Elaboracion Interpretacion Planos [PDF]

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INATEC Tecnológico Nacional



MANUAL PARA PROTAGONISTAS



EQUIPOS ELÉCTRICOS



NIVEL DE FORMACIÓN Y ESPECIALIDAD TÉCNICO GENERAL EN ELECTRICIDAD INDUSTRIAL



Equipos Eléctricos



CRÉDITOS Esta es una publicación del Instituto Nacional Tecnológico INATEC. Los contenidos de este manual son una recopilación de diversos autores. Se han realizado todos los esfuerzos para que este material de estudio muestre información fiable, por tanto su contenido está en constante revisión y actualización, sin embargo, INATEC no asumirá responsabilidad por la validación de todo el material o por las consecuencias de su uso. Se autoriza la reproducción y difusión del contenido de este manual para fines educativos u otros no comerciales sin previa autorización escrita, siempre que se especifique claramente la fuente.



BIENVENIDA AL PROTAGONISTA El Manual de Equipos Eléctricos está asociado a la Unidad de competencia: Instalar equipos y dispositivos eléctricos en los sectores residenciales industriales y comerciales. Este manual está dirigido a los Protagonistas que cursan la especialidad del Técnico General en “ELECTRICIDAD INDUSTRIAL” con el único fin de facilitar el proceso enseñanza aprendizaje durante su formación. El propósito de este manual es proporcionar al Protagonista una fuente de información técnica que le ayudará a mejorar su proceso de enseñanza aprendizaje. Este Manual está conformado por cuatro Unidades Didácticas: →→ →→ →→ →→



UD1: Cuartos de Control. UD2: Maquinas Eléctricas Rotativas. UD3: Estructuras y Soportes. UD4: Mantenimiento a Maquinas Eléctricas.



Cada unidad del manual ha sido estructurada de la siguiente manera: →→ Contenido →→ Actividades prácticas →→ Ejercicios de autoevaluación. En los contenidos se presenta la información general, científica y técnica, que necesita saber el protagonista para el desarrollo de las unidades. Al final de todas las unidades encontrará: →→ →→ →→ →→ →→



Anexos Glosario Índice de tablas Para saber más Bibliografía.



Esperamos que logres con éxito culminar esta formación, que te convertirá en un profesional Técnico en “ELECTRICIDAD INDUSTRIAL” y así contribuir al desarrollo del país.



Te deseamos suerte, voluntad y ¡adelante!



CONTENIDO Unidad I: Cuartos de Control������������������������������������������� 1 1. Equipos de protección personal��������������������������������������������� 1 2. Normas de seguridad al trabajar con electricidad�������������� 1 3. Sistemas de medida��������������������������������������������������������������� 3 3.1 Sistema métrciso decimal���������������������������������������������������������� 3 3.2 Sistema inglés�������������������������������������������������������������������������������� 3



8.8 Esquema de mando y fuerza para el arranque e inversión de giro de un motor bifásico pasando por cero�����������������23 8.9 Esquema de mando y fuerza para la inversión de giro de un motor monofásico��������������������������������������������������������������������������23 8.10 Arranque estrella delta de forma automática por medio de temporizado������������������������������������������������������������������������������������24



4. Panel eléctrico������������������������������������������������������������������������� 4



8.11 Esquema de mando y fuerza para el arranque de motor monofásico, por medio de pulsadores�����������������������������������24



4.1 Definición����������������������������������������������������������������������������������������� 4



Actividades de Aprendizaje�����������������������������������������������������25



4.2 Clasificación������������������������������������������������������������������������������������ 4



Actividades de Autoevaluación����������������������������������������������26



5. Simbología normalizada en los circuitos de control���������� 5 5.1 Esquemas de control������������������������������������������������������������������������ 8 6. Elementos de maniobra y protección���������������������������������� 9 6.1 elementos de maniobra������������������������������������������������������������������� 9 6.2 Tipos de cableado����������������������������������������������������������������������������12



Unidad II: Máquinas Eléctricas Rotativas������������������ 27 1. Introducción��������������������������������������������������������������������������� 27 2. Clasificación de las máquinas eléctricas��������������������������� 27 2.1 Motores monofásicos�����������������������������������������������������������������27



7. Automatización industrial�����������������������������������������������������13



2.2 Partes principales de un motor monofásico��������������������� 28



7.1 Elementos para la automatización industrial�����������������������������13



3. Clasificación de los motores monofásicos������������������������28



7.2 Sensores�����������������������������������������������������������������������������������������������13



3.1 Motor monofásico de fase partida����������������������������������������� 28



7.3 Clasificación de los sensores���������������������������������������������������������13



3.2 Conexión del motor de fase partida����������������������������������� 30



7.4 Interruptor de posición final o de carrera����������������������������������14



3.3 Motores monofásicos con motores de arranque��������������31 3.4 Motor monofásico con condensador permamente���������32



7.5 Temporizadores o relés de tiempo����������������������������������������������14



3.5 Motor de polo sombreado�������������������������������������������������������32



7.6 Presostatos�������������������������������������������������������������������������������������������15



4. Motores monofásicos universales�������������������������������������� 34



7.7 Termostatos������������������������������������������������������������������������������������������16



4.1 Partes principales de un motor universal�����������������������������34



7.8 Programadores�����������������������������������������������������������������������������������16



4.2 Características de operación��������������������������������������������������35



7.9 Contactores eléctricos���������������������������������������������������������������������16



5. Motores trifásicos de AC����������������������������������������������������� 35



7.10 Constitución de un contactor electromagnético��������������������18



5.1 Introdución�������������������������������������������������������������������������������������35



7.11 Interruptor de posición final o de carrera����������������������������������18



5.2 Definición del motor síncrono y asíncrono o



7.12 Funcionamiento del contactor������������������������������������������������������19



de inducción���������������������������������������������������������������������������������36



8. Aplicaciones típicas en instalaciones industriales������������19



5.3 Clasificación de los motores trifásicos��������������������������������37



8.1 Arranque sencillo de un motor trifásico�������������������������������������19



5.4 Asincrónico�����������������������������������������������������������������������������������37



8.2



Inversión de giro de un motor trifásico por medio de pulsadores����������������������������������������������������������������������������������������19



5.5 Sincrónico�������������������������������������������������������������������������������������38



8.3



Inversión de giro de forma automática por medio de contactor temporizado���������������������������������������������������������������� 20



jaula ardilla������������������������������������������������������������������������������������39



5.6 Motor asincrónico de inducción con motor de



8.4 Simulación del accionamiento de una puerta por medio de celdas fotoeléctricas�������������������������������������������������������������������� 20



5.7 Motor asíncrono trifásico en conexión de tensiones�������41



8.5 Arranque estrella-triángulo�����������������������������������������������������������21



5.9 Motor de polos conmutables�������������������������������������������������42



8.6 Arranque de un motor Dahlander��������������������������������������������� 22



5.10 Motor asincrónico trifásico de dos velocidades



8.7 Arranque de un motor Dahlander de tres velocidades����� 22



5.8 Motor para arranque estrella-delta����������������������������������������41



(conexión Dahlander)��������������������������������������������������������������42



CONTENIDO 6. Motores de corriente continua������������������������������������������45



1. Mantenimiento a máquinas eléctricas��������������������������������71



6.1 Introducción������������������������������������������������������������������������������������45



1.1 Tipos de mantenimientos eléctricos���������������������������������������61



6.2 Partes principales de un motor cc�����������������������������������������45



1.2 Planificación del mantenimiento eléctrico���������������������������72



6.3 Principios básicos de funcionamiento��������������������������������� 50 6.4 Fuerza contra electromotriz de un motor c.c���������������������51



2. Procedimientos técnico para efectuar mantenimiento a máquinas eléctricas 1 y 3������������������������������������������������� 73



6.5 Motor serie���������������������������������������������������������������������������������� 52



2.1 Mantenimiento������������������������������������������������������������������������������73



6.6 Motor de derivación o shunt���������������������������������������������������53



2.2 Pasos para desarmar el mantenimineto de máquinas eléctricas rotativas�������������������������������������������������������������������������73



6.7 Motores compound de c.c������������������������������������������������������ 55 6.8 Motor eléctricos sin escobilla�������������������������������������������������57 6.9 Potencia nominal de los motores�����������������������������������������57 Actividades de Aprendizaje�����������������������������������������������������60 Actividades de Autoevaluación����������������������������������������������60



2.3 Comprobación eléctrica y detección de avería���������������73 Actividades de Aprendizaje����������������������������������������������������� 78 Actividades de Autoevaluación���������������������������������������������� 79 Glosario�������������������������������������������������������������������������������������� 79 Tablas y Figuras������������������������������������������������������������������������ 79 Para saber más�������������������������������������������������������������������������� 79



Unidad III: Estructuras y Soportes�����������������������������������61 1. Introducción����������������������������������������������������������������������������61 2. Estructuras (base) de fijación����������������������������������������������61 2.1 Base de anclaje����������������������������������������������������������������������������61 2.2 Base metálica común��������������������������������������������������������������� 62 2.3 Base metálica intermedia�������������������������������������������������������� 62 2.4 Placas de anclaje���������������������������������������������������������������������� 62 3. Soportes���������������������������������������������������������������������������� 63 3.1 Características de los soportes����������������������������������������������63 3.2 Preparación de los soportes���������������������������������������������������63 3.3 Preparación de la base del motor�����������������������������������������64 4. Procedimientos técnicos de montaje����������������������������64 4.1 Instalación de la base de anclaje�������������������������������������������64 4.2 Instalaciones de la base intermedia������������������������������������ 66 4.3 Instalación de las placas de anclaje�������������������������������������67 4.4 Instalación de motor en la base�������������������������������������������� 68 4.5 Nivelación del motor���������������������������������������������������������������� 68 4.6 Alineación del motor����������������������������������������������������������������� 68 4.7 Instalación final���������������������������������������������������������������������������� 68 4.5 Pares de apriete������������������������������������������������������������������������� 69 4.5 Enclavamiento���������������������������������������������������������������������������� 69 Actividades de Aprendizaje����������������������������������������������������� 70 Actividades de Autoevaluación���������������������������������������������� 70



Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas��������71



Bibliografía��������������������������������������������������������������������������������� 79



Unidad I: Cuartos de Control



1. Equipos de protección personal El equipo de protección personal (EPP –Equipo de Protección Personal) está diseñado para proteger a los empleados en el lugar de trabajo de lesiones o enfermedades serias que puedan resultar del contacto con peligros químicos, radiológicos, físicos, eléctricos, mecánicos u otros. Además de caretas, gafas de seguridad, cascos y zapatos de seguridad, el EPP incluye una variedad de dispositivos y ropa tales como gafas protectoras, overoles, guantes, chalecos, tapones para oídos y equipo respiratorio. Los requisitos generales de EPP exigen que los empleadores lleven a cabo una evaluación de los riesgos en sus lugares de trabajo para identificar los riesgos que existen y que requieren el uso de EPP, para que brinden el EPP adecuado a los trabajadores y que exijan que estos mismos hagan uso del equipo además de mantenerlo en condiciones sanitarias y fiables. Debe también capacitar a los empleados que tienen que hacer uso de EPP para que sepan cómo hacer lo siguiente: →→ Usar adecuadamente el EPP.



→→ Mantener el EPP en buen estado.



→→ Saber cuándo es necesario el EPP. →→ Conocer qué tipo de EPP es necesario. →→ Conocer las limitaciones del EPP para proteger de lesiones a los empleados. →→ Ponerse, ajustarse, usar y quitarse el EPP.



2. Normas de seguridad al trabajar con electricidad En todos los oficios debemos tomar medidas de seguridad, la electricidad es una materia de estudio sumamente interesante, sin embargo puede llegar a ser muy peligrosa, partiendo del hecho de que es difícil de controlar, y no podemos verla, por improbable que pueda parecer, el flujo eléctrico puede causar daños permanentes e inclusive la muerte, es por ello que resulta vital el equipamiento de seguridad apropiado, como tomar en cuenta las medidas de seguridad pertinentes, por este motivo te presento hoy en este artículo lo más importante con respecto a estas medidas de prevención.



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→→ Se deben usar protectores adecuados: Es necesario usar zapatos dieléctricos (Son zapatos diseñados especialmente para aislarte del piso, cualquier calzado de goma podría servir, sin embargo, es preferible utilizar el calzado de seguridad adecuado) y guantes aislantes1 (sobre todo si se trabaja con corriente viva), pantalón de mezclilla preferiblemente, o algún pantalón que brinde suficiente comodidad, lentes protectores por si ocurre un corto circuito2 y hay un chispaso. →→ No usar en el cuerpo piezas de metal, como, por ejemplo: cadenas, relojes, anillos, etc. Ya que podrían ocasionar un corto circuito, o atraer un arco eléctrico. →→ Ropa a la medida o ajustada: Cuando se trabaja cerca de partes con corriente o maquinaria, usar ropa ajustada y zapatos antideslizantes, a fin de evitar caídas, o enganchamientos de la ropa. La mayor parte de los calzados dieléctricos tienen suelas antiresbalantes que funcionan muy bien. →→ Efectuar corte del Suministro Eléctrico: Para evitar accidentes es recomendable trabajar en la red eléctrica sin suministro de energía, podemos cortar este utilizando un breaker, cuchilla, interruptor, la mayor parte de las instalaciones eléctricas domesticas e industriales se encuentran seccionadas, y tienen un interruptor que corta el suministro de energía en la parte de la red que deseamos trabajar, o un interruptor general para cortar el suministro a toda la red. →→ Calcular apropiadamente el amperaje de la red para la protección de la misma, y de los aparatos conectados: Aquí es donde entra 1 2



2



en juego el tester, o multimetro, debemos utilizarlo para calcular apropiadamente la demanda eléctrica de los aparatos conectados a nuestra red (suele calcularse en amperes). →→ Es conveniente trabajar con guantes adecuados: Cuando se trabaja cerca de líneas de alto voltaje y proteger los cables con un material aislante (sé que ya había mencionado los guantes, pero son particularmente necesarios cuando se trabaja con altos voltajes). El alto voltaje puede "brincar" (comúnmente llamado arcflash o arco eléctrico) por eso es necesario estar apropiadamente aislados, puedes preguntar a tu proveedor por el aislamiento adecuado según el voltaje con el que trabajes. →→ Verificar Ausencia de Tensión: Cuando manipulamos una red eléctrica de cualquier voltaje, nunca está de más verificar que se haya cortado correctamente el suministro eléctrico, de hecho algunas redes pueden tener contacto con otras redes que si estén activas, ya sea por la presencia de humedad, metales conductores, conexiones deficientes, arreglos improvisados, entre otras. →→ Deberán abrirse los interruptores completamente: No a la mitad y no cerrarlos hasta estar seguro de las condiciones del circuito. Verificar que abramos bien el circuito y estar seguros cuando volvamos a cerra.r →→ Verificar las conexiones: Si se desconoce el circuito o si es una conexión complicada, familiarizarse primero y comprobar la red con las medidas de seguridad antes



Aislante: Sustancia o cuerpo cuya conductibilidad es nula, o que en la práctica en muy débil. Cortocircuito: Se produce por el contacto repentino de dos o más conductores de corriente o una línea de corriente y un conductor a tierra.



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Unidad I: Cuartos de Control



mencionadas. Hacer un diagrama del circuito y estudiarlo detenidamente, si hay otra persona, pedirle que verifique las conexiones o bien el diagrama. →→



Hacer uso de protectores adecuados: Las barras aisladoras se ocupan para el manejo de interruptores de alta potencia.



3. Sistemas de medida Los sistemas de medida se clasifican en: →→ Sistema Métrico Decimal →→ Sistema Inglés



El metro también tiene grandes múltiplos como lo son: Kilómetro = Km Hectómetro = hm Decámetro = dam



3.1 Sistema métrico decimal X1



El sistema métrico decimal en un conjunto de medidas o de unidades en el cual los múltiplos y submúltiplos de una unidad de medida están relacionadas entre ellas. El metro es la principal medida de longitud, el mismo está dividido de la siguiente manera (siendo sus submúltiplos):



AR LIC



X



IP LT U M 0 X1



X



10



0 X1



hm :10



:10



m



:10 :10



cm :10 :10



km



0



dam



dm



mm



Decímetros = dm Centímetros = cm Milímetros = mm



0 X1



X1



0



AR IC L IP



LT



U :M



Figura 1: Tabla de conversión



3.2 Sistema inglés Otras medidas de longitud consideradas para el diseño y fabricación de objetos en los procesos industriales es la pulgada inglesa (1” = 25,4 mm). Hoy en día también se emplea la milla geográfica (Legua = 7420 m), el pie (1´= 12” = 305 mm), la yarda (1 yard = 914 mm) y la milla marina que equivale a 1852 m. Equivalencias de las unidades inglesas: Pulgada = (in): 2.54 cm Pie = (ft): 30.48 cm Yarda = (yd): 91.44 mm o 3 pies Milla = (mi): 1.609.34 m Es muy frecuente tener que expresar medidas en pulgadas inglesas. La pulgada inglesa equivale a 25,4 mm y se indica con dos comillas en la parte superior derecha del número; por ejemplo 2”, se lee dos pulgadas; 3/8” se lee tres octavos de pulgada. La pulgada inglesa también se divide en partes pequeñas a través de fracciones comunes o decimales; las cuales se obtienen dividiéndola en un cierto número de proporciones similares. Las fracciones más



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utilizadas son medios (1/2), cuartos (1/4), octavos (1/8), un dieciséis (1/16), treinta y doceavos (1/32), y sesenta y cuatro avos (1/64). Cuando se requiere de emplear fracciones más pequeñas se usa el sistema decimal, es decir, dividirla en décimas, centésimas, milésimas y diezmilésimas de pulgada.



