitud limitada, en este caso se denomina manguito; el manguito puede estar fijado adelante, es decir, en la parte de la armadura (figura 280) o detrás, es decir, en la parte opuesta a la armadura (figura281). En ambos casos, los efectos de retardo serán distintos.

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6

5

4 1

3

2

4

5

Figura No. 270 Relé con camisa de cobre. (retardo a la desconexión)

1

3 2

Figura No. 273 Estructura del relé de armadura basculante.

1

2

3

4

5

Figura No. 271 Relé con manguito de cobre, lado armadura (retardo a la conexión y a las desconexión)

1

2

3

4

5

Figura No. 272 Relé con manguito de cobre, lado culata (retardo a la desconexión)

Estructura de un relé de armadura basculante

Al conectar la corriente de excitación que fluye a través de los terminales 2 en la bobina 1, en el núcleo 3 se genera un campo magnético que atrae la armadura basculante 4. Por medio de la atracción de la armadura basculante presiona el contacto de conexión de trabajo 5 hacia él de arriba y se cierra el circuito de trabajo, a través de los bornes 6. Al desconectar la corriente de excitación el contacto de conexión regresa a su posición de partida, que se compone de material de resorte, desconecta el circuito de trabajo. Al ensamblar varios elementos de conmutación se pueden accionar varios contactos simultáneamente. Relé térmico tripolar de sobrecarga AEC 1. Zócalo aislante que puede montarse sobre contactos. 2. Bornes principales de conexión.

1. Bobina.

3. Bornes de los circuitos auxiliares.

2. Terminales de la bobina para el circuito de mando.

4. Bimetal de desconexión térmica. 5. Botón de rearme del relé.

3. Núcleo.

6. Botón de ajuste del bimetal. 4. Armadura basculante. 5. Contactos de conexión.

7. Palanca para el paso de funcionamiento automático a manual y viceversa.

6. Terminales para el circuito de trabajo.

8. Dispositivo mecánico de desconexión.

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237

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Figura No. 274 Relé térmico tripolar.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE RELÉS Se tiene una primera clasificación de los relés, de acuerdo con el tipo de instalación: Relés de protección: destinados a proteger un circuito eléctrico contra las condiciones anormales de funcionamiento (sobrecargas, sobretensiones, etc.) R S T

Figura No. 276 Conexión de un relé de mando.

Por lo general, los relés de protección y de medición son automáticos, es decir, que su conexión y desconexión no son voluntarias, sino que dependen de las condiciones de funcionamiento de la red, mientras que los relés de mando son manuales, es decir, de conexión y desconexión voluntaria. Clasificación de los relés de acuerdo con la función que deben realizar en un circuito eléctrico y que depende de sus propias aracterísticas de construcción: Relés de funcionamiento continuo: su funcionamiento depende, con cierta precisión, del valor de la magnitud medida, entre éstos, se incluyen:

Figura No. 275 Conexionado de un relé de protección.

Relés de mando: cuya misión es el mando de las diversas partes de una instalación eléctrica. Relés de medición: cuyo conexionado es parecido al del relé de protección, aunque, en esta ocasión, no se desconecta el interruptor de potencia, sino que el funcionamiento del relé determina una modificación de las características de funcionamiento del circuito eléctrico. Se les llaman también relés de regulación.

238

a) Relés limitadores: su funcionamiento depende del valor determinado de la magnitud medida (ejemplos: relés de máxima intensidad, relés de mínima impedancia, etc. b) Relés de comparación de módulos de magnitudes de acción: su funcionamiento depende de la comparación de las magnitudes de alimentación, sin tener en cuenta su desfase (ejemplo: relé de máxima intensidad de porcentaje) c) Relés de fase: su funcionamiento depende del desfase entre las magnitudes de alimentación (ejemplo: relé direccional)

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d) Relés analógicos: estos dispositivos eventualmente, en un campo limitado, producen una señal de salida, cuyo valor es proporcional al de la magnitud medida.

b) Relés temporizados: es decir, aquellos relés en los que interviene el parámetro tiempo:

Relés de funcionamiento por todo o nada: se establecen para funcionar, ya sea con aplicación brusca, dentro de amplios límites de la magnitud de utilización, ya sea por efecto de la supresión brusca de dicha magnitud de instalación. Se incluyen los siguientes tipos de relés:

b.2 Relé de duración de acción limitada: destinados a cerrar o a abrir.

a) Relé elemental: cuyos cambios de estado no estan voluntariamente retrasados: a.1 Relé elemental: Es decir, de funcionamiento simple. a.2 Relé con contactos de paso: poseen uno o más contactos destinados a abrir o cerrar momentáneamente uno o más circuitos en uno en ambos sentidos de funcionamiento. a.3 Relé de inmovilización de posición: dotados de diversos dispositivos de mantenimiento, en estado de reposo o en estado de trabajo. Aislante

Contactos

Flejes

Separador Armadura

Culata magnética Bobina

Núcleo de hierro Símbolo

Figura No. 277 Relé elemental.

b.1 Relé elemental: es decir, de funcionamiento simple.

c) Relés secuenciales: permiten realizar un programa de conmutaciones durante cierto tiempo. c.1 Relé autoperiódico: destinado, por sus propias características, y una vez alimentados, a cerrar periódicamente uno o varios circuitos periódicamente. Recibe el nombre especial de vibrador, cuando la frecuencia de cierre es superior a 10 Hz y de intermitente, cuando dicha frecuencia de cierre es inferior a 10 Hz. c.2 Relés de programa: una vez alimentados permiten realizar un programa, previamente determinado, de cierres y de aperturas de uno o más circuitos. El programa previamente determinado puede o no ser regulable. Se denominan; relés de ciclo único, cuando el programa se realiza una sola vez y relés de ciclo renovado, cuando el programa se realiza varias veces. c.3 Relé integrador: cierra o abre uno o más circuitos cuando ha recibido un número determinado de impulsos. c.4 Relés convertidores: relés sin contactos, que permiten pasar de un sistema de señales a otro sistema de señales. Por lo general, los relés de protección y los relés de mando, son de funcionamiento “por todo o nada”, mientras que los relés de medición, son de funcionamiento continuo.

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239

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Los relés de mando, son de constitución más sencilla que los relés de medida y que los relés de protección. Relés de mando: Los relés de mando son también relés de funcionamiento por todo o nada y se definen a continuación: “Un relé de todo o nada es un relé establecido para funcionar dentro de amplios límites de la magnitud de influencia, siendo de importancia secundaria su valor de ajuste o de regulación.”

Todos los relés voltimétricos como los amperimétricos, son en su construcción, electromagnéticos. Por lo general, están constituidos por un núcleo de hierro alrededor del cual, se monta un bobinado recorrido por la corriente a controlar, la armadura es mecánicamente solidaria con los contactos del circuito de mando. Cuando la corriente o tensión alcanza el valor de regulación del relé, la armadura es atraída y actúa sobre los contactos. Cuando la corriente o la tensión decrecen, la parte móvil se desconecta para un valor inferior en un 20%, al valor ajustado. Relés de protección:

A los relés de mando se les denomina también relés auxiliares o contactores auxiliares. Relés de medición: Son dispositivos que permiten medir valores eléctricos y cuyo funcionamiento determina una modificación de los acoplamientos, pero no una separación del aparato receptor de la red, lo que caracteriza a los relés de protección. Los principales de ellos son sensibles a la corriente o a la tensión, algunos también pueden ser sensibles a la frecuencia. Los siguientes son ejemplos de relés de medida:

En las instalaciones industriales, el material eléctrico está frecuentemente sometido a condiciones severas de trabajo, por lo que resulta necesaria su protección, con el objeto de evitar fallos en su funcionamiento o reducir al mínimo, las posibles averías. Las perturbaciones contra las que se deben aplicar en general medidas de protección, son las siguientes: Sobrecargas prolongadas, cortocircuitos, sobrecargas repentinas, aceleración y desaceleración demasiado rápidas, falla de fase en los motores trifásicos, fallas en los motores de accionamiento debido a: La excesiva elevación de temperatura.

- Relés amperimétricos o relés de intensidad: funcionan para valores máximos o para valores mínimos de la intensidad de corriente. Su objeto es permitir el paso de una a otra característica, durante el arranque de motores en varios tiempos, establecer las conmutaciones necesarias, para el paso de una u otra característica, según la carga medir el valor de la intensidad de excitación de los motores shunt, etc. - Relés voltimétricos o relés de tensión. Éstos funcionan tanto para valores máximos, como para valores mínimos de tensión.

240

Los esfuerzos mecánicos elevados que resultan de una excesiva velocidad o de vibraciones mecánicas. Los relés de protección de motor, debido a su construcción, ofrecen una protección eficaz en caso de falla de las fases y protegen los motores en ejecución (Norma VDE 0660 apartado 104) Cuando se deforman los bimetales en el circuito principal del relé, debido a una sobrecarga trifásica del motor, actúan los tres sobre un puente de disparo diferencial. Una palanca de disparo conjunta conmuta, al alcanzar el valor límite, el contacto auxiliar.

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El puente de disparo diferencial está adosado de forma estrecha y regular por bimetales. En el caso de un fallo de fase, cuando uno de los bimetales no se deforma igual que los restantes o bien retorna a su posición de frío, diferente de los otros dos, entonces, el puente de disparo diferencial, recorrerá tramos diferentes. Este recorrido diferencial, se transforma por medio de una transmisión, en un recorrido adicional de disparo y este se efectúa de forma más rápida. Puente diferencial 97 95 S 98

97 95

96

Recorrido diferencial

98 96

Un relé regulado demasiado bajo impide desarrollar la potencia total del motor, un relé demasiado alto no ofrece una protección completa contra sobrecargas.

MEDIDAS DE SEGURIDAD 97 95 9896

MANTENIMIENTO BÁSICO Los dispositivos de protección y maniobras son importantes en un motor, por lo tanto merecen un adecuado mantenimiento para que puedan realizar su función eficientemente. Para mantener en buenas condiciones los dispositivos de protección y maniobras, realice lo siguiente:

•

La regulación correcta del relé corresponde exactamente a la intensidad del motor.

Si un relé regulado como es debido desconecta muy a menudo es necesario disminuir la carga del motor o reemplazarlo por uno más potente.

Figura No. 278 Relé de protección de motor.

•

Es necesario utilizar fusibles y/o relés instantáneos, en el circuito principal para evitar las consecuencias de los cortacircuitos, tanto para la protección del motor como para el relé.

Proteja para que no haya penetración de humedad, reducción de enfriamiento motivado por una disminución de velocidad o taponamiento, calentamiento pasajero procedente del exterior, desgaste de los ejes y los cojinetes, ya que esto puede provocar que el relé no se desconecte a tiempo aunque el motor esté en peligro. Saque cualquier cuerpo extraño que pudiera haberse introducido en el entrehierro del circuito magnético o entre los contactos.