1 2 1 1 4 3 2 4 4 4 4 8 7 2 6 1 5 4 3 8 8 8 8 8 8 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16



Partes de una pulgada:



4. Panel eléctrico 4.1 Definición Un Panel eléctrico es una caja o gabinete que contiene los dispositivos de conexión, maniobra, comando, medición, protección, alarma y señalización, con sus cubiertas y soportes correspondientes, para cumplir una función específica dentro de un sistema eléctrico. La fabricación o ensamblaje de un Panel eléctrico debe cumplir criterios de diseño y normativas que permitan su funcionamiento correcto una vez energizado, garantizando la seguridad de los operarios y de las instalaciones en las cuales se encuentran ubicados. Los equipos de protección y de control, así como los instrumentos de medición, se instalan por lo general en paneles eléctricos. 4.2 Clasificación 1. Paneles generales: Son los paneles principales de las instalaciones. En ellos estarán montados los dispositivos de protección y maniobra que protegen los alimentadores y que permiten operar sobre toda la instalación interior en forma conjunta o fraccionada. 2. Paneles denerales auxiliares: Son paneles que serán alimentados desde un panel general y desde ello se protegen y operan subalimentadores que alimentan paneles de distribución. 3. Paneles de distribución: Son paneles que contienen dispositivos de protección y maniobra que permiten proteger y operar directamente los circuitos en que está dividida la instalación o Una parte de ella.



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Pueden ser alimentados desde un Panel general, desde un Panel general auxiliar o directamente desde el empalme. 4. Panel de paso: Son paneles que contienen fusibles cuya finalidad es proteger derivaciones que por su capacidad de transporte no pueden ser conectadas directamente al alimentador, sub alimentador o línea de distribución de la cual está tomada. 5. Panel de comando: Son paneles que contienen dispositivos de protección y maniobra que permiten Proteger y operaren forma simultanea sobre artefactos individuales o grupos de artefactos pertenecientes a un mismo circuito.



Unidad I: Cuartos de Control



6. Paneles de fuerza: Podemos indicar que un centro de carga, es un Panel metálico que Contiene una cantidad determinada de interruptores termo magnéticos, Generalmente empleados para la protección y desconexión de pequeñas cargas eléctricas y alumbrado. En el caso de que en un Panel eléctrico se concentre exclusivamente interruptores para alumbrado, se conoce como "Panel de alumbrado"; si concentra otros tipos de cargas, se conoce como "Panel de Fuerza". Los paneles de fuerza, pueden ser monofásicos o trifásicos, razón por la cual Pueden soportar interruptores termo magnéticos monos polares, bipolares o tripolares. 7. Paneles De Control: El panel de control es una herramienta, el diagnóstico y monitoreo permanente de determinados indicadores e información ha sido y es la base para mantener un buen control de situación en muchas de las disciplinas de la Vida. Como ejemplo de estos podemos señalar a la medicina, basada en mediciones para el diagnóstico de la salud de los pacientes, a



la aviación, cuyos indicadores de panel de control sintetiza la información del avión y del entorno para evitar sorpresas y permite a los pilotos dirigir el avión a buen puerto; el Panel de un sistema eléctrico o de una represa son otros ejemplos. En todos estos casos el panel permite a través del color de las luces y alarmas ser el disparador para la toma de decisiones. En todos estos ejemplos es fundamental definir los indicadores a monitorear. 8. Paneles De Señalización: En una instalación eléctrica, los paneles eléctricos son la parte principal. En los paneles eléctricos se encuentran los dispositivos de seguridad y los mecanismos de maniobra de dicha instalación. En términos generales, los Paneles eléctricos son gabinetes en los que se concentran los dispositivos de conexión, control, maniobra, protección, medida, señalización y distribución, todos estos dispositivos permiten que una instalación eléctrica funcione adecuadamente.



5. Simbología normalizada en los circuitos de control Los símbolos gráficos, son la representación gráfica de conductores, conexiones, aparatos, instrumentos y otros elementos que componen un circuito eléctrico. Como en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad, la simbología representa una forma de expresión o un lenguaje para las personas familiarizadas 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 se pueda comprender por personal debidamente capacitado en el tema. En este subtema se proporciona una selección de símbolos gráficos habituales para la realización de esquemas eléctricos. Todo símbolo gráfico que sea utilizado en un diagrama de control deberá estar normalizado, para tal efecto se dispone de simbología americana y simbología europea.



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Manual de Equipos Eléctricos



Tabla 1: Simbología normalizada Símbolo



Descripción



Símbolo



Descripción



Símbolo



Descripción



Corriente continua



Sirena



KWh



Contador de enpergía activa



Corriente Alterna



Bocina Tubo fluorescente



Derivación



Interruptor



Cortacircuitos fusibles



Pulsador



Resistencia (símbolo general)



Conmutador de 2 direcciones



Bobina o autoinducción



Conmutador de cruce



Telerruptor



Balasto o reactancia



Base de enchufe



Diodo



Condensador



Base de enchufe con toma tierra



Fotorresistencia



Cebador



Pila o batería



V



Voltímetro



Toma de tierra



A



Amperímetro



Punto de luz o lámpara Lámpara de señalización



W



Timbre



f



Vatímetro



VAr



Varímetro



Interruptor diferencial (en éste caso unipolar)



Frecuencímetro



Interruptor magnetotérmico (en éste caso unipolar)



Contactor



Mando mecánico manual



Mando electromagnético



Seccionador fusible



Mando por pulsador



Mando de acción retardada



Contacto NA



Mando por puls. de seta



Mando de reposo retardado



Contacto NC



Mando por pedal



Acción y reposo retardado



Zumbador



6



Ohmetro



C



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Hz



Unidad I: Cuartos de Control



Símbolo



Descripción



Descripción



Símbolo



Descripción



Contacto NA retardado



Sirena



Mando de relé interminente



Contacto NC retardado



Mando por roce



Mando de relé por impulso



Contacto NA adelantado



Mando por roldana



Electroválvula



Contacto NC adelantado



Desenganche automático



Detector de proximidad



Interruptor de posición NA



Relé de efecto magnético



Interruptor de posición NC



Relé de efecto térmico



Detector de proximidad capacitivo



Contacto NA temp. al trabajo



Relé de efecto magnetotérmico



Detector de fotoeléctrico



Contacto NC temp. al trabajo



Relé de máxima intensidad



Reloj



Contacto NA temp. al reposo



Relé accionado por nivel de fluido



Mando de tres posiciones



Relé accionado por presión



Enclavamiento mecánico



Conexión estrella



Luz interminente



Cuadro de distribución



Conexión triángulo



Punto de luz con t.t



Arrancador (símbolo general)



Lámpara de neón



Arrancador en dos sentidos



Lámpara de socorro



Arrancador estrella - triángulo



Tubo (fluorescente)



Contacto NC temp. al reposo



M



Símbolo



Motor (símbolo general)



P



m



Detector de proximidad inductivo



Contactor de impulsos



Antena



Cocina eléctrica



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Manual de Equipos Eléctricos



Símbolo



Descripción



Símbolo



Descripción



Símbolo



G



Generador (símbolo general)



Altavoz



Lavadora



M



Motor de c. continua



Fotodiodo



Frigorífico



M 3



Motor trif. de c. alterna



Diodo LED



Lavavajillas



Transistor PNP



Aparato de calefacción



Transformador de tensión



Descripción



Transistor NPN



Transformador de intensidad



Tiristor Díac



Masa



Tríac



5.1 Esquemas de control Los diagramas de control son útiles para diversas finalidades, pueden servir como un registro de los distintos dispositivos utilizados. Pueden servir para mostrar cómo están conectados eléctricamente, también pueden poner de manifiesto la lógica en los circuitos de control. En general, cualquier sistema de control puede representar para su desarrollo y fácil comprensión por cuatro tipos de diagramas, dependiendo del grado de detalle que se quiera obtener. Estos diagramas se conocen en el lenguaje técnico del control de motores como: →→ Esquema de bloques. →→ Esquema unifilar. →→ Esquema de alambrado.



Los rectángulos se conectan por medio de flechas que indican la dirección de la circulación de corriente o flujo de potencia.



→→ Esquema esquemático. Comparador



→→ Esquema de bloques: Este Esquema está formado por un conjunto de rectángulos dentro de los cuales se describe en forma breve la función de cada uno de ellos.



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Entrada señal de mando



Señal de error Comparador



Señal realimentada



Señal de control o manipulada Planta



Salida Señal contralada



Realimentación



Unidad I: Cuartos de Control



→→ Esquema unifilar: Es aquel que muestra mediante una sola línea las conexiones entre los dispositivos, componentes o partes de un circuito eléctrico o de un sistema de circuitos y estos se representan por símbolos. F21 F7 b0 b23



N L3 L2 L1



b22 13 K1



b22



15 b23



14 K1



18 21



K2



22 1



21 K2 K1



22 1 2



→→ Esquema de alambrado: Es aquel que muestra las conexiones entre los elementos componentes de un tablero eléctrico. Usualmente muestra la localización relativa de sus elementos y puede o no incluir las conexiones interiores de los mismos. Este tipo de Esquema es muy útil para la instalación del equipo y para mantenimiento, ya que se localizan con mayor facilidad las averías o fallas por lo que se recomiendan en la fase de construcción.



13 K2 14



2



F22



Figura 2: Esquema de alambrado



UVW M 3



Figura 3: Esquema de alambrado



6. Elementos de maniobra y protección 6.1 Elementos de maniobra Son dispositivos que permiten establecer, conducir e interrumpir la corriente para la cual han sido diseñados. 1. Pulsadores: Abren o cierran el circuito y permanecen así mientras los mantengamos pulsados. Pueden ser Abiertos o Cerrados.



Figura 4: Pulsadores



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Manual de Equipos Eléctricos



2. Breakers: Son dispositivos automáticos de protección, que a diferencia de los fusibles no se funden (no son desechables), sino que interrumpen automáticamente el circuito y es reposicionable manualmente una vez ha sido disparado. Existen muchos tipos de breakers según las características de la corriente y de las líneas que protegen: Breaker térmico: Apropiado para proteger contra sobrecargas de corriente. El dispositivo térmico es un termostato bimatálico constituido por láminas de diferentes coeficientes de dilatación. El paso de una corriente excesiva provoca una dilatación diferencial del sistema dando origen a una flexión del contacto. Si la corriente es baja, la reacción del bimetálico es lenta. Lo contrario su reacción es rápida.



en la mayoría de las instalaciones corrientes. Las capacidades más comunes para los breakers son 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 y 100 amperios. Como norma general se calculan para que actúe el disparador térmico en caso de sobrecargas y



Breaker magnético: Consta de un electroimán como elemento activo. Siempre que una corriente de cierta intensidad pase por la bobina del electroimán, la armadura del mismo es atraída por el núcleo. La armadura actúa sobre el contacto y provoca su separación. Si se varía la distancia entre el núcleo y la armadura del electroimán, se gradúa el valor de la corriente que hará abrir los contactos. Sin embargo se ha demostrado que un dispositivo únicamente de tipo magnético, no es protector suficiente contra los cortocircuitos. Breaker termomagnético: Es una combinación de los dos sistemas anteriores y por lo tanto reúne sus ventajas. Son los más eficientes y seguros el magnético para cortocircuitos.



Figura 5: Breakers



Elementos de protección: Son dispositivos que permiten detectar condiciones anormales definidas (sobrecargas, cortocircuito, corriente de falla a tierra3, etc.) e interrumpir la línea que alimenta la anormalidad u ordenar su interrupción a través del elemento de maniobra al que está acoplado. Fusible: Elemento de protección cuya capacidad de ruptura deberá ser igual o mayor a la calculada para su punto de utilización a la tensión de servicio. En todos los casos el fusible será encapsulado y deberá ser desechado luego de su fusión. 3



Figura 6: Fusible



Tierra: Masa conductora de la tierra, o todo conductor unido a ella por una impedancia muy pequeña.



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Unidad I: Cuartos de Control



Conmutadores: Dirigen la corriente por un camino u otro. Los conmutadores son un elemento esencial en cualquier circuito eléctrico. En el mercado existe una gran variedad de modelos adaptados a casi todas las necesidades: de palanca, deslizantes o rotatorios, que se conectan a varios circuitos y diferentes posiciones.



0



0 1



2



1



2



Figura 7: Conmutador



Interruptor por corriente diferencial de fuga (interruptor diferencial) : El interruptor diferencial deberá estar diseñado para funcionar automáticamente cuando la corriente diferencial de fuga exceda un valor determinado de ajuste. El elemento de protección diferencial se podrá integrar en una misma unidad con la protección contra sobrecarga y cortocircuito. Interruptor automático: Elemento de maniobra y protección cuya capacidad de ruptura a la tensión de servicio, deberá ser igual o mayor a la corriente de cortocircuito en su punto de utilización. Rele térmico: Son elementos de protección únicamente contra sobrecargas, cuyo principio de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos elementos (bimetales) bajo el efecto del calor, para accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos contactos auxiliares que desenergicen todo el circuito y energicen al mismo tiempo un elemento de señalización.



Figura 8: Interruptor automático



El bimetal está formado por dos metales de diferente coeficiente debilitación y unidos firmemente entre sí, regularmente mediante soldadura de punto. El calor necesario para curvar o reflexionar la lámina bimetálica es producido por una resistencia, arrollada alrededor del bimetal, que está cubierto con un material de asbesto, a través de la cual circula la corriente que va de la red al motor. Se ubica en el circuito de potencia. Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente sobrepasa el valor nominal para el cual han sido dimensionados, empujando una placa de fibra hasta que se produce el cambio de estado de los contactos auxiliares que lleva. El tiempo de desconexión depende de la intensidad de la corriente que circule por las resistencias.



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Manual de Equipos Eléctricos



6.2 Tipos de Cableado Recordamos que el conductor es el componente que transporta la electricidad. Tabla 2: Tipos de cableado Tipo



Conductor de alambre desnudo



Conductor de alambre aislado



Conductor de cable flexible



Conductor de cordón



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Descripción Es un solo alambre en estado sólido, no es flexible y no tiene recubrimiento, un ejemplo de uso este tipo de conductores es la utilización para la conexión a tierra en conjunto con las picas de tierra.



Es exactamente lo mismo que el conductor de alambre desnudo con tan solo una diferencia, en este caso el conductor va recubierto de una capa de aislante de material plástico para que el conductor no entre en contacto con ningún otro elemento como otros conductores, personas u objetos metálicos. El alambre aislado se utiliza mucho más que el cobre desnudo tanto en viviendas como oficinas.



Es el más comercializado y el más aplicado, está compuesto por multitud de finos alambres recubiertos por materia plástica. Son tan flexibles porque al ser muchos alambres finos en vez de un alambre conductor gordo se consigue que se puedan doblar con facilidad, son muy maleables.



Están formados por más de un cable o alambre, se juntan todos y se envuelven de manera conjunta por segunda vez, es decir, tienen el propio aislamiento de cada conductor más uno que los reúne a todos en un conjunto único.



Imagen



Unidad I: Cuartos de Control



7. Automatización industrial La automatización industrial (automatización: del griego antiguo auto, guiado por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias o procesos industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. Un automatismo eléctrico constará de uno o varios circuitos cuya finalidad es la de alimentar eléctricamente a unos actuadores encargados de realizar un trabajo. Este trabajo será típicamente mecánico aunque también podría ser calorífico, o generar un aviso luminoso, sonoro. El resultado del actuador también podría ser la conexión de sistemas de potencia o generadores eléctricos. 7.1 Elementos para la automatización industrial En todo proceso industrial se requieren elementos de control para su automatización. Éstos son de 3 tipos básicamente: elementos sensores, controladores y actuadores.



humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.