Para relés, contactores, interruptores y otros elementos en chasis: Nunca manipule manualm ente los relés o contactos bajo tensión. Todo accionamiento debe hacerse siempre por medio de sus propios órganos de accionamiento. Verifique que sus partes móviles no estén torcidas o desplazadas. Para realizar las verificaciones utilice herramientas, aparatos e instrumentos bien aislados y en perfecto estado. En ausencia de tensión, accione los relés, contactores y otros elementos con movimiento, probándolos a mano para verificar que los movimientos estén libres de impedimento y la tensión de contacto sea adecuada. Compruebe que las secciones de los conductores correspondan exactamente con las normalizadas y calculadas, para las potencias de los motores u otros aparatos que se deban alimentar.

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241

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4.9 CALCULAR

PROTECCIÓN TÉRMICA EN MOTORES MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS

La circulación de una corriente por un conductor genera calor en el interior del conductor. Este calor produce un aumento de la temperatura del conductor, y si es demasiado alta, produce la degradación del conductor. Si la intensidad no supera la intensidad máxima admisible del conductor, se puede asegurar que la temperatura no llegará (con un margen de seguridad) a degradar los conductores.

Figura No. 279 Variando la temperatura, divergen la longitud de las franjas.

Tras unir y fijar las franjas metálicas resulta:

El calentamiento de un conductor no es instantáneo. Como la energía calorífica (Q) generada es proporcional al tiempo (t) y al cuadrado de la corriente (I2) 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 2 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789 12345678901234567890123456789

Q=RxI xt

El tiempo que se tarde el conductor en alcanzar una temperatura peligrosa es inversamente proporcional al cuadrado de la corriente: 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 máx 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 2 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890

t= Q RxI

De lo que se deduce, que una vez producida una sobrecarga, se puede esperar un tiempo antes de desconectar la línea. Esto es muy importante, ya que, por ejemplo, permite el arranque de un motor por que en éste se produce una sobrecarga de corta duración. El disparador de sobreintensidad bimetálico consta de dos franjas metálicas con diferente dilatación térmica, obtenido por ejemplo, por laminado en caliente o soldadura a presión.

242

Figura No. 280 Comportamiento de el bimetal a diferentes temperaturas.

El protector térmico o relevador térmico protege el motor contra sobrecargas sostenidas (sc) El relevador tiene tres elementos térmicos individuales conectados uno por fase. Un contacto normalmente cerrado T forma parte también, del conjunto relevador, que abre cuando el relevador se calienta demasiado y permanece abierto, hasta que el relevador se restablece manualmente.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

La capacidad de este dispositivo de protección contra sobrecarga está asociado también, al llamado factor de servicio, que identifica la sobrecarga continua que un motor de una potencia dada, puede soportar con seguridad. Por ejemplo, un motor de 10 HP con un factor de servicio de 1.0 puede operar con seguridad con sólo 10 HP, ya que la obtención de la capacidad del factor de servicio se multiplica por la cantidad de potencia de la máquina.

Para la correcta selección de un relé o relevador térmico, se necesita conocer las siguientes características del receptor: Tiempo máximo que puedes oportar una sobreintensidad no admisible, sin quedar fuera de servicio, lo que implica elegir la clase de disparo del relé térmico; la clase de disparo establece el tiempo máximo de intervención del relé térmico, en función de la corriente que lo atraviesa.

Por ejemplo, algunos otros motores de 10 HP pueden también impulsar con seguridad, cargas de 11 ó 12 HP en forma continua, en estos casos se dice que se tienen factores de servicio de 1.1 y 1.2 respectivamente.

Tiempo de disparo Clase

1.5 lr

7.2 lr

10 A

< 2 min

2-10s

10

< 4 min

4-10s

20

< 8 min

6-10s

30

< 12 min

9-10s

Tabla No. 26 Clases de relés térmicos y tiempos de disparo.

Corriente de servicio (Is), es la que consume en condiciones nominales. Para poder elegir la corriente del térmico (Ir), la corriente de servicio debe estar incluida dentro de un margen, tal como se muestra en la siguiente tabla.

Figura No. 281 Montaje del relé térmico. Clase Margen Ir

10A 0.10

0.16

0.26

0.40

0.63

1

1.25

0.16

0.25

0.40

0.63

1

1.6

2

Clase Margen Ir

20A 2.5

4

5.5

7

9

12

17

4

6

8

10

13

18

25

Tabla No. 27 Margen de la corriente de servicio.

Tus apuntes

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243

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Los pasos que debe seguir son los siguientes: 1. Determine la clase de disparo más adecuada del relé térmico.

Los fabricantes suelen adjuntar una información técnica en la que se presenta la corriente del térmico Ir en función del tiempo t.

2. Elija el margen de regulación de la corriente del térmico, para la corriente elegida.

En la tabla 28 están las letras clave para indicar los kVA por C.P. de los motores con rotor bloqueado

Carrera de desconexión DS Regulación Armadura F Rearme automan Carrera

Bilámina para compensación de temperatur a

98 96 Botón de rearme

Bilámina

Leva Contacto auxiliar

I Pivote

R

U

S

95 I

I

Figura No. 282 Constitución de un relé térmico.

LETRA DE CLAVE A B C D E F G H J K

KVA POR C.P. CON ROTOR BLOQUEADO 0 3.15 3.55 4.0 4.5 5 5.6 6.3 7.1 8.0

-

3.14 3.54 3.99 4.49 4.99 5.59 6.29 7.09 7.99 8.99

LETRA DE CLAVE L M N P R S T U V

Tabla No. 28 Letras clave para indicar los kVA por C.P. de los motores con rotor bloqueado.

244

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KVA POR C.P. CON ROTOR BLOQUEADO 9.0 9.99 10.0 11.19 11.2 12.49 12.5 13.99 14.0 15.99 16.0 17.99 18.0 19.99 20.0 22.39 22.4 y más

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Las letras de código en los motores eléctricos, representan una medida de la corriente que demandan durante el arranque o sea “a rotor bloqueado” lo que significa con velocidad inicial cero y son consideradas como un elemento que interviene en la selección de la protección del motor. Es común que las letras de código se expresen en unidades de KILOVOLTAMPERES/CABALLOS DE POTENCIA (KVA/HP) En consecuencia, si la potencia de un motor en HP y la letra de su código se leen en sus datos de placa, se pueden calcular en forma muy sencilla, los kVA de arranque y la corriente máxima de arranque. Para un motor trifásico la potencia aparente en VA es: 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789

VA= 1.73VLIL

Donde VA = Potencia aparente S en Volt-Amperes. VL = Voltaje de fase a fase (tensión de línea) en volts. IL = Corriente de línea en Amperes.

EJEMPLO 1 Calcule para un motor trifásico de inducción de 5 HP, 60 Hz, 220 Volts con letra de clave H. a) La mínima y máxima corriente de arranque posible, b) La corriente normal de operación a plena carga, c) La máxima corriente de arranque, como una relación de la corriente nominal.

SOLUCIÓN a) De la figura anterior, para la letra de código H el motor tiene de 6.3 a 7.09 kVA/HP, por lo tanto: Los kVA mínimos que demanda son: kVA mínimos = 6.3 kVA x 5HP = 31.5 kVA HP Los kVA máximos que demanda: kVA máximos = 7.09 kVA x 5HP = 35.45 HP Como se trata de un motor trifásico, entonces su potencia se puede expresar como: S=

3 x V xIL (VA)

De donde para el caso de la mínima corriente de línea: IMIN = SMIN = 31.5 x 1000 = 82.66 A 3xV 3 x 220 IMAX= SMAX = 35.45 x 1000 = 93.03 A 3xV 3 x 220 b) La corriente nominal de operación a plena carga se obtiene de la tabla de la siguiente figura, de la corriente a plena carga de motores. De manera que para 5 HP a 220 V, la corriente es 15 A. c) La máxima corriente de arranque como una relación de la corriente nominal es: 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 max nom 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789 123456789012345678901234567890121234567890123456789

I

I

= 93.03 = 6.202 15

Es decir, aproximadamente 6.2 veces mayor que la corriente de operación.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

245

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

DATOS PARA MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUCCIÓN Y ELEMENTOS DEL CIRCUITO DERIVADO

CAP.

MAX.

HP

V

1/4

220 ___

1/2

AMP

MARCO

1 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

220 ___

2 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

3/4

220 ___

2.8 ___

15 ___

TE ___

00 ___

3 No. 12 ___

13

1/2

1

220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440 220 440

3.5 1.8 5 2.5 6.5 3.3 9 4.5 15 7.5 22 11 27 14 40 20 52 26 64 32 78 39 104 52 125 63 150 75 185 93 246 123 310 155 360 180 480 240

15 15 15 15 20 15 30 15 30 20 50 20 50 30 70 30 100 50 100 50 125 70 200 100 200 100 225 125 300 150 400 200 400 225 600 300 800 400

TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TE TEF TFJ TEF TFJ TEF TFJ TEF TFJ TFJ TJJ TFJ TJJ TFJ TJJ TFJ TKM TJJ TKM TJJ

00 00 00 00 00 00 0 0 1 0 1 1 2 1 2 2 3 2 3 2 3 3 4 3 4 3 5 4 5 4 5 4 ___ 5 ___ 5 ___ 5

3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 12 3 No. 10 3 No. 12 3 No. 10 3 No. 12 3 No. 8 3 No. 10 3 No. 6 3 No. 8 3 No. 4 3 No. 8 3 No. 2 3 No. 8 3 No. 0 3 No. 6 3 No. 0 3 No. 4 3 No. 2/0 3 No. 2 3 No. 4/0 3 No. 2 3 No. 300 MCM 3 No. 0 ___ 3 No. 3/0 ___ 3 No. 4/0 ___ 3 No. 300 MCM

13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 19 13 19 19 25 19 32 19 32 19 51 25 51 32 51 32 64 32 64 51 ___ 51 ___ 64 ___ 64

1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 1/2 3/4 3/4 1 3/4 1 1/4 3/4 1 1/4 3/4 2 1 2 1 1/4 2 1 1/4 2 1/2 2 2 1/2 2

2 3 5 7 1/2 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 200

INTERRUPTOR

CONDUCTOR TW (AWG O MCM)

*Para longitudes de conductor de hasta 60 m.

Tabla No. 29 Datos para motores trifásicos de inducción y elementos del circuito derivado.

246

DIAM. TUBO CONDUIT Pulg. m.m

ARRANCADOR TAMAÑO NEMA

1 1/2

CORR. NOR. A MPS

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2 2 1/2 2 1/2

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

EJEMPLO 2 Calcule las características principales para los alimentadores de los motores trifásicos de inducción a 60 Hz, cuyos datos principales se dan a continuación:

Calentador

Película de soldadura

Terminales de carga

- Motor de 5 HP, 220 V con letra de código A y corriente nominal de 15.9 A, jaula de ardilla. - Motor de 25 HP, 440 V con una corriente nominal de 36 A.