Para la gestión de la señal se tienen diferentes tipos de sensores, Un controlador, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. La parte actuadora es la encargada de realizar el trabajo. En este grupo entran válvulas con actuadores, motores, servomotores etc.



Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura.



7.2 Sensores



Aunque es un poco complicado realizar una clasificación única, debido a la gran cantidad de sensores que existen actualmente, las siguientes son las clasificaciones más generales y comunes. Los sensores de interés para la manufactura se pueden clasificar como sigue:



Un sensor es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión,



7.3 Clasificación de los sensores



→→ Sensores mecánicos: Para medir cantidades como posición, forma, velocidad, fuerza,



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torque, presión, vibración, deformación y masa4, Sensores eléctricos: para medir voltaje, corriente, carga y conductividad. →→ Sensores magnéticos: para medir campo, flujo y permeabilidad magnética. →→ Sensores térmicos: para medir temperatura, flujo, conductividad y calor específico. Otros tipos como acústicos, ultrasónicos, químicos, ópticos, de radiación, láser y de fibra óptica. De acuerdo con su aplicación, un sensor puede estar formado por materiales metálicos, no metálicos, orgánicos o inorgánicos, y por fluidos, gases, plasmas o semiconductores.



Sensor Inductivo



Sensor Capacitativo



Sensor Ultrasónico



Figura 9: Tipos de sensores



7.4 Interruptor de posición final o de carrera Aparato empleado en la etapa de detección y fabricado específicamente para indicar, informar y controlar la presencia, ausencia o posición de una máquina o parte de ella siendo accionado por ellas mismas mediante contacto físico (ataque).



Figura 10: Final de carrera



7.5 Temporizadores o relés de tiempo Son aparatos en los cuales se abren o cierran determinados contactos, llamados contactos temporizados, después de cierto tiempo, debidamente preestablecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentación. →→ Temporizador al trabajo: Aquel cuyos contactos temporizados actúan después de cierto tiempo de que se ha energizado el elemento motor5 del temporizador. En el momento de energizar el temporizador, los contactos temporizados que tiene siguen en la misma posición de estado de reposo y solamente cuando ha transcurrido el tempo programado, cambian de estado, es decir que el contacto NA se cierra y el contacto NC se abre. →→ Temporizador al reposo: En este tipo de temporizador, los contactos temporizados actúan como 4 5



Masa: Magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg). Motor: Máquina que produce energía mecánica por transformación de la energía eléctrica.



14 TECNOLÓGICO NACIONAL



Unidad I: Cuartos de Control



→→ Temporizador neumático: La temporización



→→ Temporizadorese electrónicos: Son aquellos cuyo sistema de temporización esta conformado por circuitos electrónicos. Se encuentra una gran variedad de modelos, dependiendo de su funcionamiento. A2



A1



1Y 51 1A



10



→→ Temporizador mecánico: Temporizador en el cual la temporización se consigue mediante engranajes, con sistemas comparables a los relojes mecánicos. El conteo del tiempo programado se inicia al energizar un pequeño motor sincrono de velocidad constante, que mueve una serie de engranajes, para reducir la velocidad del motor. El último de los engranajes lleva un pin o tope para accionar unos contactos de apertura lenta o un micro ruptor de apertura brusca, los cuales actúan como contactos temporizados.



se obtiene regulando la entrada de aire en un fuelle, hasta que se llene completamente, momento en el cual éste acciona los contactos del temporizador. El aire es expulsado del fuelle prácticamente en forma instantánea.



120



temporizados después de cierto tiempo de haber sido desenergizado el elemento motor del temporizador. Cuando se energiza el temporizador, sus contactos temporizados actúan inmediatamente como si fueran contactos instantáneos, manteniéndose en esa posición todo el tiempo que el temporizador esté energizado.



2A



Figura 11: Temporizadores



7.6 Presostatos Son aparatos que abren o cierran un circuito eléctrico al detentar cambios de presión en sistemas neumáticos o hidráulicos: →→ De membrana: la variación de presión, en un sistema neumático o hidráulico, produce la deformación de una membrana. Esta deformación se transmite a un pistón, el cual a su vez, desplaza los contactos eléctricos que tiene el presostato. →→ Sistema tubular: Funciona gracias a un tubo ondulado (a manera de fuelle metálico), el cual maniobra los contactos eléctricos del presostato de acuerdo con las variaciones de presión. Los presostatos se instalan



en las tuberías de conducción de gases o líquidos, o bien en los tanques de almacenamiento de dichos elementos.



Figura 12: Presostatos



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7.7 Termostatos Aparatos que abren o cierran circuitos eléctricos, en función de la temperatura que los rodea. →→ De láminas metálicas: Ejerce la temperatura en una lámina, compuesta por dos metales con diferentes coeficientes de dilatación (bimetal), que se flexiona (dobla) al elevarse o disminuir la temperatura, hasta llegar a accionar los contactos que tiene. →→ De tubo capilar: Aprovecha las alteraciones en la presión de un fluido alojado en un tubo muy delgado, al variar la temperatura. Esta variación de presión produce una modificación en la forma del tubo, hasta accionar los contactos eléctricos que posee.



A



A++



Oficina 20,5°



21° 70%



30



Los termostatos no deben confundirse con los relés térmicos. Figura 13: Termostato



7.8 Programadores Son aparatos que accionan un gran número de contactos, en forma independiente, simultanea, secuencial o repitiéndose periodicamente (cíclica). Están conformados por un motor, transmisión y contactos (micro ruptores). En la actualidad estos sistemas mecánicos se van sustituyendo por procedimientos electrónicos. 7.9 Contactores eléctricos Los contactores eléctricos son los elementos de mando que conectarán o desconectarán a nuestros receptores (bobinas, luces, motores, etc.). Dichos contactos están alojados en las cámaras de contactos y son accionados por diversos sistemas, por ejemplo: pulsadores, interruptores, relees, etc. En cada cámara de contactos puede haber uno o varios contactos. Según la norma DIN (0660/52), el contactor “es un interruptor mandado a distancia que vuelve a la posición de reposo cuando la fuerza de accionamiento deja de actuar sobre él”. El contactor se utiliza para la conexión de elementos de potencia y nos permitirá la automatización de nuestras maniobras. Básicamente es un interruptor trifásico que en lugar de accionarlo manualmente lo podemos hacer a distancia, con menor esfuerzo físico y mayor seguridad a través de una bobina.



16 TECNOLÓGICO NACIONAL



Unidad I: Cuartos de Control



Clasificación 1. Contactores electromagnéticos: Su accionamiento se realiza a través de un electroimán. 2. Contactores electromecánicos: Se accionan con ayuda de medios mecánicos. 3. Contactores neumáticos: Se accionan mediante la presión de un gas. 4. Contactores hidráulicos: Se accionan por la presión de un líquido. Los contactores se pueden clasificar de acuerdo con: Por su construcción →→ Contactores electromecánicos: Son aquellos ya descritos que funcionan de acuerdo a principios eléctricos, mecánicos y magnéticos. →→ Contactores estáticos o de estado sólido: Estos contactores se construyen a base de tiristores. Estos presentan algunos inconvenientes como: Su dimensionamiento debe ser muy superior a lo necesario. La potencia disipada es muy grande (30 veces superior). Son muy sensibles a los parásitos internos y tiene una corriente de fuga importante. Su costo es muy superior al de un contactor electromecánico equivalente. Por el tipo de corriente eléctrica que alimenta la bobina



Por los contactos que tiene Contactores principales.



Contactores para AC. Contactores auxiliares. Contactores para DC. Por la carga que pueden maniobrar (categoría de empleo). Tiene que ver con la corriente que debe maniobrar el contactor bajo carga. Básicamente existen dos tipos de contactos: Normalmente Abierto (N .A.)



Normalmente Cerrado (N .C.)



I 13



21



14



22



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



El N.A. deja pasar la corriente hasta que es accionado. El N.C. permite el paso de la corriente y la corta cuando es accionado. Ambos contactos vuelven a la posición inicial una vez que a finalizado el accionamiento. Para diferenciar el tipo de contacto en la cámara se utiliza una numeración compuesta por dos dígitos que sigue las siguientes reglas: Primera cifra: Número de orden en la cámara de contacto. 1 ó 2: N.C. 3 ó 4: N.A



13



21



33



41



5 ó 6: especial N.C.



14



22



34



42



7 ó 8: especial N.A. Por contactos especiales se entienden los que pertenecen a dispositivos de protección (relees térmicos, etc.), a temporizadores y a contactos. 7.10 Constitución de un contactor electromagnético →→ Contactos principales: Son los destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia. Normalmente se encuentran abiertos ó en reposo. →→ Contactos auxiliares: Son los encargados de abrir y cerrar el circuito de mando. Están acoplados mecánicamente a los contactos principales y son abiertos o cerrados. →→ Bobina: Elemento que produce una fuerza de atracción (FA) al ser atravesado por una corriente eléctrica. Su tensión de alimentación puede ser de 12, 24 ,120 y 220V de corriente alterna, siendo la de 220V la más usual. →→ Armadura: Parte móvil del contactor. Desplaza los contactos principales y auxiliares por la acción (FA) de la bobina. →→ Núcleo: Parte fija por la que se cierra el flujo magnético producido por la bobina. →→ Resorte: Es un muelle encargado de devolver los contactos a su posición de reposo una vez cesa la fuerza FA.



18 TECNOLÓGICO NACIONAL



1



2



3 4 5



6



7



8



V



1. Contactos móviles



(en



2. Contactos fijos



alterna)



corriente



3. Hierro móvil



7. Hierro fijo



4. Muelle artagonista



8. A l i m e n t a c i ó n



5. Bobina



bobina



6. Espira de sombra Figura 14: Partes de un contactor



Unidad I: Cuartos de Control



7.11 Funcionamiento del contactor A los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente, será bipolar, tripolar, tetrapolar, etc, realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías. Los contactos auxiliares son de dos clases abiertos y cerrados. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo. Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente, mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactor principales y auxiliares, estableciendo a través de los polos el circuito entre la red y el receptor. Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. La bobina está concebida para resistir los choque mecánicos provocados por el cierre y la apertura de los contactos y los choques electromagnéticos debidos al paso de la corriente por sus espiras, con el fin de reducir los choques mecánicos la bobina o circuito magnético, a veces los dos se montan sobre amortiguadores. Si se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y el de parada en serie.



8. Aplicaciones típicas en instalaciones industriales 8.2 Inversión de giro de un motor trifásico, por medio de pulsadores



8.1 Arranque sencillo de un motor trifásico L1 L2



L1 L2



L3 F1



F2



F3



F3 K



1 2



3 5



L3 F1 1 F3



S1



F3 2 4 6



4 6



S1



13



S2 U



F2



3 5



K



VW



S2



14 1



3 A2



K1



3 5



2 4 6



K2



K



1



3 5



K1



13 14



2 4 6 K2



S3



A1 U1 V1 W1 M3



13 14



21 K2 22 A1 K1



A2



21 K1 A1 22 K2



A2



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



8.3 Inversión de giro de forma automática por medio de contactor temporizado L1 L2 L3



Inversión de giro de un motor trifásico de temporizado, el motor debe tener protección eléctrica.



F1



F2



1 3 5



F3 S1



F3 2 4 6



Funcionamiento:



13 13 X2 13 K1 13 14 K1 14 KT1 14 14



S2



Al pursar S2 energiza K1, el motr gira a la izquierda a la vez se energiza kt1 que con la fusión de retardo en la comexión energiza a K2 y da marcha al motor en el sentido contrario, los contactos 21 - 22 de K2 desconectan a K1 y a su vez desconecta el temporizador.



K1



1 3 5 1 3 5 K2 2 4 6 2 4 6



K2



U1 V1 W1



21 22



A1 K1 A2



N3



A1 Kt1 A2



A1 K2 A2



8.4 Simulación del accionamiento de una puerta por medio de celdas fotoeléctricas Esquema de mando para la simulación de una puerta mediante CF y FC. Funcionamiento: Al pulsar S2 se energiza KA (contactor auxiliar) quien alimenta el Cf1,Cf2. Al interrumpir el as de luz emitidas por las Cf. se acciona el contactor K1 que pone en marcha el motor, abre la puerta cuando la puerta es abierta totalmente es desconectado mediante un final de carrera Fc1, también Fc1 activa el Kt1 (contactor temporizado 1) quien con un retardo de tiempo activa K2 que cierra la puerta desactivándose mediante el Fc2.



L1 F1 S1



KA



S2



13



43 KA



14



S3 44



13 K1



14



FC2



CF2 CF1



21 K2



S3 S4



22 S4 K1



13 K2 kT1 14 43



15



21 K1



16



22



44



FC1



FC1 FC2



L2



A1 KA A2



A1 CF1 A2



A1



CF2



A2



20 TECNOLÓGICO NACIONAL



Si la puerta fuese abriendo se puede serrar manualmente o viceversa.



A1 K1 A2



A1 K2 A2



A1 kT1 A2



En el caso de que la puerta fuese serrando y el as es interrumpido nuevamente la puerta volverá a abrir y repetir el ciclo.



Unidad I: Cuartos de Control



8.5 Arranque estrella-triángulo Un motor trifásico, en el momento del arranque, consume entre 3 y 7 veces la intensidad nominal. Estas puntas de corriente, aunque no perjudican el motor, pueden ocasionar trastornos en los demás aparatos. Para evitar esto se realizan unos arranques especiales y uno de ellos es el estrella-triángulo. Para realizar dicho arranque necesitamos acceder a los 6 bornes del motor y que trabaje nominalmente en triángulo. Con este arranque reducimos la tensión en el primer punto a 3 veces menor (conexión de K Línea y K Estrella ), de esta manera la intensidad también se reduce. Pasado un tiempo KT aplica la tensión nominal al motor (deja conectado K Línea y KT Triángulo). Esquemas de mando existen varios, uno de ellos es el de figura siguiente que es uno de los más seguros que hay. Por ejemplo; si KL no funciona la maniobra no se inicia, una vez utilizado el temporizador este es desconectado, si KT está clavado no arranca el motor, etc. Esquema de mando



Esquema de fuerza L1 L2 L3



L1 F2



F1 S1 S2



1 2



3 4



5 6



1 2



3 4



5 6



1 2



3 4



5 6



13 13



S3



K2



14



KL



K1



1 2



3 5 1 KE 4 6 2



3 4



5 6



K1 14 21 X3



21



22 A1



A1 K1



K2



K2 A2



22 A1



A2



A2



F2



K2



K1 U1 V1 W1



M 3



W1 U1 V1



N



Esquemas de mando existen varios, uno de ellos es el de figura siguiente que es uno de los más seguros que hay. Por ejemplo; si KL no funciona la maniobra no se inicia, una vez utilizado el temporizador este es desconectado, si KT está clavado no arranca el motor, etc.



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



8.6 Arranque de un motor dahlander de dos velocidades L1 L2 L3



Arranque de un motor dalander de dos Velocidades de dos y cuatro polos.



F1



F2



1 3 5



F3



Funciomaniento:



F3 S1



2 4 6



Al pulsar S2 s energiza K1 funcionando el motor en la velocidad lenta abriendo los contactos auxiliares 21-22.



S2 1 3 5 1 3 5K1 1 3 5 K2 K3 2 4 6 2 4 6 2 4 6



Al pulsar S3 se abre el circuito que alimenta a K1 y se cierra el que alimenta a K2, dando paso a la velocidad mayor, energizando a K3 que forma el punto estrella externo.



K1 S3 21 K2 22 A1 K1 A2



U1 V1 W1 N3



13 14 13 K2 K2 43 14 44 21 K1 22 A1 K3 K2 A2 K



8.7 Arranque de un motor dalander de tres velocidades L1 L2 L3 N 95 96 95 96 95 96



F2 F3 F4



K1



2 4 6



1 3 5



1 3 5



1 3 5 K3



2 4 6



K2



2 4 6



1 3 5 K4



1 3 5



1 3 5



2 4 6 1 3 5



2 4 6



2 4 6



2 4 6



U6 V6 W6 U12 U4 V4 V12 W4 W12 Z4 K4 Y4



22 TECNOLÓGICO NACIONAL



S1 S2



K4



S3



K2



S4



K1 21 22 21 K3 22 21 K4 22 A1 K1 A2



13 21 K1 22 31 K4 32



14



K2



A1 K2 A2



13 14



31 K1 32 31 K2 32 31 K2 43 K3 32 A1 44 A1 K3 K4 A2 A2



K4 43



Unidad I: Cuartos de Control



Funciomaniento de Arranque de un motor dalander de tres velocidades: El motor debe llevar torción eléctrica y mecánica. Al pulsar S4 se energiza K1 y el motor trabaja en la velocidad lenta y bloquea las otras velocidades. Al pulsar S3, se desactiva a K1 y activa a K2, que asu vez activa a K3 para formar el punto estrella dando paso a la segunda velocidad (media). Al pulsar S2, activa a K2 y activa a K4 quien conecta la tercera velocidad. S1 será el paro general, no se puede retornar de una velocidad rápida a una velocidad lenta, ya que el sistemka no lo permite. 8.8 Esquema de mando y fuerza para el arranque e inversión de giro de un motor bifásico pasando por cero L2 N



L1



96 95 S2



K2



K1



S1



13



S3



14



43 K2



R



KA1 KA2



KA2



43



44 A1 A1 K1 KA1 A2 A2



KA1



A C



K1



44 A1 A1 K2 KA2 A2 A2



8.9 Esquema de mando y fuerza para la inversión de giro de un motor monofásico L2



L1



96 95 K2



K1



13 S1



14 13



S2 43 KA1



KA2



R



A



K2 KA2



KA1



43 K1



44



A1 K1 A2



A1 KA1 A2



A1 K2 A2



14



A1 KA2 A2



C



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



8.10 Arranque estrella delta6 de forma automática por medio de temporizado L1 L2 L3



L1 F2



F1 1



3 5



2



4



S1



6 S2



KL



1



3 5



2



4



1 K1 2 KA2



6



3 5 4



6



1 KE



2



13 K2



3 5 4



6



13



15



KT1



18 F2



1



3 5



2



4



14



21



21



K1 K1



22



6 K2



K1 U1 V1 W1



14



K1



M 3



A1



A1



A2



KT1 A2



K1 W2 U2 V2



41



22 A1



K3



K2 42



A2



N



8.11 Esquema de mando y fuerza para el arranque de un motor monofásico, por medio de pulsadores L2



L1



96 95



K1 S1



13



S2



14



R = devanado de régimen A = devanado de arranque C = condensador



R A1



A 6



A2 C



Masa: Conexión en serie de los devanados de un sistema polifásico, de modo que formen un circuito cerrado. Esta conexión en los sistemas polifásico también se le llama triángulo.



24 TECNOLÓGICO NACIONAL



Unidad I: Cuartos de Control



Actividades de Aprendizaje 1. Convierta de sistema inglés a sistema decimal las siguientes medidas: a. 5 pulgadas a cm b. 1.5 yd a mtrs c. 0.85 mi a mts 2. Elabore el esquema de mando y fuerza de tres motores con arranque consecutivo.



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Manual de Equipos Eléctricos



Actividad de Autoevaluación Responda las siguientes preguntas: 1. ¿Explica con tus propias palabras que entiendes por sensores?



2. ¿Qué diferencia existe entre un termostato y un presostato?



3. ¿Mencione los tipos de temporizadores que conoce?



4. ¿Mencione para que se utiliza un relé térmico?



26 TECNOLÓGICO NACIONAL



Unidad II: Máquinas Eléctricas Rotativas



1. Introducción Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Éstos se clasefican en: →→ Motores Monofásicos



→→ Motores Trifásicos



→→ Motores de Corriente Continua7



2. Clasificación de las maquinas eléctricas 2.1 Motores monofásicos Un motor monofásico es un motor de inducción con dos bobinados de estator, uno principal y otro auxiliar o de arranque. Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensión de red se aplica a ambos, separados por un espacio de 90 grados eléctricos a lo largo del estator8. Estos fueron los primeros motores en ser usados en la industria y en la actualidad aún perduran. Se utiliza en equipos que no necesitan arranques muy altos; como ventiladores, secadores de pelo y bombas centrifugas entre otros. Los motores pueden ser de jaula de ardilla, o de rotor9 bobinado, los primeros en general se prefieren por razones de simplicidad, solidez y costo. Sin embargo los motores de rotor bobinado poseen características diferentes a las de un motor de rotor en jaula de ardilla que los hacen más eficientes en determinadas condiciones de trabajo. Prácticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW. El motor de inducción monofásico tiene un grave inconveniente, que no es capaz de arrancar por sí sólo. Efectivamente, el campo que el inductor creará en el entrehierro será un campo pulsante, pero no giratorio. Y si en un primer momento consideramos que el rotor. Es simplemente una masa de hierro o acero, el campo magnético oscilatorio, lo más que va a conseguir será hacerlo temblar dado que el campo al que está sometido cambia de sentido 60 veces por segundo (en caso de alimentar a 60Hz), pero no lo moverá, dado que el campo producido por el bobinado del estator está siempre en la misma posición. 7



Corriente continua: Es el flujo continuo de electricidad a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. Estator: Parte fija del motor. Una carcasa de acero ligera rodea una corona de chapas delgadas (del orden de 0,5 mm de grosor) de acero al silicio. 9 Rotor: Es el elemento móvil del motor. Igual que el circuito magnético del estator, está constituido por un apilamiento de chapas finas aisladas entre sí y forman un cilindro claveteado alrededor del árbol o eje motor. 8



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



2.2 Partes principales de un motor monofásico La mayoría de los motores monofásicos consta de las siguientes partes: →→ El estator: Es el componente estático de una máquina eléctrica, también llamado inductor. →→ El rotor: Es la parte móvil y ese movimiento es originado por el campo inducido (así también se lo llama "inducido"). →→ Las tapas: Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a rodamientos que soportan la acción del rotor. →→ El borne de conexión es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.



→→ El eje: Es una extensión externa de la armadura que pasa a través de la cubierta y coraza del motor. →→ El ventilador: Es utilizado para enfriar el motor y evitar recalentamiento. Editor Placa de bornes Rotor Rodamientos Ventilador



Eje Bobinado Carcasa



Placa de características



Figura 15: Partes principales de un motor monofásico



3. Clasificación de los motores monofásicos Los motores monofásicos se clasifican en: motores de fase partida, motores de arranque con capacitor, motores con capacitor permanente, motores de polos sombreados y motores universales. 3.1 Motor monofásico de fase partida Este motor es uno de los primeros motores monofásicos usados en la industria, y aún permanece su aplicación en forma popular. Estos motores se usan en: máquinas herramientas, ventiladores, bombas lavadoras, secadoras, etc. El primer grupo se conoce como el devanado principal o devanado de trabajo, y el segundo, como devanado auxiliar o de arranque. Estos dos devanados se conectan en paralelo entre sí, el voltaje de línea se aplica a ambos al energizar el motor.



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Línea de C.A Estator



N



S



N



S



Atracción magnética entre los devanados de trabajo u operación Figura 16: Grupo de devanado en el estator



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Los dos devanados difieren entre sí, física y eléctricamente. El devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el devanado de arranque. Generalmente, el devanado de arranque se aloja en la parte superior de las ranuras del estator, en tanto que el de trabajo en la parte inferior. El devanado de arranque tiene menos espiras de una sección delgada o pequeña de conductor. Desplazamiento de los devanados y opéración para motores de dos polos o fase de partida. En general, un motor de fase partida consiste de una carcaza, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranura se alojan las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor o parte giratoria formada por conductores basados de barras de cobre o aluminio embebidos en el rotor y conectados entre si por medio de anillos de cobre en ambos extremos, formando lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama así porque la configuración de los anillos y las barras conductoras se asemejan realmente a una jaula de ardilla. 10



El devanado de arranque ayuda a arrancar al motor de C. A. De fase partida y es removido el circuito por un switch centrifugo cuando el motor alcanza del 75% al 80% de su velocidad nominal., de manera que a velocidad nominal, el motor funciona solo con su devanado de operación.



Devanado de arranque



N



Devanado de trabajo



Devanado de trabajo S



N



S Devanado de arranque Línea de AC Figura 17: Grupo de devanado en el estator Polo principal



Devanados auxiliares Alimentación de C.A



Switch centrífugo



Polos auxilares



Rotor Polo especial Figura 18: Motor de fase partida



A esta velocidad, un mecanismo a base de resorte abre, ya que la fuerza centrífuga del rotor vence la del resorte que hace que el swith permanezca cerrado. Como se observa, en el circuito de arranque, el swith centrifugo está conectado en serie con el devanado de arranque. El motor continúa operando debido a las corrientes inducidas en el devanado del rotor y a su movimiento. Si el swith centrifugo no está cerrado cuando es energizado el motor, este no arrancará y puede producir un fuerte ruido y demandar una corriente excesiva. Debido a que el rotor no gira, su impedancia es aproximadamente igual a la resistencia de las barras del rotor y actúa como el secundario de un transformador en corto, esto hace que el primario (devanado de trabajo) demande mucha corriente, y si esta condición permanece por mucho tiempo, entonces el devanado de trabajo sufre un calentamiento excesivo. 10



Devanado: Es un arrollado compuesto de cables conductores que tiene un propósito específico dentro de un motor.



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Características →→ Consta de dos devanados, principal y auxiliar y lleva incorporado un interruptor centrifugo, cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor. →→ Poseen un par de arranque moderado y se utilizan bastante como motores de impulsión para lavadoras, secadoras y lavavajillas, etc. →→ En algunas ocasiones utiliza un relevador de corriente.



Los devanados de arranque y de operación están defasados 30° Devanado principal o de trabajo Switch 30° centrífugo Rotor



Devanado de arranque



Alimentación en C.A



Devanado auxiliar Devanado principal o de trabajo



Figura 19: Motor de fase partida



3.2 Conexión del motor de fase partida La Nacional Electrical Manufacturer Association (NEMA11) de los Estados Unidos, tiene establecida una numeración normalizada y un código de colores que han sido adoptados por varios países, que facilita la identificación de las terminales del motor. El numero de cada conductor o Terminal se identifica con una letra (T1, T2, etc.) y se le asigna un color. Elemento térmico P1 T1 Devanado de trabajo T1



T8 T4



Devanado de trabajo T4 T8



Devanado de arranque Devanado de arranque T5



Sisema de numeración normalizado para un motor de fase de partida (monofásico) con protección térmica. T5: Negro T8: Rojo 11



T5



P1: Sin color asignado P2: Café



NEMA: Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos y de Equipamiento de Imágen Médica americana NEMA. Asociación industrial norteamericana, creada en 1 de Septiembre de 1926. Responsable de diversos estándares industriales usados en los campos de la electricidad y la electromedicina.



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3.3 Motores monofásicos con condensador de arranque Los motores de arranque con capacitor, se encuentran disponibles en las versiones de par de arranque normal, para accionar cargas como: ventiladores, sopladores, bombas centrifugas y otras aplicaciones. Los diseños para alto par de arranque se usan en equipos como: compresores, bombas, transportadores con carga, etc. Los motores de fase partida de arranque con capacitor, son los que requieren el menor mantenimiento de todos los tipos de motores monofásicos. El capacitor se conecta en serie con el devanado de arranque y el swith centrifugo.



Tapa posterior



Capacitor arranque Rotor Chumacera



Ventilador Estator Figura 20: Motor de arranque con capacitor



La corriente en el devanado de arranque que es liberada por el capacitor, se adelanta al voltaje en el devanado de trabajo, obteniendo de esta manera un desplazamiento angular mayor entre los devanados. Lo que proporciona un incremento en el par de arranque del motor. Para tener una idea de la magnitud de dicho par; un motor de fase partida con capacitor, tiene un par dos veces mayor que el motor de fase partida sin capacitor. Las características del motor de fase partida arranque con capacitor son las siguientes: →→ Tienen el mismo rendimiento durante el funcionamiento que los motores de fase partida.



Conexión La conexión del motor de fase partida con capacitor de arranque es de la siguiente manera:



→→ Poseen un par de arranque más elevado.



Capacitor



→→ Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofásico, tales como accionamiento de máquinas herramientas (taladros, pulidoras, etcétera), compresores de aire, refrigeradores, etc. →→ Se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque.



Switch centrífugo Rotor Devanado Línea de trabajo



Devanado de arranque



→→ Su rango de operación va desde fracciones de HP hasta 15 HP.



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3.4 Motor monofásico con condensador permanente Los motores de fase partida con capacitor permanente, usan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. El capacitor crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. En caso necesario, los devanados de un motor con capacitor permanente se pueden identificar verificando los valores de la resistencia de los devanados de arranque y de trabajo. El devanado de arranque y el devanado de trabajo con su capacitor, permanecen en el circuito mientras el motor está en operación. La principal diferencia entre un motor con capacitor permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere swith centrífugo para los motores con capacitor permanente. Estos motores no pueden arrancar y accionar cargasque requieren un alto par de arranque. Características →→ El funcionamiento silencioso y la reversibilidad continúa. Esto hace que sea adecuado para una amplia gama de electrodomésticos, tales como lavadoras, secadoras, ventiladores y aparatos de aire acondicionado. →→ Utilizan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. →→ El crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. →→ La principal diferencia entre un motor con permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch centrífugo. →→ Éstos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque. Conexión Motor de c.a. monofásico de fase partida con capacitor permanente, no requiere de switch centrífugo, ya que el capacitor nunca se mueve del circuito. 3.5 Motor de polo sombreado Un motor de polos sombreados es básicamente un pequeño motor de jaula de ardilla en el que el



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devanado auxiliar se compone de un anillo de cobre o una barra que rodea una porción de cada polo. Este devanado auxiliar de una sola vuelta se denomina bobina de sombra: corrientes inducidas en esta bobina por el campo magnético crean una segunda fase eléctrica al retrasar la fase de cambio de flujo magnético para que el polo suficiente para proporcionar un 2-fase de campo magnético giratorio. El sentido de giro es desde el lado sin sombra para el lado sombreado del poste. Puesto que el ángulo de fase entre las secciones sombreadas y no sombreadas es pequeño, motores de espira de sombra producen sólo una pequeña par de arranque con respecto al par de torsión a toda velocidad. Sombra polos motores del tipo asimétrico mostrado sólo son reversibles mediante desmontaje y mover de un tirón en el estator, aunque algunos motores de aspecto similar tienen pequeñas bobinas auxiliares de conexión shortable de alambre fino en lugar de barras de cobre de espesor y pueden revertir eléctricamente. Otro método para revertir eléctrica comprende cuatro bobinas. La forma común, asimétrica de estos motores tienen un solo devanado, sin condensador de partida ni bobinados/interruptor de arranque, haciéndolos económico y confiable. Tipos modernos más grandes y pueden tener múltiples devanados físicas, aunque eléctricamente sólo uno, y un condensador pueden ser utilizados. Debido a que su par de arranque es baja, que son los más adecuados para los fans u otras cargas que se inician fácilmente conducir. Pueden tener varias líneas de retardo cerca de un extremo del devanado eléctrico, que proporciona velocidad variable y la potencia a través de la selección de un grifo a la vez, como en ventiladores de techo. Por otra parte, son compatibles con los controles de velocidad variable basados en TRIAC, que a menudo se utilizan con ventiladores. Se construyen en tamaños de potencia de hasta aproximadamente 1/6 hp o 125 watts de salida. Para motores más grandes, otros diseños ofrecen mejores características. Uso: Este tipo de motores es usado en casos específicos, como el de accionamiento de ventiladores o sopladores, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. su rango de potencia esta comprendido en valores desde 0.0007 hasta 1/4 HP y la mayoría se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. Tipos: Motor de inducción de jaula de ardilla: El tipo más común de motor de polos sombreados en el uso de potencia fraccionaria es el motor de inducción de jaula de ardilla. Esto tiene un rotor que consiste en un cilindro de acero laminado con cobre conductora o barras de aluminio embebidos longitudinalmente en su superficie, conectados en los extremos. 12



Ventajas: La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construcción, su confiabilidad y su robustez, ademas, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofasicos de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores, escobillas, conmutadores, etc) o partes móviles (switches centrifugados). Esto hace que su mantenimiento sea mínimo y relativamente sencillo. Desventajas: Tienen un par de arranque muy bajo, su eficiencia12 es muy baja, por ejemplo, un motor de 1/20 HP tiene una eficiencia del orden del 35%, para motor mas pequeño, puede llegar a ser hasta del 5%, su factor de potencia es muy pobre.



Eficiencia: Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos y de Equipamiento de Imágen Médica americana NEMA. Asociación industrial norteamericana, creada en 1 de Septiembre de 1926. Responsable de diversos estándares industriales usados en los campos de la electricidad y la electromedicina.



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A pesar de estas desventajas, cuando su aplicación es apropiada, las ventajas pueden ser mayores que las desventajas.