Terminales del circuito de control Operador

Resorte de operación

SOLUCIÓN Para el motor jaula de ardilla de 5 HP, 220 V con letra de código A, el circuito derivado se puede proteger por medio de un interruptor termomagnético de 1.5 x 15.9 = 23.85 A, debido al bajo valor que da su letra de código a rotor bloqueado.

Trinquete

Figura No. 283 Elemento de un relevador de sobrecarga.

El máximo ajuste del dispositivo de sobrecarga (elemento térmico) es 1.15 x 15.9 = 18.29 A. Para el motor de 25 HP a 440 V, como no se dan datos de letra de código, puede suponer un factor de servicio de 1.2, con lo que el elemento de protección contra sobrecarga se puede ajustar a un valor: 1.25 x 36 = 45 A. Se puede usar un fusible de tiempo no retardado para proteger el circuito y cuyo valor es 3 x 36 = 108 A. Por lo general, los dispositivos de protección contra sobrecargas se ajustan a 125% de la corriente de la placa a plena carga, para factores de servicio de hasta 1.15. si el motor se ve afectado en forma adversa gradualmente, hasta un máximo de 140%. El dispositivo de protección contra sobrecargas se debe seleccionar, para disparar con una capacidad no mayor del siguiente porcentaje de la corriente a plena carga del motor. Cuando el relevador de sobrecarga seleccionado, de acuerdo con las recomendaciones anteriores, no es suficiente para arrancar el motor o para conducir la carga, se pueden seleccionar los siguientes valores más altos de relevadores de sobrecarga, con la limitante de que no excedan los siguientes porcentajes de las corrientes a plena carga de los motores.

Trinquete mecánico

Línea de alimentación

Línea de alimentación

Contactos del arrancador

L1

L2

L3

M

M

M

Contactos del arrancador Elementos térmicos

Elementos térmicos T2 T3

T1

M

T2

T1

M

3 fases alto o bajo voltaje Figura No. 284 Se requiere de un elemento térmico por cada línea de fuerza.

EJEMPLO 3 Un motor tiene una corriente de plena carga de 25 A, la temperatura ambiente es de 55 °C. Calcule la corriente de disparo por sobrecarga requerida.

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247

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

12

12 TEMPERATURA ESTÁNDAR 12 55 oC = 0.9

12

12 1.10

5

10

16

27

21

32

38

43

49

55

60

65

70

Figura No. 285 Corrección por temperatura ambiente para elementos térmicos.

SOLUCIÓN El procedimiento es el siguiente: 1. Determine la temperatura ambiente, en ese caso es de 55 °C. 2. De la gráfica de la Figura anterior, determine el porcentaje de corriente nominal para la temperatura, en este caso es de 0.9. 3. Multiplique la corriente a plena carga (del dato de placa del motor) por el factor de la corriente. La corriente de disparo por sobrecarga es = 25 x 0.9 = 22.5 A.

248

Motores con factores de servicio no menores de 1.15

140%

Motores con elevación de temperatura no superior a 40 °C

140%

Para otros motores

130%

En el caso de los elementos térmicos, los fabricantes publican tablas de selección para consulta, cuando se ordenan dispositivos de sobrecarga. Cuando se usa relevador de sobrecarga, el ajuste de corriente del relevador se seleccionan para proteger al motor contra sobrecargas sostenidas. En la figura anterior, el contacto T abre después de un lapso de tiempo que depende de la magnitud de la corriente de sobrecarga. En esta relación de tiempo, de disparo contra el valor de ajuste de la corriente de disparo, se dan curvas como la que se muestra en la página siguiente: De la figura 295, puede observar que a la corriente nominal (múltiplo 1), el relevador nunca dispara, pero a 2 veces el valor de la corriente nominal, el térmico está normalmente provisto de un botón de restablecimiento, para recerrar al contacto T después de una sobrecarga. Para esto, es preferible esperar algunos minutos, antes de presionar el botón de recierre, para permitir que se enfríe el relevador.

Tus apuntes

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120 min

Desde este punto de vista, un controlador abarca desde un pequeño interruptor horario que conecta una carga (señal de gobierno) a la hora programada (orden de entrada), hasta un sistema basado en sofisticados controladores digitales que incluyen microprocesadores.

60

TIEMPO

30

6

El controlador o regulador de un proceso, toma decisiones en función de la programación establecida, sobre la base de las señales de entrada. Las órdenes de entrada de controlador, fundamentalmente son de dos tipos:

2

1 min 40 seg 20 10 5 2 1 1 11 15

2 4 5 10 Múltiplo del ajuste de corriente

Consignas del usuario. Son introducidas directamente por el operador o el usuario de la instalación. Estas señales pueden proceder desde un simple pulsador que emite orden de conexión de la carga, hasta un complicado teclado para la introducción de datos, tales como la temperatura de confort deseada en una estancia o la hora de desconexión de una determinada carga.

4.10 ELEMENTOS DE

Información del sistema. Para una gestión eficaz del sistema a controlar, es necesario que el controlador disponga de información acerca de las magnitudes que se desean controlar (sistema de control de lazo cerrado). Por lo tanto, el sistema de control recibe información del exterior, a través de los sensores o detectores instalados en el sistema.

4.10.1 DEFINICIÓN

En respuesta a la aplicación o función que realiza un controlador, el sistema de control proporciona la siguiente ayuda:

Figura No. 286 Curva típica de un relevador de sobrecarga.

MANDOS ESPECIALES

Cuando una instalación eléctrica se automatiza, es necesaria la utilización de elementos encargados del mando y gobierno como los contactores y el empleo de una serie de aparatos auxiliares, requeridos por un sistema de control, que en función de las órdenes recibidas por el usuario, controlen los órganos de salida o actuadores del sistema. En general, los elementos de mando especial son un tipo de controladores o los dispositivos encargados de generar las señales que gobiernan los actuadores, en función de las señales de orden de entrada.

La señal de salida del controlador en respuesta a las órdenes introducidas, permite modificar el estado de la instalación y va dirigida a los actuadores del sistema. La señal de información destinada al operador o usuario de la instalación, informa acerca del estado o de las incidencias que ocurren en la instalación. Estas señales controlan desde simples pilotos luminosos, leds de indicación o sirenas, hasta sofisticados paneles de visualización, como por ejemplo, el de un ordenador.

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249

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

4.10.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS En función de la tecnología utilizada por los accesorios o controladores, se pueden clasificar entre controladores analógicos y controladores digitales: Controladores digitales. Se fundamentan en la capacidad de cálculo de los microprocesadores que llevan incorporados. Controladores analógicos. Los controladores analógicos son utilizados en los sistemas de gestión de procesos continuos.

WITCH LÍMITE

WITCH DE PRESIÓN

Controlador digital Entrada digital Entrada analógica

Interfaz de entrada

A

Microprocesador

Interfaz de salida

Memoria

Figura No. 288 Tipos de switch.

A

Controlador analógico Entrada analógica

Salida analógica Regulador PID

Figura No. 287 Controladores.

4.10.3 MICROSWITCH Son dispositivos de control piloto para el motor, que protegen al operador de condiciones inseguras. Estos dispositivos piloto incluyen, sensores de temperatura, interruptores (switch de presión), paros de emergencia y switch límite. Cuando los dispositivos piloto detectan una condición adversa, paran el motor.

250

WITCH INDUCTIVO DE PROXIMIDAD

Salida analógica

D

D

Salida digital

Los desconectadores, también conocidos como switch, constituyen uno de los medios más elementales de control, ya que conectan o desconectan el motor de la fuente de alimentación. Se construyen con navajas para dos líneas (motores monofásicos) o tres líneas (motores trifásicos), las navajas abren o cierran simultáneamente por medio de un mecanismo. Por lo general, se encuentran alojados en una caja metálica y tienen un fusible por conductor. Están diseñados para conducir corriente nominal por un tiempo indefinido y para soportar la de cortocircuito por periodos breves de tiempo.

DESCONECTADOR DE 2 POLOS

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DESCONECTADOR DE 3 POLOS

Figura No. 289 Desconectadores (switch)

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Los circuitos de control están diseñados para desarrollar una función específica. La lógica, es la manera o forma en como funciona un circuito. Las funciones de lógica común se aplican a distintos circuitos eléctricos, los nombres para las funciones lógicas comunes incluyen and, or, not, nor y nand. La función lógica depende de la relación entre las señales de entrada y salida de un circuito. Las entradas son los switches que arrancan o paran el flujo de corriente a las salidas. Las salidas son las cargas que usan la electricidad entregadas por los switches para producir trabajo. Las cargas típicas son; lámparas, motores, elementos de calefacción y selenoides. Un circuito es activado cuando los contactos del switch son switcheados manualmente (estación de botones), mecánicamente (switch límite) o automáticamente. Switch electrónico para los motores de inducción de arranque con capacitor Una tendencia muy definida de la evolución electrónica en los llamados sistemas de potencia, ha sido la sustitución de dispositivos, mecánicos con dispositivos electrónicos de estado sólido. La idea básica es, desde luego, mejorar la confiabilidad y también cambiar el comportamiento, pasando la operación mecánica de algunas componentes a operación electrónica. Con relación a los motores de corriente alterna, algunas veces parece algo incongruente usar un switch centrífugo en los motores de inducción de arranque con capacitor, entonces se intenta eliminar los contactos del switch. El uso de contactos mecánicos ha sido común por muchos años, es confiable, pero ciertamente requieren de más mantenimiento.

MOTOR DEVANADO DE TRABAJO (OPERACIÓN)

DEVANADO DE ARRANQUE

RESISTENCIA DE DESCARGA (OPCIONAL) ALIMENTACIÓN EN C.A.

CAPACITOR DE ARRANQUE

TRIAC

R1

CI

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Figura No. 290 Switch electrónico (triac) para motores de inducción de arranque con capacitor.

4.10.4 DETECTORES DE FINAL DE CARRERA Los detectores electromecánicos son dispositivos que ofrecen una salida libre de tensión, cuyo principio de funcionamiento es similar al de los pulsadores y su construcción física es adecuada para la detección de elementos móviles. Algunos detectores electromecánicos son los de finales de carrera y los contactos de vigilancia. El principio de funcionamiento de estos dispositivos es que presentan una posición estable, en ausencia de presión del objeto a detectar, y una posición inestable.

Tus apuntes

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251

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Es necesario el contacto físico con el objeto a detectar, por lo que los elementos que están sometidos al contacto sufren desgaste mecánico. Transmiten al sistema de control datos sobre la presencia-ausencia, el posicionamiento, etc. La principal aplicación es la detección de apertura y cierre, para la detección de cualquier móvil, que pueda presentar contacto físico con el detector.

a) Símbolos eléctricos

b) Principio de funcionamiento

c) Ejemplo de aplicación

Los de seguridad, llamados también de puerta. Son interruptores de final de carrera destinados a interrumpir o cerrar un circuito de mando cuando el desplazamiento de un determinado elemento móvil alcanza un valor limite prefijado. El ángulo de trabajo de las levas puede variarse fácilmente mediante tornillos accesibles que al aflojarlos, permiten variar el desplazamiento de las levas hasta el punto deseado. Los selectores de carrera constan principalmente, de un bloque de contactos colocado en el interior de una caja, accionados por un dispositivo de ataque que varia según la forma del órgano de accionamiento. Se componen esencialmente de un tambor de levas, las cuales accionan unos microinterruptores en función del numero de revoluciones del mecanismo. Estos microinterruptores actúan sobre las bobinas de los contactores de acuerdo con los movimientos que se deseen controlar. en las figuras siguientes se muestran los distintos tipos de finales de carrera disponibles.

Figura No. 291 Final de carrera.

Selectores de final de carrera Son aparatos destinados a producir un recorrido lineal y abrir o cerrar contactos en diferentes puntos de este recorrido. Estos intervienen, siempre que se quiera parar una máquina o invertir el sentido de desplazamiento de un órgano de la misma. Por lo tanto, estos finales de carrera han de ser de plena seguridad. Importa, pues, que sean capaces en todo instante, de desempeñar el papel que se les encomiende. Son de realización muy diferente, según la naturaleza del órgano mecánico que los acciona. Así, pues, se distinguen:

252

Figura No. 292 Distintos tipos de finales de carrera.

Finales de carrera de lira Son los particularmente empleados en mecanismos de elevación. Constan de un tambor en el que se acoplan dos levas regulables que accionan sendos contactos montados sobre barras aisladas y sujetas a la caja.

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El eje del tambor de levas puede apoyarse al armario mediante casquillos de bronce o cojinetes de bolas. El rozamiento de las levas con los contactos se realiza a través de un rodillo de material plástico para evitar su desgaste. Los contactos están ampliamente dimensionados para trabajar sobre las bobinas de los contactores, pero no para accionar directamente el motor.

4.10.5 SENSORES Son elementos capaces de transformar la naturaleza de la magnitud que se desea controlar, como la temperatura, es más fácilmente tratable por el sistema de control, por ejemplo tensión o corriente eléctrica. El numero de sensores disponibles para la medida de las distintas magnitudes físicas es tan elevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos previamente de acuerdo con algún criterio. Los criterios más comunes de clasificación son: - Según el tipo de señal de salida. - Según el aporte de energía. - Según la magnitud de medida. Según el tipo de la señal de salida los sensores pueden ser: Sensores analógicos o continuos

Sensores digitales o discretos En general, a diferencia de un sensor de tipo continuo, un sensor digital sólo proporciona un número finito de valores de salida que dependen de la magnitud medida. El caso mas simple de sensor digital es un sensor binario que solo presenta dos estados posibles de salida (“1” o “0”) lo que proporciona información del tipo encendido-apagado, abierto-cerrado, On-Off, etc. El sensor digital por excelencia es el pulsador, que puede considerarse como un sensor de presión ya que cuado se ejerce la presión suficiente, el contacto cambia de posición. Otra clasificación de los sensores fundamenta en la necesidad de estos aportación de energía externa para funcionamiento. Así, según el aporte energía los sensores se pueden dividir moduladores o en generadores.

se de su de en

Sensores moduladores En los sensores moduladores o activos de la energía de la señal de salida procede en su mayor parte de una fuente de energía auxiliar. Un claro ejemplo de estos sensores es la resistencia RTD, ya que para su funcionamiento es necesaria una alimentación de tensión que permita la conversión de variación de resistencia en una variación de corriente o tensión. Sensores generadores

Proporcionan una señal de salida que depende directamente del valor de la magnitud medida, es decir, estos sensores proporcionan una señal de salida continua, que puede variar en todo el margen de medida del sensor, en función del valor de la magnitud medida.

En los sensores generadores la energía de salida es suministrada por la entrada. Un ejemplo de estos sensores son los termopares, que no necesitan alimentación externa para suministrar una tensión que depende de la temperatura de su unión.

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253

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

La principal clasificación de los sensores se realiza en función de la magnitud que es capaz de medir. Entre los principales se encuentran: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor

de de de de de de

4.10.6 GUARDANIVELES Es llamado también interruptor de flotador, este es un switch de baja potencia de mando que convierte una acción de tipo mecánico dada por el nivel o posición del agua, en una señal eléctrica que actúa sobre el motor para arrancar o parar. Su uso más frecuente se encuentra en equipos para bombeo o bien del tipo hidroneumático y su función principal es mantener los valores límite (definidos por el límite máximo y el límite mínimo) en cisternas o depósitos de agua.

temperatura. luminosidad. presión. humedad. posición. gas. Sensor de presión

INTERRUPTOR Sensor de humedad Sensor de temperatura TANQUE SUPERIOR Figura No. 293 Construcción externa de algunos sensores convencionales.

Bomba

TANQUE Ó CISTERNA DE NIVEL INFERIOR

Figura No. 294 Aplicación de interruptores de guardaniveles.

Existen distintas versiones constructivas de estos interruptores, pero todos se basan en el mismo principio y están constituidos por un conjunto de contactos que se accionan de alguna forma por dispositivos mecánicos, ajustando los rangos de apertura y cierre de estos contactos.

254

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

CAJA DEL CONTACTO

VARILLA

FLOTADOR

INTERRUPTOR TIPO FLOTADOR CAJA DE CONTACTO INTERRUPTOR

SOPORTE

TOPE SUPERIOR

FLOTADOR

FLOTADOR

TOPE INFERIOR VARILLA

TOPE INFERIOR VARILLA

Figura No. 295 Detalle de la instalación de un interruptor de flotador. ENTRADA DE CORRIENTE SWITCH SALIDA DE CORRIENTE

TANQUE

GUÍA DE VARILLA VARILLA FLOTADOR DE BOLA LÍQUIDO Figura No. 296 Diagrama de operación de un switch flotador.

4.10.7 CONSERVACIÓN Cuando se trata de accesorios de los controladores de motores, se deben comprender y usar correctamente estos dos términos. Los términos protección de sobrecorriente y protección contra sobrecarga, de igual manera son importantes en las instalaciones eléctricas con el control de motores.

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255

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Se debe instalar una protección contra sobrecorriente en el circuito de fuerza o potencia para proteger los conductores que alimentan al motor, y pueden ser fusibles o interruptores termomagnéticos, en tanto que la protección contra sobrecarga se instala en el circuito para proteger los devanados del motor y puede existir en la forma de relevadores de sobrecarga o elementos térmicos Protéjase contra el paso de corriente a través del cuerpo, utilizando guantes aislantes, y evite que dos partes del cuerpo estén sometidas a distinto potencial. No efectúe maniobras en circuitos que no estén bajo control. No manipule nunca un circuito cuando este bajo tensión. Toda instalación sobre la cual se trabaje debe estar correctamente señalizada, y debe disponer de los cerrojos de seguridad que establecen las normas de seguridad. No manipule los accesorios o contactos bajo tensión. Todo accionamiento debe hacerse siempre por medio de sus propios dispositivos de accionamiento. Verifique que el color y el marcado de todos los conductores sea el correcto. Protéjase contra el arco eléctrico (ya que afecta a los órganos visuales y a las superficies corporales próximas al arco) utilizando gafas protectoras.

Figura No. 297 Gafas protectoras.

256

4.11 PROCESO PARA

REALIZAR CIRCUITOS ESPECIALES DE MOTORES

En esta unidad estudiará lo relativo a los llamados bloqueos, secuencias para instalaciones múltiples de motores, así como de las áreas peligrosas que se deben tratar como circuito especiales, en virtud de que intervienen otros elementos no convencionales.

4.11.1 PROCESO DE INSTALACIÓN A continuación se indican varias de las técnicas especiales para arrancar motores, preferentemente del tipo trifásico. Arranque de un motor con devanado partido (part-winding) Potencia: este tipo de motores arrancan en dos etapas, la primera de las cuales utiliza solo la mitad del devanado del motor, aportando la mitad de la potencia total. El seccionador portafusibles de cabecera se puede sustituir por un disyuntor automático. Nótese la necesidad en este tipo de motores de instalar dos protecciones contra sobrecargas puesto que existen consumos nominales diferentes en cada una de las etapas del arranque. Se recomienda el uso de dos relés térmicos y un disyuntor magnético en cabecera. El calibre de los relés térmicos es la mitad de la intensidad nominal (In / 2) Control: Se ha omitido una protección contra cortocircuitos del circuito de control, necesaria individualmente o colectivamente para varios circuitos de control, mediante fusibles o mediante aparatos magnetotérmicos.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

1 5 2

El arranque se realiza mediante un pulsador de marcha y en paralelo un contacto de cierre para mantener accionado el contactor de la primera etapa una vez soltemos el pulsador. La segunda etapa del arranque se produce transcurrido un tiempo ajustable mediante un temporizador neumático montado mecánicamente encima del contactor de la primera etapa.

13

2

-02

CIRCUITOS DE POTENCIA

CON DISYUNTOR PORTAFUSIBLES L1 L2 L3

CON DISYUNTOR PORTAFUSIBLES L1 L2 L3

21 96 95 98 95

14

-01

-F2

-01

-F3

-01

I> I> I> 4

6

1

3

5

2

4

6

1

3

5

-01

3

5

1 3 5 -F3

2 4 6 W1 U1 V 1

2 4 6 W2 U2 V 2

4

6

2 4 6

1

3

5

1 3 5

-F2

12

-KM1

-F3

2 4 6 W1 U1 V 1

2 4 6 W2 U2 V 2 -KM1 3

M

D1

-KM2 A2

3

M

-KM1

11

1 -F2

-02

2

21

2 4 6

A1 22

6

A2

4

11

2

1 3 5 -KM2

-KM1

A1

1 3 5 -KM2

-KM1

12

22

2

Figura No. 298 Circuito de arranque de un motor en devanado partido (part -winding)

Transformadores de control

ALIMENTACIÓN TRIFÁSICA A 440 VOLTS.

Los transformadores reductores de control se instalan cuando los componentes del circuito de control diseñados para el voltaje nominal de alimentación. El voltaje primario del transformador es el voltaje de la línea de alimentación en tanto que el secundario, es el requerido para las componentes de control. En la siguiente figura se muestra la disposición física del circuito de fuerza y el de control, así como el esquemático para la instalación de un motor trifásico con transformador de control, para obtener bajo voltaje en el circuito de control.