4. Motores monofásicos universales Los motores universales son pequeños motores con devanado en serie, que operan con voltaje de corriente directa (C.D) o de alterna (C.A), y se deben comportar de la misma manera. Se diseñan y construyen en tamaños de ¾ de HP o menores. Los motores universales tipo fraccionario pueden ser de 1/150 HP o menores. Los motores universales tienen prácticamente la misma construcción que los de C.D, ya que tienen un devanado de campo y una armadura con escobillas y conmutador. El conmutador mantiene a la armadura girando a través del campo magnético del devanado de campo. También cambia el flujo de corriente con relación al devanado de campo y la armadura, es decir, cumple con una función de empujar y jalar; esta acción esta creada por los polos norte y sur de los devanados de campo y armadura. El polo norte de los devanados de campo jala al polo sur de la armadura (espira) 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 la espira. El polo norte del devanado de campo repele entonces al polo norte de la armadura. Esta acción de empujar y jalar produce la acción de giro de la armadura a través del campo magnético del devanado de campo, estableciendo de esta manera la operación del motor.



Devanados de campo le



Líneas de fuerza



e Rep



N



At ra



e



N S



Conmutador



S Armadura Escobillas



Dirección de rotación Espira de alambre



Flujo de corriente



Cuando el motor universal opera con C. A, la Alimentación corriente cambia constantemente de dirección Figura 21: Motor universal en los devanados de campo. Tanto el devanado de campo como el de armadura invierten la corriente silmutaneamente, por lo tanto, el motor opera en forma similar a uno de inducción. Los devanados de campo y armadura se conectan en serie en los motores tipo universal. 4.1 Partes principales del motor universal →→ La carcasa: suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición con dimensiones adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los polos suelen estar afianzados a la carcasa con pernos pasantes. Con frecuencia se construye la carcasa de una pieza, con los soportes o pies del motor.



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→→ El inducido: es similar al de un motor de corriente continua pequeña. Consiste en un paquete de chapas que forma un núcleo compacto con ranuras normales u oblicuas y un colector al cual van conectados los terminales del arrollamiento inducido. Tanto el núcleo de chapas como el colector, van sólidamente asentados sobre el eje.



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→→ Los escudos: van montados en los lados frontales de la carcasa y asegurados con tornillos. En los escudos van alojados los cojinetes, que pueden ser de resbalamiento o de bolas, en los que descansan los extremos del eje. En muchos motores universales pueden desmontarse sólo un escudo, pues el otro está fundido con la carcasa. Los porta escobillas van por lo regular sujetos al escudo frontal mediante pernos.



generalmente dispuestas en una posición circunferencial y que están conectadas a un conjunto de bobinas, denominado inducido. Visto más en profundidad, cada una de estas laminitas que denominamos delgas está conectada a un punto que corresponde a un segmento del embobinado del motor. Esta bobina da varias vueltas y regresa al conmutador a una delga consecutiva. Si lo vemos de esta manera, las escobillas frotan en el conmutador.



→→ El estator o inductor: se representa junto con otras partes componentes, consiste en un paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y fijadas mediante remaches o pernos.



→→ Escobillas: son contactos deslizantes de grafito que rozan las delgas mientras el rotor gira, una escobilla está conectada al polo positivo de la corriente y otra al negativo, la corriente que transmiten a las delgas hace que el inducido gire, se mantienen pegadas a las delgas mediante la presión de sendos muelles.



→→ Conmutador o colector: es un conjunto de barras conductoras situadas unas a continuación de la otra, aisladas entre sí, 5.2 Característica de operación



Los motores universales funcionan generalmente en altas velocidades, de 3.500 a 20.000 r.p.m., esto da lugar a un alto cociente de energía−a−peso y de energía−a−tamaño, haciéndolos deseables para las herramientas, aspiradores y máquinas de costura. Un motor universal tiene altas velocidades usando diversas corrientes de una fuente de energía. El funcionamiento cerca de la carga clasificada es similar para todas las fuentes, comenzar el esfuerzo de torsión es alto y la regulación de la velocidad es pobre, la velocidad es muy alta en las cargas que son bajas. Teóricamente, en la carga cero la velocidad llega a ser infinita, así algunos motores universales deben emplear controles de velocidad. Este motor está construido de manera que cuando los devanados inducidos e inductor están unidos en serie y circula una corriente por ellos, se forman dos flujos magnéticos que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la tensión aplicada es continua como alterna.



6. Motores trifásicos de AC 6.1 Introducción 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.



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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. El motor eléctrico es una máquina que posee la capacidad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y lo inverso sucede con los generadores, alternadores o dinamos. Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina. Alternadores, motores. Las máquinas rotativas poseen una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estator debido, entre otras cosas, al espacio de aire existente entre ambos se denomina entrehierro. Existen dos tipos de motores eléctricos a corriente alterna: →→ Motor Síncrono



→→ Motor Asíncrono13 o de Inducción



6.2 Definición del motor síncrono y asíncrono o de inducción 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: n = 60 * f/p. Donde: n = velocidad sincrónica f = frecuencia en Hz p = número de pares de polos 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 este 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). 13



Asíncrono: Se dice del proceso o del efecto que no ocurre en completa correspondencia temporal con otro proceso u otra causa. Máquina de corriente alterna en la cual la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas no es proporcional a la velocidad.



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6.3 Clasificación de los motores trifásicos Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y por el número de fases de alimentación. Pudiendo decir:: Por su velocidad de giro en: →→ Asíncronos: Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor. →→ Síncronos: Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Donde el rotor es la parte móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación: - Motores síncronos trifásicos - Motores asíncronos sincronizados - Motores con un rotor de imán permanente Por el tipo de rotor: - Motores de anillos rozantes - Motores con colector - Motores de jaula de ardilla 6.4 Asincrónico Si se realizara a nivel industrial una encuesta de consumo de la energía eléctrica utilizada en alimentar motores, se vería que casi la totalidad del consumo estaría dedicado a los motores asincrónicos. Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magnético alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motor sincrónico. Una fuente de corriente alterna14 (trifásica, bifásica o monofásica) alimenta a un estator. La corriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar. De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en: →→ Rotor tipo jaula de ardilla El rotor jaula de ardilla se clasifica en dos tipos, rotor jaula de ardilla simple y rotor jaula de ardilla doble. El rotor jaula de ardilla simple. Es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera de 6 a 8 veces a la intensidad nominal del motor. No soporta los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140% del 14



Figura 22: Rotor de jaula ardilla simple



Corriente alterna: Donde las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección del punto de mayor potencial al de menor potencial.



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normal. El rotor jaula de ardilla doble, Este tipo de rotor la ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras están separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe, posee una intensidad de arranque de 3 a 5 veces la intensidad nominal y su par de arranque puede ser de 230% la normal. Estas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad.



Figura 23: Rotor de jaula ardilla doble



→→ Rotor bobinado y anillos rozantes El rotor de anillos rozantes. se denomina rotor de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia retórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque, que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150% y el 250% del par nominal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor. 6.5 Sincrónico Se denomina motor síncrono a un tipo de motores eléctricos de corriente alterna. Si un rotor girando, está magnetizado de manera permanente en dirección transversal y se encuentra dentro del estator, será arrastrado por atracción magnética a la velocidad a la que está girando el campo. Esta velocidad se llama velocidad síncrona, o velocidad de sincronismo, y el resultado de la disposición descrita es un motor síncrono. Su velocidad está exactamente sincronizada con la frecuencia de línea. Pequeños motores síncronos se encuentran en relojes eléctricos para asegurar una medición de tiempo precisa, pero también se utilizan en la industria. En grandes motores síncronos industriales el rotor es un electroimán y está excitado por la corriente directa. Una característica del motor síncrono es que si el rotor es "sobreexcitado", esto es, si el campo magnético es superior a un cierto valor, el motor se comporta como un capacitor a través de la línea de poder. Esto puede ser útil para la corrección del factor de potencia en plantas industriales que usan muchos motores de inducción. De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores sincrónicos se clasifican en: →→ Rotor de excitación con imán permanente Sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes, y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator. Así, las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) debe ser externamente manejada por un controlador, Son usados en robótica. Esto puede ser útil para la corrección del factor de potencia en plantas industriales que usan muchos motores de inducción.



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→→ Rotor de excitación independiente Este tipo de rotor no está conectado a la red eléctrica y el estator consta de tres bobinas físicamente independientes. Su conexión se realiza en una placa de bornes. Las bobinas del rotor no están conectadas a red, se genera una f.e.m como consecuencia del campo magnético giratorio. 6.6 Motor asincrónico de inducción con rotor en jaula de ardilla Es el motor relativamente más barato, eficiente, compacto y de fácil construcción y mantenimiento. Siempre que sea necesario utilizar un motor eléctrico, se debe procurar seleccionar un motor asincrónico tipo jaula de ardilla y si es trifásico mejor. En la aplicación industrial las máquinas de inducción con rotor devanado no es muy frecuente, debido a que es posible una solución mucho más económica y práctica. El campo producido por las bobinas del estator produce fuerza electromotriz sobre cualquier conductor localizado en el rotor. En lugar de construir un bobinado similar al del estator, se pueden colocar barras conductoras en laperiferia del rotor. Sobre estas barras, paralelas al eje de la máquina, se inducen fuerzas electromotrices por el campo magnético rotatorio producido en el estator. Si estas barras están cortocircuitadas en sus extremos mediante dos anillos conductores, circula corriente por las barras y se genera un campo magnético rotatorio en el rotor. La interacción entre los dos campos magnéticos rotatorios produce el par eléctrico. El rotor de jaula de ardilla es muy simple desde el punto de vista constructivo, además es capaz de soportar esfuerzos eléctricos y mecánicos mucho mayores que el rotor devanado. En este no es posible incluir resistencia adicional en serie con los conductores. Sin embargo, durante la construcción del rotor se puede variar el valor de la resistencia controlando el espesor de los anillos que cortocircuitan las barras. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluye una serie de conductores que se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas. Partes principales →→ Estator: Representa una de las partes del circuito magnético del motor, está formado por paquetes de láminas de acero al silicio troquelados en forma de ranuras, con el objetivo de que el bobinado del estator pueda alojarse en dichas ranuras, las cuales varían en dependencia del tamaño o tipo del motor. →→ Rotor: Estos pueden ser de dos tipos: 1. Rotor jaula de ardilla: Está constituido por barras que se vacían sobre el rotor destinado para este fin. Por lo general las barras son de aluminio y al fundirse en el rotor, debido a la forma que se les da, quedan unidas entre sí en cortocircuito en la forma de una jaula de ardilla.



2. Rotor devanado: Se le llama así porque su bobina esta devanada en las ranuras. Está formado por paquetes de láminas troqueladas, montadas sobre la flecha o eje. Las bobinas se devanan sobre las ranuras y su arreglo depende del número de polos y de fases. La flecha es el elemento que



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proporciona la energía mecánica a la carga. 3. Carcaza o soporte: La carcaza recibe también el nombre de soporte por ser el elemento que contiene el estator y los elementos auxiliares del motor. →→ Auxiliares: Los auxiliares del motor de inducción son elementos necesarios para el funcionamiento de éste y son: Tapas anterior y posterior, Chumaceras, Tornillos de sujeción, Caja de conexiones, base o soporte. Caja de bomes



Soporte lado ventilador



Arrollamiento estatporico



Rodamiento Tapa y soporte rodamiento lado eje Tapa de ventilación Ventilador Rotor de jaula



Estator



Rodamiento Figura 24: Partes principales y auxiliares de un motor trifásico



Principio de funcionamiento →→ Al aplicar una tensión en las terminales del estator se produce una fuerza magnetomotriz uniforme y giratoria. Si suponemos, que el rotor es tipo jaula de ardilla, en cada barra se induce una fuerza magnetomotriz de sentido opuesto, ésta hace circular una corriente y se produce un par que hace girar el rotor. Se alimenta con corriente alterna en el estator, de esta forma se produce el campo magnético rotatorio. Este campo posee una amplitud constante en el tiempo, pero varía en el espacio. La velocidad de giro del campo magnético rotatorio está definida por la frecuencia de las corrientes inyectadas en el estator de la máquina. Estator Bobina de estator Ranura del estator Rotor Barras metálicas ( jaula)



Figura 23: Principio de funcionamiento motor trifásico



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6.7 Motor asíncrono trifásico en conexión dos tenciones Si se desea arrancar un motor trifásico con un interruptor estrella15–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 fase16 está dividida en la misma relación que las tensiones de alimentación. Según la tensión elegida, las fases parciales se conectarán en serie o en paralelo. 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. Un motor conectado según Puede arrancarse en estrella-triángulo, a 220, 440 ó 500 Voltios y se denomina motor con tensión conmutable. Conectado en estrella puede trabajar también a 380, 760 ó 865 Voltios. Este tipo de motores se emplea principalmente en maquinaria para construcción.



U1 X1



U2



Z3 Z2



500V X3 Y3 Z3 X2 Y2 Z2



400V X3 Y3 Z3 X2 Y2 Z2



X1



X1



W2 Z1



X2 X3



W1 V1



Y1 V1



Y2



Y1



Z1



Y1



220V X3 Y3 Z3 X2 Y2 Z2



Z1



X1 Y1 Z1 U2 V2 W2



U2 V2 W2 U1 V1 W1



U2 V2 W2 U1 V1 W1



U1



V1 W 1



Y3 Figura 25: Motor con tensión conmutable



6.8 Motor para arranque estrella-delta 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 indicados en la placa; por tanto, los motores que se pueden conectar en conexión (Y- ∆) son: →→ Conexiones para diferentes tensiones de trabajo en un motor de 12 puntas. →→ Con tensión de red de 220 V. Los motores en cuya placa de características se lee V=220/380 V. Con tensión de red de 380 V.



15



16



Tabla 3: Tipos de conexiones para motores de diferentes tensiones Alto Voltaje 460 V



Medio Voltaje 440 V



W2 W5U2 U5V2 V5



W2 U1



U2 V1



W6



L1



U1



W5 W2 W1 L3



V6



W2 W6U2 U6V2 V6



V2 W1



W6 U1 U6 V1 V6 W6 L1 L2



V5 V2



Bajo Voltaje 230 V



W2 U1



U2 V1



W2 W6U2 U6V2 V6



W2 U1



V2 W1



U1 U5 V1 V5 W1 W5 L1 L2 L3



U2 V1



V2 W1



U1 U5 V1 V5 W1 W5 L2 L1 L3



L1 U5 W5 W2 U6 U1 U2 W6 U2 U5 V6 V2



L1



W1



V1



U6 L2



V5



V1 L2



W6



W2 U1 W1 V2



W2 V1



U5 U6 L2



L3 V6



V5



Estrella: Conexión de aparatos polifásicos consistentes en unir a un punto común una extremidad de cada uno de los devanados, conductores o aparatos correspondientes a cada fase, destinándose la otra extremidad a ser conectada al conductor correspondiente a la red. Fase: Valor de la fuerza electromotriz o intensidad de una corriente eléctrica alterna en un momento determinado. || Corriente alterna que es una de las componentes de una corriente polifásica.



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Los motores en cuya placa de características se lee V=380/660 V. Características →→ Para conectar motores en conexión Y-∆; éstos deben ser bifásicos 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, estos 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 tensionesn inducidas que permanecen en el motor, aún después de que se ha realizado la desconexión estrella, y si se realiza inmediatamente la conexión triangulo, 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. 6.9 Motor de polos conmutables 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. Los motores de polos conmutables en ejecución normal, se suministran sólo para conexión directa, a cualquiera de las velocidades. El devanado se realiza en conexión dahlander para dos velocidades de rotación, en la relación 1:2. Se pueden utilizar distintos tipos de conmutar. Realización de los devanados



1 2 3



4



5



6



1



2



3



L1 L2 L3



4



1



5



2



6



3



L1 L2 L3



456



Inferior Figura 26: Conexión directa



52



63



L1



L2



L3



1 23



Velocidad de rotación Superior



41



Mando por contadores



Conmutador de polos



Figura 27: Tipos de conmutar



6.10 Motor Asincrónico trifásico de dos velocidades (Conexión Dahlander) Es un sistema especial para cambiar el número de polos, y tiene una gran importancia cuando se conmuta entre dos frecuencias de giro diferentes.