PROTECCIÒN DE SOBRECORRIENTE

DESCONECTADOR

PARO ARRANQUE ARRANCADOR MAGNÈTICO

MOTOR Figura No. 299 Disposición física para el circuito de fuerza y de control para la instalación de un motor con transformador de control.

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257

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

L3

L2

M

T3

M

T2

M

Al medir el trabajo eléctrico, aplique las siguientes medidas de seguridad: M

Asegúrese que son correctas las conexiones que realizó de acuerdo al diagrama del circuito.

T1

L1 440 V

Conecte los aparatos de medición antes de encender la fuente de alimentación del circuito.

TRANSFORMADOR DE CONTROL

120 V X1 PARO

ARRANQUE

X2 M

01

A

No haga cambios en las conexiones con el circuito energizado.

M Figura No. 300 Diagrama esquemático de la instalación de un motor con transformador de control.

4.11.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD Las siguientes medidas de seguridad le serán útiles para el trabajo con líneas de alta tensión: Debe ser parte de su rutina usar guantes de hule y zapatos de suela de hule o botas, especialmente si está trabajando alrededor de la electricidad en un ambiente normal o mojado. Antes de realizar las conexiones de los circuitos, desconecte todas las partes sometidas a tensión. Asuma que todos los c ables no están protegidos y que el contacto con una línea de alta tensión puede resultar en la muerte por electrocución. No use escaleras de metal, tubos, cables o antenas cerca de líneas de alto voltaje. No toque o se acerque a líneas de alto voltaje que hayan caído al suelo.

258

Realice correctamente las mediciones con los aparatos. Asegúrese de que el cronómetro se active al mismo tiempo que la máquina, y que se apague de igual manera. Asegúrese de que la escala utilizada para hacer la medición, en los aparatos de medición, sea adecuada. Cuando trabaje con corriente alterna tome en cuenta el factor de potencia.

4.11.3 PROTECCIÓN AMBIENTAL Los transformadores sometidos a tensión por lo general emiten vibraciones y el nivel de ruido es excesivo por ello es necesario protegerse el aparato auditivo. Cuando el nivel de ruido en un puesto o área de trabajo sobrepase los 80 decibeles (db) será obligatorio el uso de elementos o aparatos individuales de protección auditiva. La protección de los pabellones del oído, los elementos de protección auditiva serán siempre de uso individual. Vea la figura siguiente.

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4.12.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS Luces piloto Son elementos de señalización óptica, consiste en encender una bombilla piloto, ya sea de incandescencia, de neón o de Led, para evidenciar un estado o la puesta en marcha de algún receptor, así como el disparo de un relé térmico, etc.

Figura No. 301 Protección auditiva individual.

1

4

3

2

En algunos casos el empleo de Led permite tener tres colores en un sólo elemento: rojo (seccionador cerrado), verde (seccionador abierto), y ámbar (seccionador en posición intermedia)

6

5

Figura No. 302 Distintos tipos de pulsadores para mando por impulsos.

1) 2) 3) 4) 5) 6)

De cabeza rasante De cabeza saliente Con capuchón de protección De cabeza de seta De enclavamiento con llave De mando por varilla

4.12 ELEMENTOS DE

SEÑALIZACIÓN

Figura No. 303 Ejemplo de luces piloto.

Los sistemas de luces piloto empleados, actúan por medio de lámparas, alimentadas a plena o baja tensión y cuyo color y estado (apagada-encendida), indica el estado de funcionamiento del pulsador. Entre estos dispositivos se pueden citar: Lámparas de incandescencia, alimentada a plena tensión.

4.12.1 PROCESO DE INSTALACIÓN Como se vio en otra sección de este manual los circuitos de señalización indican el estado de la máquina (paro, marcha, emergencia, etc.)

Lámpara con atmósfera de gas (neón, argón, xenón, etc.), alimentada a plena tensión. Lámpara de incandescencia montada en serie con una resistencia.

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259

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Lámpara de incandescencia o de gas, alimentada por un transformador. Un pequeño transformador permite la utilización de lámparas resistentes a los choques y vibraciones, alimentadas a la tensión de 6 V. El cambio de lámpara es fácil y se efectúa con toda seguridad, por el hecho de la baja tensión de alimentación. COLOR

SIGNIFICADO

Rojo

Accionamiento en caso de peligro Poro (OFF)

APLICACIONES Paro de emergencias Extinción de incendios Paro general, paro de algún motor, paro de partes de alguna máquina, desconexión de algún aparato de mando, rearme combinado con función de paro.

Amarillo

Intervención

Intervención para interrumpir condiciones anómalas o no deseadas.

Verde

Marcha (ON)

Marcha general, arranque de motores, arranque de partes de máquinas, conexión de aparatos de mando.

Azul

Negro Gris Blanca

Otras condiciones no cubiertas anteriormente

En algunos casos podrá darse a este color un significado especial.

No tienen ningún Se podrán usar para cualquier significado, a excepción de significado pulsador de paro. especial Tabla No. 30 Colores normalizados para lámparas y pulsadores y significado.

Botoneras Al accionar el botón pulsador o cabeza de pulsador (1), este actúa sobre el vástago de la cámara de contactos (2), que es mecánicamente solidaria con contactos de apertura (3) o de cierre (4), situados en el interior de dicha cámara, realizándose de esta forma, las operaciones de mando previstas.

260

Las cajas de pulsadores o botoneras son unidades de mando empotrables. Según la función que realizan, se dividen en: Pulsador Elemento LED para iluminación de superficie

Unidad pulsadora

Brida Resorte de ballesta

Cuerpo (carcaza)

Unidad interruptora

Interruptor

Figura No. 304 Constitución de un pulsador (Catalogo OMRON)

Las que sólo conectan y desconectan durante el impulso, y posteriormente, vuelven a su posición inicial contactos momentáneos) Los que quedan en posición activada cuando se acciona la cabeza de mando (contactos mantenidos o de enganche). Precisan de una segunda intervención para anular la anterior. Son en realidad, interruptores. Las cajas de pulsadores se usan en maniobras con contactores para abrir o cerrar circuitos auxiliares, para el mando de relés, para señalización, etc. En la figura anterior se aprecia la constitución de un pulsador consta básicamente de: 1) Un botón de pulsador. 2) Una cámara de contactos.

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Al accionar el botón pulsador éste actúa sobre los contactos, cambiándolos de posición: los abiertos pasarán a la posición de cerrados y los cerrados a la posición de abiertos. Las botoneras atendiendo a las condiciones de mando, pueden ser: 1) 2) 3) 4)

Eléctricas Mecánicas De montaje Ambientales 21:

21

22

15

14

21

22

15

14

21

22

15

14

21

22

21

22

15

14

15

14

21

22

15

14

21

22

15

14

14

,No.1/O,

31:

22 21

51:

Figura No. 306 Combinaciones de contactos accionados por un solo pulsador (Catálogo Klockner-M.)

61 42 1:

15

, No.1/C

Atendiendo a las condiciones mecánicas de mando, estas pueden ser a su vez:

,No.1

4:

Salientes: se recomienda manejarlos con guantes.

5:

Rasantes: evitan cualquier maniobra inesperada. 1:

,No.1

5:

De seta: intervención rápida, se suelen usar para activar paradas de urgencia (para evitar accidentes)

Figura No. 305 Tipos de botoneras.

De varilla: se pueden accionar en cualquier sentido.

4:

Según las condiciones eléctricas de mando (arranque, parado, cambio de giro, etc.) se clasifican por las posibilidades de las cámaras de contactos, pudiendo estar constituida cada cámara, por dos contactos abiertos (NO), dos contactos cerrados (NC) o un contacto abierto y un contacto cerrado, a veces resulta necesaria la unión mecánica de varias cámaras, el accionamiento de todas ellas a la vez, se consigue por medio de un vástago accionado por la cabeza del pulsador, la figura siguiente muestra diferentes combinaciones posibles de contactos.

Con capuchón: se usan en ambientes polvorientos (fundición, cementeras, obras, etc.)

Tus apuntes

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE MANDO Y FUERZA PARA MOTORES

Placas para pulsadores luminosos STOP 2/32 K

9/10 K

blanco

1-LT

110/111 K

101/102 K

5-LT

V

3-LT

MARCHE

START

6-LT

7-LT

VI

125/126 K

118/119 K Servicio manual servicio automático

Tus apuntes

262

2-LT

Figura No. 307 Indicaciones ópticas.

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4-LT

Instrucciones: con la ayuda y orientación del (de la) facilitador (a) y de acuerdo a los contenidos estudiados, realice las siguientes actividades: 1. Conexiones trifásicas. Presenten un informe escrito al facilitador, indicando cada una de las fases del proceso, con sus respectivas conclusiones. a. El facilitador organizará grupos de 4 participantes y sorteará 4 tipos diferentes tipos de conexiones para el arranque, parada y cambio de giro de un motor trifásico, utilizando: a. Cuchillas desconectoras. b. Guardamotor c. Interruptores d. Conexión Estrella - Delta b. Realicen una demostración sobre la forma en la que debe realizarse el proceso de conexión, en un tiempo máximo de 15 minutos, considerando todos los pasos que esto conlleva. Deben auxiliarse de la maquinaria, equipo y herramienta necesarias para el efecto. c. Elaboren el diagrama de la conexión según lo indicado en este manual. d. Identifiquen las características más importantes de la conexión asignada, al finalizar anótenlas en una hoja de rotafolio y péguenla en la pared del taller donde realizan la práctica. e. Presenten un informe escrito al facilitador, indicando cada una de las fases del proceso, con sus respectivas observaciones, investiguen si existe una forma alternativa de efectuar este proceso y descríbanla.

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263

2. Tipos de sensores. En grupos de tres participantes, realicen una investigación bibliográfica sobre los tipos de sensores que existen, de acuerdo a la siguiente clasificación: a. Según el tipo de señal de salida (analógicos, digitales), b. Según el aporte de energía (moduladores, generadores) c. Según la magnitud de medida (temperatura, luminosidad, presión, humedad, posición, gas, etc.) Indiquen lo siguiente: Definición y descripción de cada uno de los tipos de sensores. Función de cada uno de los sensores. Explicación de la aplicación de cada uno de los sensores. Deben entregar un reporte a su facilitador con los resultados de su investigación. 3. Falso verdadero. Escriba una F entre los paréntesis situados al final de cada proposición, si la proposición es falsa, o una V si es verdadera. Compare sus respuestas con el contenido del manual. 1. La prueba de corto circuito se lleva a cabo para determinar experimentalmente, el valor de la tensión nominal de un motor..............................................................................................( ) 2. El envejecimiento del aislamiento es un proceso químico que ocurre más rápidamente a temperaturas más bajas................................................( ) 3. El Nivel Básico de Aislamiento (BIL) el cual es un tipo de aislamiento capaz de proteger de un impulso de alto voltaje, por ejemplo de 110 voltios.............................................................................................( ) 4. Las plantas deshidratadoras de zeolita se usan ampliamente para el secado de la pintura de los motores eléctricos ...............................................( ) 5. Los contactos se limpian de humedad y polvo e impurezas mecánicas o partículas, haciendo girar el aceite a alta velocidad con un aparato llamado integrador centrífugo.........................................................................( )

264

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

6. El motor Compound tiene como característica principal, el ser compacto, o sea, la parte activa y los aisladores están dispuestos de tal manera, que su apariencia externa es la de una mini-subestación...................................( ) 7. La medición de la resistencia de aislamiento se efectúa por lo general, con un aparato llamado TTR...........................................................................( ) 8. La humedad, la elevación de la temperatura y los ambientes corrosivos y contaminados, son los principales enemigos de un motor......................( ) 9. Existen tres tipos de mantenimiento aplicados los motores eléctricos, estos son: predictivo, programado y registrado............................... ..........( ) 4. Medidas de seguridad personal y protección ambiental. Pruebe sus conocimientos completando las siguientes oraciones, compare sus respuestas con el contenido de la unidad 2: 1) Tenga siempre en cuenta que la maniobra de _______________________ para ajustar las tensiones, ha de efectuarse cuando el aparato está totalmente fuera de servicio, con el primario y el secundario desconectados. 2) La prueba de ____________________ se lleva a cabo para medir las pérdidas en el hierro, a la tensión nominal de funcionamiento. 3) La temperatura superior del motor nunca debe exceder de ____________°C., la consecuencia de sobrepasar estos límites podría ser que el motor entre en cortocircuito, tenga baja eficiencia, etc. 4) Las ____________________________ debidas a sobrecargas atmosféricas establecen sin duda, la situación más difícil para los aislamientos del motor. 5) La prueba de potencial aplicado, tiene como propósito verificar la capacidad de los _____________ a resistir sobretensiones de 60 Hz, entre los elementos conectados al contactor bajo prueba y las partes aterrizadas.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

265

El mando de los motores eléctricos consiste en realizar el arranque, la regulación de velocidad, el frenado, la inversión del sentido de marcha, así como también, el mantenimiento en operación de los mismos. En los casos más sencillos el arranque, la regulación de velocidad y el frenado, se realizan por medio de dispositivos accionados manualmente: interruptores de cuchillas, guardamotores, interruptores de polos, reóstatos de arranque y de regulación, combinadores, etc. Estos dispositivos son llamados mandos manuales. En los sistemas de potencia elevada, el mando manual resulta difícil y en ocasiones, imposible de utilizar a causa de los grandes esfuerzos necesarios para asegurar la maniobra de los aparatos. Los controles manuales se han clasificado según las Normas NEMA, donde se analizan las características de estos, de acuerdo a su construcción y tipo de aplicación. El mantenimiento apropiado de estos controles depende de su vida útil En todas las instalaciones eléctricas industriales donde se utilicen motores eléctricos, la instalación de los mismos, requiere del uso de medios de conexión y desconexión, así como de control. El control de motores eléctricos está asociado al estudio de los dispositivos eléctricos que intervienen en el cumplimiento de las funciones que realiza la maquinaria rotativa propiamente dicha, por tanto, es necesario protegerlo y asegurarse de que el motor no falle. Los controladores de un motor eléctrico son dispositivos que se utilizan normalmente, para arrancar un motor en forma determinada, en condiciones normales de operación, y pararlo cuando así se requiera. El controlador puede ser un simple desconectador para arrancar y parar el motor (switch), puede ser también una estación de botones para arrancar al motor en forma local o a control remoto, puede ser un dispositivo que arranque al motor por pasos o invierta su sentido de rotación o bien, haciendo uso de las señales de los elementos a controlar, como pueden ser la temperatura, presión, nivel de líquidos o cualquier otro cambio físico que se requiera para arrancar o parar un motor y que evidentemente, provean de un mayor grado de complejidad al circuito de control. El principio de operación de estos componentes (controles) es básicamente el mismo y su tamaño varía, dependiendo del tamaño del motor que van a controlar, entre los principales elementos de control están: los desconectadores (switches), interruptores termomagnéticos, relevadores, estación de botones, contactores, fusibles, lámparas, switch de nivel, autotransformadores, etc.

266

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Debe tomarse en cuenta la protección de cortocircuito y contra sobrecarga de los motores, para ello se utilizan interruptores y protectores térmicos, la cantidad de estos está en función de la tensión nominal, y de la cantidad de maniobras a las que estos son sometidos. Los arranques pueden ser de tipo manual y electromagnético, pueden utilizarse distintos dispositivos, de acuerdo al tipo de motor (monofásicos o trifásicos) Los dispositivos auxiliares son utilizados en los circuitos eléctricos que muestran el estado del motor eléctrico, o simplemente avisan de alguna maniobra que se debe realizar o se ha realizado, así como de los problemas que pueden surgir en el circuito, tanto de mando como de potencia. El buen funcionamiento y mantenimiento de los dispositivos que constituyen los controles de mando, son importantes para asegurar la vida de los operadores y de la máquina, así como también, proteger el ambiente. Los motores eléctricos constituyen una de las principales fuentes de energía mecánica para las distintas aplicaciones industriales, comerciales y de la vida diaria; por lo que se debe considerarse como elementos importantes esenciales y costosos, para la operación de una industria, por tanto, es necesario el diseño, construcción, instalación y mantenimiento del equipo, necesario para controlar a estos motores, en función de la aplicación a desarrollar. El “Control del motor” se refiere básicamente a las funciones disponibles de un controlador de motor y a la forma como es aplicado, como por ejemplo, el control de velocidad, inversión de sentido de rotación, aceleración, desaceleración, arranque y parada. Los contactores se emplean para el mando local o a distancia de máquinas de cualquier género. Sobre todo, se utilizan en los sistemas de mando en los que la potencia de acoplamiento y la frecuencia de maniobras plantean exigencias severas. El contactor resulta un elemento indispensable en la automatización, para el mando de las secuencias de trabajo, puede llegar hasta 5,000 conexiones por hora, pudiendo también cortar intensidades de corriente del orden de 10 a 15 veces la intensidad nominal del aparato, cosa imposible de realizar con un interruptor manual.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

267

Instrucciones: a continuación encontrará una serie de enunciados con cuatro opciones de respuesta. Subraye la correcta de acuerdo a los contenidos estudiados. 1. Un relevador de tipo _______________ es también conocido como un relevador de sobrecarga: A) B) C) D)

Térmico Magnético Electromagnético Neumático

2. Los contactos _______________ están diseñados para abrir y cerrar los circuitos de potencia: A) B) C) D)

Auxiliares Principales Electromagnético Hidráulicos

3. Contactores ______________ que por el tipo de accionamiento, pueden accionarse por la presión de un gas (nitrógeno, aire, etc.): A) B) A) D)

Electromagnéticos Electromecánicos Neumáticos Hidráulicos

4. Los controladores manuales o magnéticos de corriente _________________ con ruptura al aire y sumergidos en aceite, para servicio a 600 volts o menos, son capaces de interrumpir sobrecargas de operación hasta de 10 veces. A) B) C) D)

Continua Alterna Mixta Directa

5. Los fusibles deben ser reemplazados después de que operan una falla, en caso contrario pueden producir un (a) _____________ en motores trifásicos. A) B) C) D)

268

Cortocircuito Sobretensión Sobrecarga Operaciónmonofásica

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

6. Los fusibles categoría _________, también llamados fusibles lentos o de acompañamiento, son apropiados para proteger receptores de sobre intensidades y cortocircuitos. A) B) C) D)

“g” “b” “a” “f”

7. Los ________________ son dispositivos de control piloto para el motor, que protegen al operador de condiciones inseguras. A) B) C) D)

Microswitches Switches Desconectadores Guardamotores

8. El interruptor _______________ es utilizado para arrancar el motor en forma manual, su función es abrir y cerrar el paso de la corriente en 3 fases al mismo tiempo. A) B) C) D)

Bipolar Termomagnético De presión Tripolar

9. La pérdida de energía en un motor denominada ____________________, es debida a la circulación de corrientes en los bobinados y depende del estado de carga del transformador. A) B) C) D)

Corrientes de Foucault Histéresis Voltajes de Faraday Efecto Joule

10. La corriente ____________ es la máxima corriente que puede mantener un accesorio eléctrico sin que supera la máxima temperatura, sin que se produzca ningún tipo de deterioro. A) B) C) D)

De sobrecarga Nominal De servicio De cortocircuito

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

269

11. El ______________ es un dispositivo utilizado para evitar corrientes elevadas de arranque en motores trifásicos con carga, y permite elevar el par de arranque del motor. A) B) C) D)

Interruptor de dos polos Guardamotor Interruptor de tres polos Conmutador estrella triangulo

12. Los contactores balancines, etc. A) B) C) D)

son accionados por medio de resortes,

Electromecánicos Electromagnéticos Neumáticos Hidráulicos

13. De acuerdo a los colores normalizados para lámparas y pulsadores, el color _____________ se aplica a una intervención para interrumpir condiciones anómalas o no deseadas. A) B) C) D)

Rojo Negro Amarillo Verde

14. En las luces piloto y pulsadores, el color _________ significa accionamiento en caso de peligro y se aplica en paros de emergencias y extinción de incendios. A) B) C) D)

Azul Rojo Negro Verde

15. El _____________ reacciona ante la corriente de sobrecarga protegiendo el motor, se localiza normalmente en forma externa al motor, y es utilizado para activar alarmas o circuitos interruptores: A) B) C) D)

270

Guardamotor Fusible Relé Contactor

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

16. El tiempo que tarda un conductor en alcanzar una temperatura peligrosa, se calcula con la fórmula: A) t = Q máx_ R · I2 B) t = Q max R2 · I C) t = Q min R ð I2 D) t = R·Q I2

max

17. Para un motor trifásico de inducción de 8 HP, 220 V y letra de clave L, las corrientes mínima y máxima de arranque posible son de ______ y ______ A respectivamente. A) B) C) D)

72.0 - 79.92 180 - 201.4 188.9 - 209.7 62.0 - 71.50

18. Para un motor trifásico de inducción de 5 HP, 220 V y con letra de código G, la máxima corriente de arranque, como una relación de corriente nominal, es de ___________ A. A) B) C) D)

7.23 5.50 4.97 6.48

19. Los ______________ llamados interruptores de flotador, convierten una acción mecánica dada por el nivel del agua en una señal eléctrica, que actúa sobre el motor para arrancar o parar. A) B) C) D)

Detectores final de carrera Microswitches Guardaniveles Relés

20. Los ________________________ son dispositivos electromecánicos diseñados para la detección de elementos móviles, al tener contacto físico con el objeto a detectar. A) B) C) D)

Sensores Microswitches Guardaniveles Detectores final de carrera

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

271

GLOSARIO

272

Arco eléctrico:

Efecto producido al circular la corriente a través del aire.