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Principio de funcionamiento 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. El motor podrá tener dos frecuencias de giro diferentes que, sin embargo, siempre estarán en una relación de 1:2. 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. Tipos de conexiones para el motor DAHLANDER L1 L2 L3 N PE



0 1 2



a) Conmutador y caja de bornes. 1U



1V



1W



2U



2V



2W



b) Conexión de los devanados del estator.



a) L1 L2 L3



L1 L2 L3



2U



1U



2W b) 1W



2U



1V



1W



2V



1V



2W



1U



2V



Figura 28: Tipos de conexiones para el motor Dahlander



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Motor Dahlander: Conexión estrella/triángulo (par constante) Baja velocidad



Alta velocidad



Baja velocidad



F1



F1 1U



F1 F2 F3



2U 2U 2V 2W 2W



2U



2V



F3



1V



2W



F2



F3



2U 2V 2W



1W



1U



1U 1V 1W 1W



Alta velocidad



1U 1V 1W



2V



1V



F1



F2



F2 F3



Motor Dahlander: Conexión estrella/doble estrella (par cuadrático) F1



F1 1U 2U



2V



Baja velocidad



2U



F1 F2 F3 2U 2V 2W



1U 1W 2W



2W



1W



1V



F3



F2



1V



2V



F3



Alta velocidad



1U 1V 1W



F2



F1



2U 2V 2W 1U 1V 1W



F2 F3



Figura 29: Conexión Dalhander



Para una de las velocidades, la red se conecta en los tres bornes correspondientes. Para la segunda, éstos se conectan entre sí, y la red se conecta en los otros tres bornes. La mayor parte de veces, tanto en alta como en baja velocidad, el arranque se efectúa por conexión directa a la red sin ningún dispositivo especial (arranque directo). En ciertos casos, si las condiciones de utilización lo exigen y si el motor lo permite, el dispositivo de arranque conecta primero automáticamente la velocidad baja antes que la alta o antes de la parada. Según las corrientes absorbidas en baja velocidad y en alta velocidad, la protección puede efectuarse mediante un mismo relé térmico para las dos velocidades o con dos diferentes (uno para cada velocidad). Generalmente, estos motores tienen un rendimiento y un factor de potencia demasiado bajos. 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:



PN, maxPN, min



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=



(1.5, 1.8)



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7. Motores de corriente continua 7.1 Introducción La máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores selecciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con el advenimiento de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor promedio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente continua (motores c.c.) sigue y se usan en aplicaciones de trenes o tranvías. El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidad existen algunas nuevas aplicaciones con motores que no convierten el movimiento en rotación, si no que con algunas modificaciones, ejercen la tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad deregulación de su velocidad desde vacío a plena carga. Un motor de corriente continua está compuesto de un estator y un rotor. En muchos motores c.c., generalmente los más pequeños, el estator está compuesto de imanes para crear un campo magnético. En motores c.c. más grandes este campo magnético se logra con devanados de excitación de campo. El rotor es el dispositivo que gira en el centro del motor y está compuesto de arrollamientos de cable conductores de corriente continua. Esta corriente continua es suministrada al rotor por medio de las "escobillas" generalmente fabricadas de carbón. 7.2 Partes principales de un motor cc Conmutador



Existen diferentes tipos de motores, pero entre todos tal vez sean los llamados “motores de corriente continua” los que permiten ver de un modo más simple cómo obtener movimiento gracias al campo magnético creado por una corriente. El elemento situado en el centro es la parte del motor que genera el movimiento. Se la llama armadura o rotor, y consiste en un electroimán que puede girar libremente entorno a un eje. Dicho rotor está rodeado por un imán permanente, cuyo campo magnético permanece fijo.



Polo norte



Escobillas Polo Sur



N



Eje Corriente continua Armadura



Figura 30: Partes principales de un motor cc



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→→ Núcleo de armadura y eje El término armadura o rotor se aplica a la parte giratoria del motor. Cuando se observa un motor en marcha, generalmente se ve el eje que gira. el eje es una extensión externa de la armadura que pasa a través de la cubierta y coraza del motor, se encuentra en el lado opuesto al extremo del conmutador del motor.



Armadura



La armadura es el elemento rotórico en el motor de c-c. Está montado sobre el mismo eje y automáticamente está sincronizado en su opreación.



Eje



Conmutador



Un núcleo de armadura típico es un cilindro sólido que tiene ranuras y está hecho de metal. En realidad, el núcleo está formado por delgadas muescas en la orilla; están revestidas con un barniz aislante y comprimido para formar el núcleo. En el proceso de formación, las muescas



Laminaciones de armaduras Ranuras Pernos Figura 31: Núcleo y eje



se alinean de manera que el núcleo acabado tiene una serie de ranuras longitudinales en todo su perímetro. Las laminaciones se usan en el núcleo con objeto de reducir pérdidas por corrientes parásitas. Las corrientes parásitas son las que se inducen en una material conductor cuando éste corta líneas de flujo magnéticas. Las laminaciones reducen el área donde pueden existir corrientes parásitas y, en consecuencia, aumenta la resistencia relativa del material; así pues, se reducen las pérdidas de potencia debidas a corrientes parásitas. El uso de acero dulce como material del núcleo reduce las pérdidas por histéresis que ocurren cuando las inversiones de magnetización del material del núcleo están atrasadas con respecto a las inversiones de la corriente. Las ranuras del núcleo ya formado sirven para alojar las espiras de alambre de cobre o devanados de la armadura. El núcleo de armadura está montado sobre el eje del motor, el cual generalmente es una barra de acero duro con superficie interna de contacto muy bien pulida. El método de montaje del núcleo sobre el eje varía considerablemente, según los distintos motores. →→ Armadura devanado en tambor Las espiras o bobinas que constituyen la armadura devanada en tambor se hallan alrededor del núcleo de la armadura, alojando los lados de las bobinas en las ranuras del núcleo. Las ranuras suelen estar aisladas con papel de pescado para proteger los devanados. En muchas armaduras, las bobinas son formadas previamente para darles su forma definitiva y luego se colocan en las ranuras del núcleo.



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A esto se le llama devanado de formas y se lleva a cabo, ya sea conformando las bobinas sobre un molde de madera o doblándolas en una prensa antes de colocarlas sobre el tambor. Cada devanado siempre es igual que otro en la armadura y, al final, la armadura devanada siempre debe ser perfectamente simétrica. Después de que las bobinas de armadura se han colocado sobre el núcleo, en la ranura del núcleo se ponen cuñas de material aislante para fijar las bobinas. Devanado



Después de esto, se usan bandas adhesivas de acero para asegurar las bobinas de manera que no sean expulsadas por la fuerza centrífuga producidas durante la rotación de la armadura. Básicamente, hay dos formas en que se dispone el devanado de los tambores en uso: Devanados imbricados y devanados ondulados. El imbricado se usa para motores de baja tensión y alta corriente. El ondulado se usa en motores que requieren alta tensión y baja corriente. Cilindro de tambor



Conmutador



En la armadura de tambor, el núcleo de armadura es cilíndrico y las bobinas que generalmente son perforadas se colocan longitudinalmente sobre ella. Algunsa veces los detalles de los devanados no son obvios de la simple observación de una armadura terminada. Devanado



Devanado Conmutador



Conmutador



Cilindro de tambor



Cilindro de tambor



Figura 32: Devanado en tambor



→→ Conmutador Devanado



El conmutador consta de segmentos conductores particulares hechos de cobre y aislados entre sí Conmutador con láminas delgadas de mica. Cada segmento, con sus separadores de mica, se monta en un molde cilíndrico y se sujeta a las demás por medio de una brida de sujeción. Los segmentos Cilindro de se aíslan de la brida de sujeción mediante anillos tambor de mica. El conmutador está formado de segmentos individuales de cobre separados entre si y de unabrida de sujeción que los mantiene dentro de una forma cilíndrica por medio de aislamientos de mica.



Segmentos de cobre



Colas Aislamiento de mica



Figura 33: Conmutador



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Las puntas de las bobinas de armadura se conectan a las partes sobresalientes de los segmentos de conmutador, las cuales se conocen como colas. Algunos segmentos del conmutador se fabrican sin colas y, en su lugar, tienen ranuras en los extremos, a los cuales se conectan las puntas de la bobina de armadura. Después de armado el conmutador, se tornea la superficie en forma perfectamente cilíndrica y se pule hasta darle un acabado muy terso, lo cual asegura que la fricción entre la superficie de conmutación y las escobillas sea al mínimo finalmente, esto es de gran importancia, el aislamiento de mica entre los segmentos se recorta de modo que quede ligeramente abajo de la superficie de los segmentos del conmutador, a fin de que no interfiera el paso de las escobillas. Generalmente, después de que el motor a estado en servicio durante algún tiempo, la superficie de cobre del conmutador se desgasta. Para que el motor funcione satisfactoriamente, siempre que el cobre se desgaste hasta el nivel de la mica, es necesario recortarlo nuevamente, al mismo tiempo es necesario tornear el conmutador, para que mantenga su forma cilíndrica. →→ Conjunto de escobillas El conjunto de escobillas está formado por las escobillas o carbones, sus sujetadores y resortes de escobillas. Las escobillas propiamente dichas están hechas de carbón suave que contiene una gran proporción de grafito. Este material tiene dos objetivos: - Es lo suficientemente suave como para que el conmutador sólo se desgaste al mínimo. - Al mismo tiempo es lo suficientemente duro para que la escobilla no se desgaste con demasiada rapidez. Nunca debe aplicarse lubricación entre las escobillas y el conmutador, pues la que pudiera necesitarse la proporciona el grafito de las escobillas. Resorte Carbón Cola de conexión Porta escobilla Terminal del carbón Brida Segmentos del conmutador



Actualmente se usan muchas variaciones de carbón y portaescobillas. Los carbones están hechos de material conductor suave, por ejemplo: carbón que contiene una buena cantidad de grafito. El grafito es una sustancia relativamente resbalosa y ayuda al carbón a deslizarse sobre el conmuitador, suministración una especie acción de lubricaión.



Figura 34: Escobilla y carbones



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Generalmente las escobillas están montadas cada una pieza llamada porta escobilla. Estas piezas mantienen una posición fija y están montadas en la cubierta del motor, aunque aisladas de ella. La escobilla se coloca holgadamente en el porta escobilla y un resorte la empuja para que no pierda contacto con el conmutador. El ajuste flojo y la presión del resorte hacen posible que las escobillas tengan cierta libertad de movimiento en sus sujetadores, de manera que puedan ajustarse a las pequeñas irregularidades de la superficie del conmutador. En muchos motores la presión del resorte se puede ajustar según la especificación del fabricante. Si la presión es excesiva, las escobillas se desgastarán demasiado rápidamente. Si es insuficiente, se hará mal contacto, lo cual también producirá chisporroteo y operación irregular del motor.



Resorte de cobre



Figura 35: Tipos de Carbones



En la mayor parte de los motores, la conexión eléctrica entre las escobillas y la fuente externa de potencia es como sigue: las escobillas propiamente dichas están conectadas eléctricamente a su porta escobillas respectivas por medio de alambres de cobre prensado, llamados “colas de puerco”. A su vez, los sujetadores están conectados a pernos que van en el exterior de la cubierta del motor. Tanto los porta escobillas como los pernos están aislados de la cubierta misma. Los pernos constituyen los puntos de unión a los cuales se pueden conectar las terminales de potencia al motor. Tipo de grapa Carbón



Tipo de reacción Tipo de caja



Carbón



Carbójn



Figura 36: Portaescobillas



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Aunque las escobillas están diseñadas para durar largo tiempo, siempre se hacen de manera que se desgasten más rápidamente que el conmutador, debido a que es más barato y fácil sustituir las escobillas que reparar una armadura. Generalmente se hacen escobillas de bastante longitud, de manera que puedan mantenerse en servicio durante un periodo relativamente largo antes de que queden desgastadas hasta el punto en que sea necesario sustituirlas. El resorte mantiene a la escobilla firmemente apoyada contra el conmutador durante toda su vida útil. 7.3 Principios básicos de funcionamiento Cuando un conductor por el que fluye una corriente continua es colocado bajo la influencia de un campo magnético, se induce sobre él (el conductor) una fuerza que es perpendicular tanto a las líneas de campo magnético como al sentido del flujo de la corriente. Para tener una idea más clara se tiene que colocar este conductor con respecto al eje de rotación del rotor para que exista movimiento. En este caso la corriente por el conductor fluye introduciéndose en el gráfico. Pero en el rotor de un motor de CC, no hay solamente un conductor, sino muchos. Si se incluye otro conductor exactamente al otro lado del rotor y con la corriente fluyendo en el mismo sentido, el motor no girará, pues las dos fuerzas ejercidas para el giro del motor se cancelan.



Corriente continua



S



N



Fuerza Campo magnético Figura 37: Funcionamiento



Es por esta razón que las corrientes que circulan por conductores opuestos deben tener sentidos de circulación opuestos. Si se hace lo anterior el motor girará por la suma de la fuerza ejercida en los dos conductores. Para controlar el sentido del flujo de la corriente en los conductores se usa un conmutador que realiza la inversión del sentido de la corriente cuando el conductor pasa por la línea muerta del campo magnético. La fuerza con la que el motor gira (el par motor17) es proporcional a la corriente que hay por los conductores. A mayor tensión, mayor corriente y mayor par motor.



Conductor con corriente entrante



Par motor Fuerza



Conductor con corriente entrante



Par motor Fuerza Fuerza Figura 38: Gráfico de funcionamiento



17



Par motor: Es la fuerza con que gira un motor. 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.



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7.4 Fuerza contra electromotriz de un motor de c.c Cuando un motor de corriente continua es alimentado, el voltaje de alimentación se divide entre la caída que hay por la resistencia de los arrollados del motor y una tensión denominada fuerza electromotriz (FEM18). Donde: Ia



Vm = tensión de entrada al motor (voltios)



Ra



Ra = resistencia del devanado de excitación (ohmios) Vm Vb



Ia = corriente de excitación (amperios / amperes) Vb = FEM debido al giro del motor (voltios)



Motor cc



Aplicando la ley de tensiones de Kirchoff:



Figura 39: Fuerza electromotriz



Vm = Vb + (Ia x Ra) o Vb = Vm - (Ia x Ra)



Nota: Observar de la última ecuación que cuando sube el valor de Ia disminuye el Valor de Vb. La FEM es proporcional a la velocidad del motor y a la intensidad del campo magnético. Si el motor tiene rotor con imán permanente esta constante es: K = Vb / Nd. Donde: K = constante de FEM del motor y se expresa en Voltios / rpm19. Nd = Velocidad de giro del motor en rpm. Clasificación según el servicio Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina: →→ Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse. →→ Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro. →→ Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo. →→ Servicio uní horario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse. 18 19



FEM: Fuerza electromotriz. RPM: Revoluciones por minuto.



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Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en: motor serie, compound, shunt y sin escobillas. Rendimiento Se define como la relación entre la potencia útil y la potencia absorbida expresada en %.



N=



Pu 100 Pab *



7.5 Motor serie Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Lo cual significa que fluye una corriente común a través de ambos devanados. Lo que suceda a la corriente de armadura a causa del impulso de una carga se “siente” automáticamente en el devanado de campo. Este devanado está hecho por un alambre grueso, ya que tendrá que soportar la corriente total de la armadura. Cuando el motor no tiene carga necesita poco par y en consecuencia aumenta su velocidad para desarrollar fcem, reducimndo así la corriente de armadura y en consecuencia el par. Sin embargo en el motor serie, la armadura y el campo están en serie y al disminuir la corriente de armadura también lo hacen la corriente de campo y en consecuenic el flujo.



FCEM



dependiendo el tipo de carga que se tenga, por ejemplo sin carga (no-load) o con carga completa (full-load). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente. Manejan cargas pesadas muy por encima de su capacidad completa. Por lo tanto, el motor serie no funciona a velocidad constante. Ya que si el par es elevado, la velocidad es baja; y cuando el par es bajo la velocidad es alta. Porlo que podemos decir que el par y la velocidad son inversamente proporcionales. Con flujo reducido hay una reducción de fcem y así el motor aumenta su velocidad hasta que se quema o destruye por la fuerza centrífuga.



Figura 40: Funcionamiento motor serie sin carga



Debido a esto se produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura (carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo serieproduce un campo magnético mucho mayor, lo cual permite un esfuerzo de torsión o par mucho mayor, y este tipo de motores desarrolla un torque muy elevado en el arranque. Sin embargo, la velocidad varia extensamente



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Figura 41: Funcionamiento motor serie con carga



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→→ Capacidad de arranque El motor de serie puede dar un par de arranque muy elevado y, por lo tanto, satisfacer la necesidad de tener un par grande para sobrecargas intensas súbitas. Esto se debe a que el par del motor de serie varía casi en la misma forma que el cuadrado de la corriente que pasa por él.



Debido a esta característica, los motores serie se usan siempre que el necesita un par de arranque alto contra cargas intensa que deben permanecer acopladas a él durante una operación completa.



Si la corriente de la armadura se triplicará súbitamente por una sobrecarga, la corriente que fluya en el campo y, en consecuencia, la intensidad de flujo automáticamente también se triplicaría. Como el par es el producto de la corriente de armadura por la intensidad del flujo, el par resultante seria nueve veces mayor que el original. Los motores serie son útiles cuando se aplica al motor cargas muy variables. En la industria, los motores de serie se usan para efectuar trabajo rudo en grúas, trenes subterráneos, locomotoras etc.



Figura 42: Capacidad de arranque



7.6 Motor de derivación o shunt El motor de derivación debe su nombre al hecho de que su devanado de campo está conectado a la línea de alimentación de potencia en paralelo con el devanado de armadura, lo cual significa que existe una trayectoria independiente para elflujo de corriente a través de cada devanado.



Circuito de campo F1 F2



A1 A2 Circuito de Armadura



Figura 43: Motor de derivación



En un motor de derivación la corriente de campo puede mantenerse constante y el circuito de armadura sólo sirve para controlar al motor. Así, una de las principales características de este tipo de motor es que puede mantener una velocidad constante al alimentar una carga variable y la carga puede quitarse totalmente sin peligro para el motor. El recorrido del devanado indicará que el circuito de campo y el circuito de armadura son independientes. Por lo tanto, éste es un motor de derivación. Se notará que los polos intermedios están en serie con el circuito de armadura para



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hacer que respondan a cambios de corrientes de armadura. Al aumentar la carga de un motor de derivación. El efecto inmediato es reducir la velocidad de armadura. La reducción de la velocidad de la armadura reduce la fcem, produciendo un aumento en la cantidad de corriente de armadura que fluye, lo cual tiene el efecto de aumentar el par, acelerar nuevamente la armadura. El fenómeno se presenta en forma inversa cuando se quita carga de un motor derivado. →→ Control de velocidad El motor de derivación puede funcionar a varias velocidades mediante un control reostático, ya sea en serie con el devanado de campo, el devanado de armadura o ambos. El uso de un reóstato en serie el devanado de campo es el método más común de variar la velocidad de un motor derivado. Esto es preferible a usar un reóstato de armadura debido a que la corriente de campo es menor que la corriente de armadura y, en consecuencia, la pérdida de potencia en el reóstato es mucho menor cuando éste está en el circuito de campo. Como resultado, se dispone de mayor cantidad de corriente para el funcionamiento real del motor. Al agregar una resistencia en serie con el campo, fluye menos corriente de campo, la intensidad de campo disminuye y el motor se acelera. Esto sucede debido a que, cuando la armadura giratoria corta menos líneas de flujo, la fcem tiende a disminuir. Esto hace posible que fluya más corriente en la armadura, lo que ocasiona un aumento de par fuera de proporción con la cantidad requerida. Como resultado, el motor se acelera rápidamente y la fcem aumenta a un valor en el cual la corriente se reduce hasta que produce la cantidad correcta de par.



Fuente de c.c



En el caso de reóstato de campo, la diminución de flujo de corriente hace que el motor aumente su velocidad.



Reóstato de campo Figura 44: Reóstato en serie de campo



Reóstato de campo



Fuente de c.c



La disminución de corriente de armadura, hace más lenta la marcha del motor.



Figura 45: Reóstato de armadura



Si se agrega menos resistencia en serie con el campo, la intensidad del campo aumenta y la marcha del motor se vuelve más lenta.



→→ Sensibilidad a fluctuaciones de corriente



Con cualquier parte del reóstato en el circuito, una porción del voltaje de alimentación se reduce en él y fluye menos corriente a través del elemento del motor que este en serie con él.



Una de las características notables del motor de derivación es que acelera cuando disminuye la corriente en el devanado de campo. Esta característica se aprovecha para controlar la



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velocidad del motor de derivación con un reóstato de campo en serie. El aumento de velocidad y la disminución en la intensidad del campo se deben a una reducción de fcem y un aumento correspondiente en la corriente de armadura. Cuando sucede esto, el aumento en corriente de armadura produce a su vez un aumento en el par fuera de toda proporción con la reducción de intensidad del campo. Si la intensidad de campo repentinamente se vuelve muy débil, como cuando se abre un devanado de campo y sólo el magnetismo residual mantiene el campo, el motor de derivación empezará a funcionar muy rápidamente, y se dice que se desboca. El funcionamiento desbocado puede destruir completamente al motor, que en la mayor parte de los casos, no se ha construido para resistir el esfuerzo físico de trabajar a esta velocidad. De la misma manera, cuando el circuito de campo de un motor de derivación esta completamente abierto, el motor probablemente se quemará debido a la elevada corriente de armadura que toma. 7.7 Motores compound de c.c El motor Serie tiene características especiales que no tiene el de Derivación y viceversa. Por ejemplo: →→ La característica de velocidad constante del motor de derivación no se encuentra en el motor serie. →→ La excelente característica de alto par en el motor serie no se encuentra en el motor de derivación. Es conveniente combinar las características de cada uno de ellos, en un solo motor. Estas características se pueden combinar dando al motor dos devanados de campo: Uno de ellos en serie con la armadura y el otro en paralelo con ella. A este tipo de motor de corriente continua se le denomina motor compound.



Un motor compound tiene las características correspondientes tanto del motor de derivación como del motor serie.



Se puede considerar como un motor de derivación con un campo de serie adicional para dar más al aumentae la carga.



Se le puede considerar como un motor de serie con un campo en derivación adicional para dar flujo constante y así tener velocidad constante.



Figura 46: Características del motor compound



Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.



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El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varia, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad la cual no es tan “dura” o plana como la del motor shunt, no tan “suave” como un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo, la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores DC compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de velocidad. En consecuencia con la combinación se han agregado algunas de las cualidades del motor de serie al de derivación. Un motor serie al cual se le ha agregado un campo en derivación. El motor de serie común se “desboca” cuando no tiene carga, debido, en parte, a que el flujo de campo disminuye constantemente. Al agregar un campo en derivación de flujo constante, la velocidad del motor tiende a limitarse a un valor razonable, como en el caso del motor común de derivación.



Figura 47: Con derivación larga



Figura 48: Con derivación corta



Si se disponen los devanados de campo del motor compound de manera que la intensidad de uno sea mayor que la del otro, se logrará que el motor compound se asemeje más al motor de serie o al de derivación. En este control de la intensidad relativa de ambos campos se basa la clasificación de los motores compound acumulativos y compound diferencial. La mayor parte de estos motores son del tipo compound acumulativo. Si se conecta el devanado de campo en derivación con la armadura y con el devanado de campo en serie, se obtiene un motor compound acumulativo de derivación larga. Si el devanado de campo se conecta sólo con la armadura, entonces se tiene un motor compound acumulativo de derivación corta. La mayor parte de los motores compound prácticos que se usan actualmente son de los tipos compound acumulativo en derivación larga y corta. Rara vez se emplean motores de combinación diferencial.



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Unidad II:Máquinas Eléctricas Rotativas



7.8 Motor eléctrico sin escobilla Un motor sin escobillas es un motor que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que además puede ser conductor. Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos. Hoy en día gracias a la electrónica, se mostraron muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos. El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua y otra vez en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas. Algunas aplicaciones serian los coches y aviones con radio control que funcionan con pilas. Otros motores sin escobillas que solo funcionan con corriente continua son los que se usan en pequeños aparatos eléctricos de baja potencia



como Lectores de CDROM, ventiladores de ordenador, Cassetes, etc. Su mecanismo se basa en sustituir la conmutación (Cambio de polaridad) mecánica por una electrónica sin contacto. En este caso la espira sólo es impulsada cuando el polo es el correcto y cuando no lo es, el sistema electrónico corta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la espira del rotor se utiliza la detección de un campo magnético. Este sistema electrónico además puede informar de la velocidad de giro o si está parado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme. Tienen la desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -). Para hacer el cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema electrónico Un sistema algo parecido para evitar este rozamiento en los anillos se usa en los alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes sino que se evita usar uno más robusto y que frenaría mucho el motor. Actualmente los alternadores tienen el campo magnético inductor en el rotor, que induce el campo magnético al estator, que a la vez es inducido. Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos corriente que la que se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un rozamiento menor. Esta configuración la usan desde pequeños alternadores de coche hasta los generadores de centrales con potencias del orden de los megavatios.



7.9 Potencia nominal de los motores Los motores se clasifican según la carga que pueden impulsar y a lo cual se le llama salida de potencia. También se clasifican por la potencia eléctrica que toman de la línea, llamada la entrada de potencia, y por la calidad con que transforman energía eléctrica en energía mecánica, a lo que se le llama eficiencia. La salida de la potencia es una medida de la energía mecánica que el motor transmite a plena carga y se indica en caballos de fuerza.



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El caballaje es una forma de indicar la cantidad de trabajo que puede efectuar un motor en determinado periodo de tiempo, en comparación con un caballo. Un caballo de fuerza equivale a 33,000 libras – pies de trabajo por minuto. La cantidad de libras-pie de trabajo que produce un motor es igual a su par multiplicado por la velocidad a que funciona. Puede calcularse el caballaje de cualquier motor si se conocen su par y su velocidad. El par se puede medir directamente por medio de un dispositivo que se llama freno de prony y la velocidad se puede determinar mediante un tacómetro, o contador de revoluciones por minuto, y un reloj Generalmente, en la placa de datos del motor se indica el caballaje nominal del mismo. La prueba del freno de prony se usa para medir el par de un motor La unidad del freno de prony se fija a una polea especial sobre el eje del motor. El apriete de los pernos roscados hace que el freno gire junto con el motor. Sin embargo, el brazo del freno está limitado por la escala de un resorte.



Pernos roscados



Escala



Bridas



Contrapeso



El par es el producto de lo que se lee en la escala (fuerza en Kilogramos) por la longitud del brazo de par en metros. La potencia eléctrica que toma un motor de c-c de la línea de alimentación es simplemente el producto de la corriente por el voltaje, y se expresa en watts.



Motor



Polea especial sobre Brazo de par el eje del motor



Figura 49: Prueba de freno prony



Potencia = Voltaje x Corriente P Watts = E Volts x I Amps



VOLTAJE



Pérdida de calor del devanado de campo



Pérdida de friccion



Otras pérdidas



CORRIENTE



Pérdida de calor de armadura



Pérdida por resistencia del aire



Figura 50: Pérdidas de calor en un motor



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POTENCIA



Desgraciadamente, no toda la potencia que llega a un motor es recuperada como potencia mecánica útil para impulsar la carga. Parte de la potencia se consume como calor en el devanado de campo, otra parte se consume en forma de calor en la armadura, y otra parte se utiliza para vencer los efectos de carga mecánica debidos a la fricción, la resistencia del aire, etc.



Unidad II:Máquinas Eléctricas Rotativas



En todos estos casos se consume una cantidad de potencia que no se transfiere a la carga como energía mecánica. Esta potencia pedida recibe el nombre de pérdidas. La salida de potencia de un motor siempre es igual a su entrada de potencia menos todas las perdidas de potencia. La eficiencia de un motor es una medida de la transformación de la entrada de potencia en salida de potencia. Si las pérdidas son bajas, se dice que la eficiencia es alta. La eficiencia se determina dividiendo la entrada de potencia entre la salida de potencia y multiplicando por 100, para obtenerla en porcentaje, la entrada, expresada en watts, se puede dividir entre la salida expresada en caballos de fuerza(hp), debido a que existe una relación definida entra ambas, que es la siguiente: 1hp = 746 Watts. La clasificación de la información en la placa de datos del motor generalmente suministra la información suficiente para obtener o calcular todo lo que se necesita conocer del motor. Con frecuencia, los motores se clasifican según la entrada en caballos de fuerza de acuerdo con esta clasificación un motor de ¼ hp, por ejemplo, tendrá una salida algo menor de ¼ hp debido a las pérdidas.



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Manual de Equipos Eléctricos



Actividades de Aprendizaje 1. Junto a su instructor desarme un motor universal y luego:



2. Junto a su instructor desarme un motor trifásico y luego:



→→ Identifique las partes del motor universal.



→→ Compruebe el aislamiento de bobinas



→→ Mida la resistencia devanados.



→→ Arme el motor.



eléctrica



de



los



→→ Conecte el motor en sus dos conexiones (Alta y Baja) y compruebe su funcionamiento.



→→ Arme el motor. →→ Conecte el motor universal y compruebe su funcionamiento.



Actividades de Autoevaluación 1. A continuación se le presenta una un motor monofásico, indique el nombre de las partes señaladas.



2. Realice el esquema de conexión de tres tipos de motores monofásicos, Trifásicos y CC nombrando cada una de sus partes.



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Unidad III: Estructuras y Soportes



1. Introducción Un motor eléctrico puede ser fijado de varias maneras, dependiendo de su tamaño, aplicación y el lugar de instalación. Los Motores pequeños se pueden fijar en una estructura rígida soldada directamente en una placa de acero. Los Motores medianos y grandes generalmente tienen las patas para montaje y fijación como parte integrante de la carcasa, sea ella fundida o soldada. La correcta instalación, alineación y nivelación de la base y del motor eléctrico, así como la correcta fijación del motor en la base, son esenciales para su correcto funcionamiento.Con el fin de reducir al máximo los niveles de vibración, ruido y también soportar los esfuerzos durante el arranque y parada de los motores, fueron desarrolladas algunas maneras de fijar los motores eléctricos para satisfacer las diversas solicitudes, como se describe en la siguiente Unidad.



2. Estructuras (bases) de fijación La base tiene la función de apoyar y fijar la carcasa del motor eléctrico. Es, por lo tanto, la interfaz20 de fijación del motor con el local de instalación (base de hormigón o superficie de metal). La elección del tipo de base depende de la forma constructiva, del tamaño, del local de instalación y de la aplicación del motor eléctrico. Los tipos de base usadas comúnmente en las instalaciones de motores eléctricos son: base de anclaje, base metálica común21 (skid), base intermedia o sobre base, y placas de anclaje. 2.1 Base de anclaje La base de anclaje es la estructura metálica que es anclada y grouteada en la base de hormigón para apoyar y fijar el motor eléctrico. Normalmente se utiliza en proyectos que requieren complementación de altura de la punta del eje, para obtener una alineación correcta entre el motor eléctrico y la carga accionada. Frecuentemente, es necesario el uso de placas de nivelación para ajustar el motor en la superficie de la base de anclaje. Figura 51: Base de enclaje 20 21



Interfaz: Conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes. Base metálica común: La base metálica es una plataforma de metal para apoyo y fijación principal del motor eléctrico.



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2.2 Base metálica común La base metálica común o skid es una estructura formada por perfiles de acero soldados cuyo propósito es soportar la fijación de equipos, tales como un conjunto de motor eléctrico y la máquina accionada, y así formando un módulo. Este módulo formado por la base metálica puede ser hormigonado directamente a una base de hormigón o fijado en una estructura mayor lejano del suelo, tales como plataformas, barcos, estructuras o torres metálicas. Frecuentemente se utilizan por fabricantes de equipos (bombas, ventiladores, compresores, grupos electrógenos, etc.), ya que presenta mayor facilidad de instalación y alineación de los equipos, proporcionando una mayor agilidad en el transporte e instalación.



Figura 52: Base metálica común



2.3 Base metálica intermedia La base intermedia o sobre base es la estructura metálica usado para apoyar y fijar el motor eléctrico. Normalmente se utiliza en proyectos que requieren complementación de altura de la punta del eje, para obtener una alineación correcta entre el motor eléctrico y la carga accionada. Frecuentemente utilizada en motores de repuesto o para adecuación de intercambiabilidad de motores utilizados en más de una posición en la planta.



Figura 53: Base intermedia



2.4 Placas de anclaje El conjunto de placas de anclaje se compone de placas de anclaje, tornillos de nivelación, placas de nivelación, tornillos de alineación y pernos de anclaje (ancladores). El diseño de las placas de anclaje se elabora en función del tamaño del motor y el esfuerzo que este aplicará en la base. El objetivo del conjunto es asegurar una superficie bien acabada, plana y rígida para fijación de los motores. Para ajustar y nivelar la superficie de la base se utilizan tornillos y calzos de nivelación. La fijación del motor en las placas de anclaje se realiza mediante tornillos, de acuerdo con la perforación de las patas del motor. Las placas de anclaje se utilizan en motores grandes con grandes esfuerzos en la fundación22. 22



Figura 54: Placas de anclaje



Fundación: Fundación es el conjunto de elementos estructurales, construido con el fin de soportar los esfuerzos mecánicos producidos por el motor eléctrico instalado sobre ella, proporcionando estabilidad, desempeño y seguridad para la operación del motor.