Arco de ruptura:

Arco producido cuando se rompe el medio o medios en los cuales se realizó la conexión.

Arranque secuencial de motores:

El control secuencial se refiere al arranque de un motor después de otro en un orden predeterminado, por ejemplo, un sistema de transformadores compuesto por cuatro secciones, las secciones deben arrancar en el orden o la secuencia correcta. Si por alguna razón el motor no arranca, el siguiente motor tampoco lo hará.

Asfixia:

Sofocación causada por la falta de oxígeno en todos los órganos, que afecta principalmente al cerebro.

Bimetálico:

Palabra compuesta por el prefijo “bi” y metálico que significa compuesto por dos metales.

Bobina:

Componente de los circuitos eléctricos formado por un hilo conductor aislado y arrollado repetidamente, en forma variable, según su uso.

Bobinado del estator:

Arrollado correspondiente al estator (parte estática del motor)

Caballo de fuerza:

Medición de potencia en un motor, equivalente a 746 W.

Campo magnético rotativo:

Campo magnético generado en los bobinados del estator, producido al alimentar un motor con corriente alterna trifásica, desplazada 120°.

Carcaza:

Parte metálica exterior del motor que protege y aísla el motor, de las partes eléctricas; es el encargado de sostener a los escudos, ubicados en la parte lateral del motor.

Ciclo de una onda sinusoidal:

Se describe en términos de sus alteraciones, una positiva y otra negativa. Período de tiempo en el que se verifica una serie de acontecimientos o fenómenos hasta llegar a uno, a partir del cual, vuelven a producirse en el mismo orden.

Conexión:

Unión o enlace efectuada para energizar uno o varios elementos.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Conmutador:

Componente eléctrico utilizado para que una corriente cambie de conductor, que consiste de un conjunto de láminas de cobre llamadas delgas, aisladas entre sí y conectadas a las bobinas del inducido; sobre dicho conjunto rozan las escobillas que conducen la corriente del inducido.

Contactor:

Elemento electromagnético, que consta de una bobina, contactos principales y en algunos casos, de contactos auxiliares.

Corrientes de cortocircuito:

Corrientes que aparecen en un circuito cuando ocurre una unión entre dos o más fases o entre una fase y el neutro. Toma valores muy grandes en tiempos muy pequeños.

Corrientes

Corrientes que aparecen durante el funcionamiento normal de las de sobrecarga: instalaciones, cuando la potencia que absorben los aparatos supera a la prevista para los conductores. El efecto térmico que producen se manifiesta a lo largo del tiempo, produciendo deterioros muy graves. Se necesita de una protección que corte el paso de la corriente.

Cos j:

Coeficiente denominado factor de potencia; es una medida del desfase entre la corriente y tensión eléctrica.

Desexcitación:

Acción que consiste en quitar la excitación o la corriente eléctrica de alimentación de un elemento.

Deslizamiento:

Efecto producido en un motor trifásico de inducción, en donde la velocidad del motor es menor a la velocidad síncrona.

Enchapado ranurado:

Estructura en forma apilada, construida con material ferromagnético.

Escudo:

Parte del motor que sostiene los cojinetes y permiten que gire el motor.

Estator:

Parte estacionaria de un motor eléctrico.

Fusión:

Proceso por el que se destruye el contactor, debido a las altas temperaturas que en él se generan.

HP:

Siglas en inglés House Power inscritas en la placa del motor, que indican la de potencia que caracteriza al motor.

Instalación:

Unir o empalmar terminales en un lugar determinado, para realizar un circuito eléctrico.

Interruptor tripolar:

Interruptor provisto de tres polos.

Jaula de ardilla:

Rotor de un motor que tiene rotor con forma de jaula, en cortocircuito.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

273

274

Laminaciones:

Polos de campo fabricadas con hierro, en paquetes de láminas delgadas, que soportan a los devanados de campo.

Mantenimiento:

Conjunto de acciones que se deben de llevar a cabo para evitar posibles daños a los equipos.

Máquina eléctrica:

Aparato alimentado con o genera corriente eléctrica, para desarrollar un trabajo.

Motor:

Aparato generador de fuerza que proporciona movimiento a una máquina o mecanismo.

Motor Asíncrono:

Motores eléctricos donde el rotor gira a distinta velocidad que el campo magnético giratorio del estator.

Motor Síncrono:

Motor en donde el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio del estator.

Período T:

Medida del tiempo en segundos; es el inverso de la frecuencia en Hertz.

Polos:

Partes magnéticas de un imán o electroimán.

Reactancia:

Oposición que presentan las bobinas y los condensadores al paso de la corriente eléctrica alterna.

Reenganche:

Conexión inmediata, posterior a una desconexión.

Rendimiento h:

Relación que existe entre una señal de salida respecto a una de entrada.

Rotor:

Parte giratoria de un motor.

Sobreintensidad:

Valor excesivo de la intensidad en un conductor o un receptor, puede ser debido a una sobre carga o un cortocircuito. Es toda corriente cuyo valor es superior al nominal.

Tacómetro de mano:

Instrumento de medición de las revoluciones que da un motor.

Temporizadores:

Dispositivos que permiten evaluar el tiempo transcurrido desde el cumplimiento de una condición determinada.

Tensión estatórica:

Voltaje que se encuentra en el estator.

Tensión nominal:

Voltaje con que opera un equipo, herramienta o máquina.

Timer (Temporizador):

Dispositivo eléctrico o electrónico que se utiliza en las maniobras de contactores, en las que se exigen tiempos de retardo en desconexión o retardo en conexión.

Velocidad:

Relación que se tiene de un desplazamiento en factor del tiempo.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

Apéndice

Anexo A

TEMPORIZADORES Los temporizadores son dispositivos que permiten evaluar el tiempo transcurrido desde el cumplimiento de una condición determinada. Se puede definir la temporización como un retardo calculado de la ejecución de una acción. En diversas operaciones y procesos industriales, se deben retardar ciertas acciones, de una duración bien definida. Desde la electrificación de la empresa industrial, estas acciones están comandadas por el cierre o la apertura de un contacto: de aquí, la importancia de los relés temporizadores. La precisión de los retardos tiene una gran influencia sobre la calidad de los productos obtenidos; por ejemplo, en soldadura eléctrica, la calidad de cada punto de soldadura depende de la exacta duración del paso de la corriente. Existe un gran número de sistemas de temporización, basados en diferentes principios físicos; cada uno de estos sistemas, cubre una zona de retardos diferentes. Según las Normas (VDE), los sistemas de temporización se clasifican de acuerdo al tipo de contactos y el accionado por un órgano motor,

1) Sistemas basados en la temporización de los propios contactos. En este caso, un relé puede comprender, simultáneamente, uno o varios contactos temporizados eventualmente, con retardos diferentes y uno o varios contactos de acción instantánea. Dentro de estos sistemas, se incluyen los siguientes: a) De temporización neumática b) De temporización electromecánica.

2) Sistemas basados en la temporización por un órgano motor. En este caso, todos los contactos están temporizados, para un mismo valor de retardo. Se incluyen los siguientes sistemas: a) Temporización magnética b) Temporización electrónica c) Temporización térmica d) Temporización mecánica A. CARACTERÍSTICAS COMUNES A TODOS LOS SISTEMAS DE TEMPORIZACIÓN Todos los relés temporizados tienen las siguientes características generales: 1) Tipo de temporización. Para simplificar la explicación, se tomará como ejemplo un relé electromagnético, cuya bobina (circuito de mando) está en reposo o excitada, mientras que sus contactos (circuitos mandados), están en estado de reposo o de trabajo, bajo estas condiciones y tal como se ilustra en la gráfica siguiente, se trazan los diagramas de funcionamiento, en los que el tiempo se localiza en las abcisas (ejes x), y el estado de los aparatos en las ordenadas (ejes y); en dicha figura se pueden distinguir tres tipos principales de temporización: A) Retardo de la atracción de la armadura. Llamado también de retardo de conexión o relé de acción diferida (figura A1a) Los contactos pasan de la posición de reposo a la de trabajo, con un retardo ta, con relación al principio de la excitación de la bobina. Cuando no está alimentada, los contactos quedan en reposo.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

275

a) BOBINA

CONTACTOS

{ { { { { {

c) Térmicas: relés de bilámina.

Excitada Desexcitada

d) Eléctrica: relés de condensador.

Trabajo

En todos los casos, el impulso de corriente en la bobina (vea la Figura anterior), debe tener suficiente duración para que pueda constituirse una reserva de energía.

Reposo

b) BOBINA

Excitada

Desexcitada

CONTACTOS

Trabajo

Reposo

c)

BOBINA

Excitada

Desexcitada

CONTACTOS

Trabajo

Reposo

Figura No. A1 Diagramas de funcionamiento de diversos tipos de relés temporizados. a) Temporización con retardo a la conexión; b) Temporización con retardo a la desconexión; c) Temporización con retardo a la conexión y a la desconexión.

B) Retardo de la desexitación de la armadura. También llamado retardo a la desconexión o relé de minutería (figura A1b) Cuando se alimenta la bobina, la armadura es atraída y los contactos basculan. Cuando cesa de alimentarse la bobina, los contactos no vuelven inmediatamente al estado de reposo, sino que lo hacen con un retardo tr. C) Retardo a la atracción y a la desexitación (figura A1c), es la combinación de los casos precedentes. Es de notar que el retardo a la desexitación solamente puede realizarse, si existe una reserva de energía, que se ha constituido durante la puesta en tensión del relé, con el objeto de prolongar su funcionamiento. Esta energía puede adoptar diversas formas: a) Mecánica: compresión de un gas o de un resorte (temporización neumática) b) Magnética: relés de manguito.

276

Figura No. A2 Relé térmico de bilámina (caldeo) 1. Bobina de mando, 2. Bilámina, 3. Bornes de salida.

2) Corte de la alimentación. En cualquier estudio de una instalación con relés temporizados, hay que tener en cuenta lo que sucede en el caso de un corte de la alimentación (voluntario o fortuito). En caso de corte son posibles dos casos: a) El aparato debe reanudar su funcionamiento automáticamente. b) El aparato debe esperar una orden para reanudar nuevamente su funcionamiento. Se provocan estas condiciones utilizando enclavamientos mecánicos o eléctricos, dispositivos de memoria, etc. Contactos. Siempre deben utilizarse relés de ruptura brusca, con el objeto de evitar los malos contactos que resultan de la acción progresiva de numerosos dispositivos temporizados. B. TEMPORIZACIÓN TÉRMICA Los relés térmicos o dispositivos que utilizan procedimientos térmicos para la temporización, pueden incluirse en los siguientes grupos:

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

a) Relés de biláminas b) Relés de barras dilatables c) Relés con hilos de dilatación d) Relés en atmósfera de gas Figura No. A4 Relé térmico con hilos de dilatación.

e) Relés con termistancias

Los relés de mando con temporización térmica, tienen aplicaciones específicas, que derivan de sus propias características de funcionamiento.

Figura No. A3 Relé térmico de barras dilatables. 1-Bobina de mando (caldeo) 2-Barra dilatable. 3-Bornes de salida.

Generalmente, estos relés están temporizados al cierre y a la apertura de los contactos, porque debe tenerse en cuenta el período de enfriamiento después del corte de la corriente de mando. Solamente el relé de termistáncia evita la temporización a la desexitación. Por consiguiente y en general, para obtener un nuevo funcionamiento idéntico, debe dejarse en reposo el relé durante cierto tiempo, para que éste se enfríe. Se aprovecha esta circunstancia para realizar protecciones contra sobrecargas debidas a un reenganche demasiado rápido.

Corriente alterna

Conductor, circuito auxiliar

Corriente continua

Conductor, circuito principal

Corriente rectificada

Haz de tres conductores

L1 L2 L3

Corriente trifasica de 3 50 Hz Tierra Masa Tierra de protección

Tierra sin ruido

50 Hz

Representación de un hilo Conductor neutro (N) Conductor de protección (PE)

Conductor de protección y neutro unidos Conductores apantallados

Conductores par trenzado Figura No. A5 Simbología para corrientes y conductores.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

277

Contacto “NA” (de cierre)

1. principal 2. auxiliar

Contacto “NA” (de cierre)

1. principal 2. auxiliar

Contactos de dos direcciones no solapado (apertura antes de cierre) 1

2

Contactos de dos direcciones solapado 1

2

Interruptor

Contactos de dos direcciones con posición mediana de apertura

Seccionador

Contactos presentados en posición accionada.

Contactor

Ruptor

Contactos de apertura o cierre anticipado. Funcionan antes que los contactos restantes de un mismo conjunto

NO

NC

NO

NC

NO

NC

NO

NC

NO

NC

NO

NC

Contactos de apertura o cierre retardado. Funcionan más tarde que los contactos restantes de un mismo conjunto.

Disyuntor

Contactos de paso con cierre momentáneo al accionamiento de su mando.

Interruptor - seccionador

Contactos de paso con cierre momentáneo al accionamiento de su mando.

Interruptor - seccionador de apertura automática

Contactos de cierre de posición mantenida

Fusible - seccionador

Contactos de cierre de posición mantenida

Contactos de cierre o apertura temporizados al accionamiento

Figura No. A5 Simbología para corrientes y conductores.

278

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

s1 22

Contactos en posición de apertura, de maniobra de apertura positiva.

21

Contactos de cierre o apertura temporizados al desaccionamiento

1 2

A2

A1

1

A2

2

A1

F1

Relé de sobreintensidad de efecto térmico

F1

1

2

B1

-KA1

1

A2

-KM1

B2

Mando electromagnético de 2 devanados

Relé de sobreintesidad de efecto magnético

A1

Mando electromagnético Contactor

-KA1

A2

Mando electromagnético auxiliar

Relé de medida o dispositivo emparentado Símbolo General

A1

Mando electromagnético Símbolo general

Relé de máxima corriente

F1

Relé de mínima tensión

F1

Relé de falta de tensión.

F1

2 1 2 1 2

A1 A2 A1

Dispositivo accionado por frecuencia.

-KA1

Bobina de relé RH de impulso en desactivación Bobina de electroválvula

Dispositivo accionado por un número de sucesos.

S1

Dispositivo accionado por un caudal.

S1

Dispositivo accionado por la presión.

S1

P

A1

A2 A1

A2

A1

S1

-KA1

A2

B2

A1

A2

-KA1

B2

A1

Bobina de relé RH temporizado en reposo

-KA1

Dispositivo accionado por el nivel de un flujo.

-KA1

A2

Mando electromagnético de accionamiento y desaccionamiento retardados.

f

-KA1

A1

Mando electromagnético de relé por impulsos

-KA1

A2

Mando electromagnético de relé intermitente

F1

2

-KA1

A2

Mando electromagnético de relé polarizado

U 0

A2

Mando electromagnético de enclavamiento mecánico

-KA1

A1

Mando electromagnético de relé de remanencia

U

A1

-KA1

A2

Mando electromagnético de puesta en reposo retardada

I

A1

-KA1

A2

Mando electromagnético de puesta en trabajo retardada

Figura No. A6 Simbología para mandos de control y organos de medida.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

279

1. Enlace mecánico (forma 1) 2. Enlace mecánico (forma 2)

1 2

Dispositivo de retención Dispositivo de retención en toma

Mando mecánico manual de palanca

- S1

Mando mecánico manual de palanca con maneta

- S1

Mando mecánico manual de llave Dispositivo liberado

de

retención Mando mecánico manual de manivel

Retorno automático Retorno no automático Retorno no automático en toma Enclavamiento mecánico

Mando mecánico manual del pulsador (retorno automático) Mando mecánico manual de tirador (retorno automático)

- S1

Mando de leva y roldana

- S1

mediante

motor

Control por reloj eléctrico

- S1

Acoplamiento mecánico sin embrague Acoplamiento mecácnico con embrague

- S1

Mando mecánico manual “de seta”

- S1

Mando mecánico manual de volante

- S1

Mando mecánico manual de pedal

Mando de roldana

- S1

Mando mecánico manual rotativo (de desenganche)

Mando mecánico manual de pedal

- S1

Control por acumulación de energía mecánica

Dispositivo de bloqueo activado, movimiento hacia la izquierda bloqueado

- S1

Mando mecánico manual

Control eléctrico

Dispositivo de bloqueo

Traslación:

Rotación:

- S1

1. derecha, 2. izquierda, 3. en ambos sentidos 1 - 2 unidireccional, en el sentido de ambos sentidos 3. en ambos sentidos

Rotación limitada en ambos sentidos - S1

Mecanismo de desactivación libre Figura No. A7 Simbología para mandos mecánicos.

280

- S1

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

M

- S1

- S1

Cortocircuito fusible F

2

S1

1

Mando por efecto de proximidad

S1

F 2

Dispositivo sensible a la proximidad, controlado por la aproximación de un iman

Cortocircuito fusible con percutor

1

Mando por efecto de proximidad

Diodo

Fe

Rectificador en acoplamiento de doble vía (Puente rectificador) Símbolo desarrollado Símbolo simplificado

-V

Tiristor Transistor OTROS TIPOS DE MANDOS

Mando neumáticoo hidráulico de efecto simple

-Y1

-G

Resistencia

R

1

2

-Y1

C

Condensador Elemento de pila o de acumulador

Mando neumáticoo hidráulico de efecto simple

-V

1

Dispositivo sensible a la proximidad, controlado por la aproximación del hierro

-V

2

Shunt

1

Inductancia

-R

1

2

Inductancia

1

2

-L

Resistencia dependiente de la tensión; varistancia

-R

T

1

2

Resistencia dependiente de la temperatura; - R termistancia

1

2

U

2

Fotorresistencia Fotodiodo

Figura No. A8 Simbología para mandos eléctricos.

Fototransistor (Tipo PNP)

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

281

Electroválvula

A1

Contador de impulsos

A2

Autotransformador

Válvula

A1

-T1

Mando neumáticoo hidráulico de efecto simple

-T1

A2

Transformador de corriente

Contador sencible al roce

Chispometro

Contador sencible a la proximidad

Pararrayos

Detector de proximidad inducido

Arrancador de motor Símbolo general

Detector de proximidad capacitivo Arrancador estrella - triángulo Aparato indicador Símbolo general

Amperímetro

Detector fotoeléctrico A

Covertidor (símbolo general)

Aparato grabador Símbolo general

Amperímetro grabador

A

Contador símbolo general Contador símbolo general

A/h

Freno símbolo general Freno apretado Freno aflojado Reloj

- S1

Figura No. A9 Simbología para mandos de control y organos de medida.

282

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

X1

Lámpara de señalización o de alumbrado (1)

X2

-H1

Derivación doble

X1

Dispositivo lumioso intermitente (1)

Derivación

Sirena

-H1

Zumbador

-H1

2

Puente de Bornas, ejemplocon referencias de bornas

11 12 13 14

Puente de Bornas, ejemplocon referencias de bornas

2

14

13

12

1

2

1

2

-H1

Borna

V

1

Timbre

2

-H1

1

Avisador acústico

Cruce sin conexión

11

X2

-H1

Conexión por contacto deslizante

Clavija

1. Mando 2. Potencia 1

Toma

Clavija y toma

2

1. Mando 2. Potencia

1

2

1

2

1. Mando 2. Potencia

Conjunto de conectores Partes fija y variable acopladas Figura No. A10 Simbología para señalización, formas y conexiones.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

283

U1

V1

W1

U1

Motor asincrono trifásico, de rotor en cortocircuito

G

M

Generador de corriente alterna A1

M1

Generador de corriente continua

U1

Motor asincrono con seis bornas de salidas (acoplamiento estrellatríangulo)

A2

M

Motor de corriente continua de exitación separada

U2

V2

W2

3

W1

C

A2

W2

3

A1

V2 V1

W1

U1

Conmutador (trifásico / continuo) de exitación en derivación

M 3 U2

G

W1

Motor asincrono de dos devanados esstátor separados (motor de dos velocidades)

V1 V1

U1 U1

1

V1

U1

Motor asíncrono monofásico

V1

U2

3

A1

M

F1

A2

F2

U2

Motor asincrono de acoplamiento de polo (motor de dos veliocidades)

V2 U1 W2

Motor de corriente continua de exitación A 1 compuesta

U2

W1

U1

Motor asincrono trifásico, rotor de anillos.

V1

U2

M1

M1 A2

L1 V1

W1

Motor asícrono equipado con sondas de terminstancia

M1

U1

Motor de imán permanente

A1

K1

3

U2

Figura No. A11 Simbología para máquinas eléctricas y giratorias.

284

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

M

D2

Contacto de cierre “NA” Potencia-Control

Contacto de apertura “NC” Potencia-Control Contacto temporizado al accionamiento Contacto temporizado al desaccionamiento

NC

NC

NO

NC

NC

NO

1

NO

NO

2

Cortocircuito fusible térmico

Magnético

Relé de protección

A1

A

Bobinas A2

B

Seleccionadores

Disyuntores

V1

U1

Motores

W1

magnético Magneto- térmico

M 3

Figura No. A12 Tabla comparativa de los símbolos más habituales.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

285

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MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS

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