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Unidad III: Estructuras y Soportes



3. Soportes 3.1 Características de los soportes El hormigón primario y hormigón secundario que se utilizan en la base de motores eléctricos medianos y grandes deben cumplir las siguientes características: Hormigón primario (fundación) →→ Clase de resistencia mínima: C15. →→ Conforme DIN 1045-1 Tensión de compresión mínima: 15 MPa Hormigón secundario (grout) →→ Clase de resistencia mínima: C20, →→ conforme DIN 1045-1 Tensión de compresión mínima: 20 MPa Usar solamente hormigón no retráctil, respetando el nivel exactamente como especificado en el diseño. 3 4 2 5



1. Fundación (hormigón primario) 2. Grout ( hormigón secundario) 3. Placa de anclaje 4. Tornillos de nivelación 5. Tornillo de anclaje (ancladores)



1 Figura 55: Características de los soportes



3.2 Preparación de los soportes La preparación de Los soportes para recibir la base y el motor eléctrico debe cumplir los siguientes requisitos: Cualquier polvo o suciedad en la parte superior de la fundación debe ser barrido o aspirado. Posteriormente debe ser lavado y enjuagado, si hay depósito de aceite y/o grasa, estos deben ser eliminados. Las paredes de la fundación donde es hecho el grouteo, incluso los nichos de hormigonado, deben tener superficies rugosas para dar el agarre correcto, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del grout.



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3.3 Preparación de la base del motor Los materiales utilizados en la instalación de la base deben ser preparados como sigue: →→ Posicionar los tornillos de nivelación (si hay) sobre la base de hormigón. →→ Limpiar las piezas mecanizadas recubiertas con anticorrosivo utilizando disolvente apropiado; →→ Asegúrese de que las superficies de la base que van a tener contacto con el grout no están pintadas, para que haya una fijación satisfactoria de estas piezas al hormigón secundario (grout). Si las piezas a groutear están pintadas, la pintura debe ser raspada y la superficie limpiada con disolvente apropiado. Para los procesos de limpieza mencionados en los puntos anteriores, se utiliza normalmente el Diluente Alquídico 1024.



4. Procedimientos técnicos de montaje 4.1 Instalación de la base de anclaje23 →→ Los pasos siguientes se refieren a un ejemplo de instalación de base de anclaje para fijación del motor eléctrico: →→ La base de hormigón primario debe estar lista, poniendo atención a los nichos en los que se insertan los pernos de anclaje (ancladores). →→ Limpiar los pernos de anclaje (10) envolver la parte recta de estos con tres o cuatro capas de cinta adhesiva. Esto permitirá que los mismos tensionen. →→ Aplicar el par de apriete sin que se rompan o causen grietas en el grout. →→ Levantar la base de anclaje (8) lo suficiente como para permitir la instalación de los pernos de anclaje. →→ Instalar los pernos de anclaje en la base de manera que la parte superior de los tornillos (de 1 a 2 mm) estén por encima de la superficie superior de tuercas. →→ Posicionar la base de anclaje, guiando los pernos de anclaje para dentro de los nichos del hormigón primario. →→ Posicionar las placas de apoyo entre los tornillos de nivelación y la base de anclaje.



23



Base de anclaje: La base de anclaje es la estructura metálica grouteada y anclada a la fundación de hormigón, que se utiliza para apoyo y fijación del motor eléctrico.



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Unidad III: Estructuras y Soportes



→→ Apoyar la base de anclaje en la superficie del hormigón primario en su posición final. →→ Hacer la nivelación y alineación de la base de anclaje, teniendo como referencia el eje de la máquina accionada. Para la nivelación, usar los tornillos de nivelación (9) en la parte inferior de la base de anclaje. Para la alineación, mover todo el conjunto de la base de anclaje hasta que esté alineada con la máquina accionada. →→ Ejecutar el grouteo de los nichos de los pernos de anclaje y aguardar el tiempo de curado del mismo. →→ Después del curado del grout24, apoyar el motor eléctrico sobre la base de anclaje y pre apretar los pernos de anclaje con 50% del par de apriete recomendado. →→ Comprobar la nivelación y alineación de la base de anclaje. Si no cumple con las tolerancias requeridas, soltar los pernos de anclaje y hacer un nuevo ajuste. Pre apretar más una vez los pernos de anclaje con 50% del par nominal y comprobar la nivelación y alineación. Si es necesario, hacer los ajustes de nuevo hasta que las tolerancias requeridas estén cumplidas. →→ Retirar el motor de la base. →→ Hacer el cierre de las brechas entre la base de anclaje y el hormigón primario con el fin de evitar cualquier fuga del grout durante el grouteo de la base de anclaje. 1



8



6



2



1. Motor



3



2. Tornillo de fijación del motor



4



3. Tornillo de nivelación del motor



5



4. Pata del motor 5. Clavija guía 6



7. Placas de nivelación del motor



9 10 11 12



6. Tornillo de alineación horizontal



7



8. Placa de anclaje 9. Tornillo de nivelación de la base 10. Perno de anclaje (anclador) 11. Grout 12. Hormigón primario



Figura 56: Instalación de base de anclaje



24



Grout: Grout es una argamasa cementícia o mezcla de agregados minerales y resina química, destinado a llenar los nichos de hormigonado y nivelación de la placa de metal sobre la base de hormigón y posee resistencia mecánica superior al hormigón.



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→→ Apoyar la base intermediaria en la superficie de la base de fijación (11) en la posición final.



→→ Calzar la base de anclaje contra el concreto primario (12) afín de evitar cualquier desplazamiento durante el grauteo.



→→ Hacer la nivelación y alineación de la base de anclaje, teniendo como referencia el eje de la máquina accionada. Para nivelación, usar los tornillos de nivelación (9). Para la alineación, mover la base metálica hasta que esté alineada con la máquina accionada.



→→ Ejecutar el grouteo de la base de anclaje y esperar el tiempo de curado del mismo. 4.2 Instalaciones de la base intermedia25 →→ Los pasos siguientes se refieren a un ejemplo de instalación de base intermedia para fijación del motor eléctrico:



→→ Apoyar el motor eléctrico sobre la base intermediaria y pre apretar los tornillos de fijación de la base con 50% del par de apriete recomendado.



→→ La base para la fijación de la base intermediaria (11) debe estar preparada, limpia y nivelada.



→→ Comprobar la nivelación y alineación de la base metálica. Si no cumple con las tolerancias requeridas, soltar los tornillos de fijación de la base y hacer un nuevo ajuste. Pre apretar más una vez los tornillos de fijación de la base con 50% del par nominal y comprobar la nivelación y alineación. Si es necesario, hacer los ajustes de nuevo hasta que las tolerancias requeridas estén cumplidas.



→→ Levantar la base intermediaria (8) e instalar los tornillos de fijación de la base intermediaria (10). →→ Posicionar la base intermediaria, guiando los tornillos de fijación de la base.intermediaria en los agujeros roscados de la base para fijación de la base metálica. 1 2



1. Motor



3



2. Tornillo de fijación del motor 3. Toprnillo de nivelación del motor



6



4



4. Pata del motr



5



5. Clavija guía 6. Tornillo de alineación horizontal



9 8



7. Placas de nivelación



7 6



8. Base metálica 9. Tornillo de nivelación de la base (opcional) 10. Tornillo de fijación de la base 11. Base para fijación de la base intermediaria



10



11 Figura 57: Instalación de base intermedia



25



Base de intermedia: La base intermedia, también conocida como sobre base es la estructura de metal que se usa entre las patas del motor y la base de fijación del motor eléctrico.



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Unidad III: Estructuras y Soportes



→→ Apretar los tornillos de fijación de la base con par nominal. 4.3 Instalación de las placas de anclaje →→ Los pasos siguientes se refieren a un ejemplo instalación de placas de anclaje para fijación del motor eléctrico de: →→ La base de hormigón primario (12) debe estar lista, poniendo atención a los nichos en los que se insertan los pernos de anclaje (10). →→ Limpiar los pernos de anclaje (10) envolver la parte recta de estos con tres o cuatro capas de cinta adhesiva. Esto permitirá que los mismos tensionen cuando se aplica el par de apriete sin que se rompan o causen grietas en el grout. →→ Levantar la placa de anclaje26 (8) lo suficiente como para permitir la instalación de los pernos de anclaje. →→ Instalar los pernos de anclaje en la placa de anclaje de manera que la parte superior de los pernos (de 1 a 2 mm) estén por encima de la superficie superior de las tuercas. →→ Posicionar la placa de anclaje, guiando los pernos de anclaje para dentro de los nichos de hormigón primario. →→ Apoyar la base de anclaje en la superficie de hormigón primario en la posición final. →→ Hacer la nivelación y la alineación de la placa de anclaje, teniendo como referencia el eje de la máquina accionada. Para la nivelación, usar los tornillos de nivelación (9) en la parte inferior de la placa de anclaje. Para la alineación, mover todo el conjunto placa de anclaje hasta que esté alineado con la máquina accionada. →→ Ejecutar el grouteo de los nichos de los pernos de anclaje y aguardar el tiempo de curado del mismo. →→ Después del curado del grout, apoyar el motor eléctrico en las placas de anclaje y pre apretar los pernos de anclaje con 50% del par de apriete recomendado. →→ Comprobar la nivelación y alineación de la placa de anclaje. Si no cumple con las tolerancias requeridas, soltar los pernos de anclaje y hacer un nuevo ajuste. tornillos de anclaje. Pre apretar más una vez los pernos de anclaje con 50% del par nominal y comprobar la nivelación y alineación. Si es necesario, hacer nuevos ajustes hasta que las tolerancias requeridas estén cumplidas.



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Placa de anclaje: Las placas de anclaje son niveladas, grouteadas y ancladas en la fundación de hormigón, para proporcionar soporte para apoyo y nivelación motor eléctrico.



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→→ Retirar el motor de la base y hacer el cierre de las brechas entre la placa de anclaje y el hormigón primario con el fin de evitar cualquier fuga del grout durante el grouteo de la placa de anclaje. →→ Calzar la placa de anclaje contra el hormigón primario (12) para impedir cualquier desplazamiento durante el grouteo. →→ Ejecutar grouteo (11) de la placa de anclaje y esperar el tiempo de curado del mismo. 4.4 Instalación del motor en la base Después de la instalación, alineación y nivelación de la base, el motor eléctrico puede ser instalado en la base. Se recomienda colocar al menos 2 mm de placas de nivelación sobre la base. El motor debe ser levantado y posicionado sobre la base, de tal manera que los agujeros de las patas coinciden con los agujeros de fijación en la base. 4.5 Nivelación Del motor El motor debe estar apoyado sobre la superficie de montaje con planeidad de hasta 0,08 mm/m. Para facilitar la alineación del motor en relación con el plano vertical (nivelación) y permitir la instalación de la placas de nivelación debajo del motor, se utilizan los tornillos de nivelación del motor. La instalación de placas de nivelación debe hacerse con cuidado para evitar cualquier apoyo desigual de las patas del motor que pueden resultar en torsión de la carcasa. Las placas de nivelación deben ser de material adecuado (acero galvanizado o acero inoxidable). Placas de acero común, hojas de papel, pedazos de latas, placas de cobre, etc. no deben ser utilizados pues pueden oxidarse, rasgar, embolar o arrugar y perjudicar la nivelación del motor sobre la base. 4.6 Alineación del motor La alineación horizontal del motor se realiza a través de los tornillos de alineación horizontal. Los calzos de alineación horizontal son instalados en la base de fijación del motor, situados en los extremos del motor y sirven como soporte para los tornillos de alineación horizontal. Usando los tornillos de ajuste horizontal, el motor puede ser desplazado horizontalmente hasta la línea central del eje y la línea central de la máquina accionada estén alineadas y la distancia deseada entre las mitades del acoplamiento sea alcanzada. Después de finalizar el procedimiento de alineación, los pernos de fijación del motor en la base pueden ser pre apretados.



Tornillos de alineación



Motor



Figura 56: Tornillos de alineación horizontal



4.7 Instalación final Se debe hacer la nivelación y alineación final del motor, observando las tolerancias reportados en el manual de instalación del motor. Cuando la alineación y nivelación del motor está dentro de las tolerancias recomendadas, apretar firmemente los tornillos de fijación del motor. Apretar los pernos



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Unidad III: Estructuras y Soportes



de anclaje de la base (si hay) con el par nominal recomendado en el diseño. 4.8 Pares de apriete Los pares de apriete recomendados para los tornillos de fijación del motor son informados en el manual de instalación del motor. Es importante verificar el material y la clase de resistencia para de los tornillos para aplicar el par de apriete correcto. La clase de resistencia de los tornillos normalmente se indica en la cabeza de los tornillos hexagonales. 4.9 Enclavamiento Una vez que el motor está correctamente alineado con el equipo accionado y han sido instalados y apretados los tornillos de fijación, al menos dos clavijas guía deben ser instaladas en las patas del motor diagonalmente opuestas. El motor, por lo general, tiene originalmente un agujero pasador por pata para ser utilizados en el proceso de enclavamiento. El procedimiento enclavamiento consiste en profundizar los agujeros pasadores de las patas del motor, perforando a través de la base de fijación del motor. Después de eso, los agujeros del motor y de la base son afilados con una herramienta de escariado y, posteriormente, se instalan las clavijas cónicas en los Agujeros.



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Actividades de Aprendizaje 1. Junto a su instructor efectué el montaje de una maquina eléctrica en una estructura y compruebe las vibraciones de esta.



2. Con un sonómetro efectué el análisis de ruido en un motor que estén entre los 5 db y 8 db, así comprobará si el ruido es excesivo en este.



Actividades de Autoevaluación 1. Responda las siguientes preguntas. →→ ¿Qué es la Base metálica Intermedia?



→→ Explique los Procedimientos para preparar la Base de un motor



→→ ¿Cómo deben ser la Fundación y los Pernos tornillos utilizados en el montaje de un motor?



2. Efectue el siguiente cálculo →→ Calcule los Esfuerzos Máximos del Motor sobre la fundación si los esfuerzos del motor corresponden a 15 y 20 N, la masa del motor corresponde a 5 Kg, el par máximo del motor son 40 Nm y se encuentra a una distancia 0.4 m entre los agujeros de fijación de las patas del motor.



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Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas



1. Mantenimiento a maquinas eléctricas Cuando se habla de tipos de mantenimiento, es más correcto hablar de tipos de tareas de mantenimiento, y en este sentido, existen diferentes clasificaciones de las tareas según distintos criterios. La clasificación más extendida se refiere a la naturaleza de las tareas, y así, el mantenimiento puede distinguirse en correctivo, preventivo, conductivo, predictivo, cero horas, y modificativo. 1.1 Tipos de mantenimientos eléctricos →→ Tareas de mantenimiento correctivo: lo componen el conjunto de tareas destinadas a corregir los defectos que se van presentando en los distintos equipos y que son normalmente comunicados al departamento de mantenimiento por los usuarios de los mismos. →→ Tareas de mantenimiento programado: lo componen el conjunto de tareas de mantenimiento que tienen por misión mantener un nivel de servicio determinado en los equipos, programando las revisiones e intervenciones de sus puntos vulnerables en el momento más oportuno. Suelen tener un carácter sistemático, es decir, se interviene aunque el equipo no haya dado ningún síntoma de tener un problema. →→ Mantenimiento predictivo: lo componen el conjunto de tareas que persiguen conocer e informar permanentemente del estado y operatividad de las instalaciones mediante el conocimiento de los valores de determinadas variables, representativas de tal estado y operatividad. Para aplicar este tipo de tareas de mantenimiento, es necesario identificar variables físico-



Correctivo



Cero Horas



Programado



Tipos de Mantenimientos Eléctricos Predictivo



Conductivo



Modificativo



químicas (composición, temperatura, vibración, consumo de energía, etc.) cuya variación sea indicativa de problemas que puedan estar apareciendo en el equipo. Es el más tecnológico, pues requiere de medios técnicos avanzados, y a veces de fuertes conocimientos matemáticos, físicos y técnicos.



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Manual de Equipos Eléctricos



→→ Mantenimiento conductivo: es el conjunto de tareas de mantenimiento básico de un equipo realizado por los usuarios del mismo. Consiste en una serie de tareas elementales (tomas de datos, inspecciones visuales, limpieza, lubricación, reapriete de tornillos) para las que no es necesario una gran formación, sino tan solo un entrenamiento breve. Este tipo de mantenimiento es la base del TPM (Total Productive Maintenance, Mantenimiento Productivo Total). →→ Mantenimiento modificativo: Consiste en modificar la instalación para evitar que sucedan determinadas averías. Es cuestionable si realmente se trata de tareas de mantenimiento u otro tipo de actividad. En muchas instalaciones, no obstante, para conseguir los objetivos de disponibilidad y fiabilidad, es imprescindible modificar la instalación para corregir o mejorar un diseño. 1.2 Planificación al mantenimiento eléctrico Detectar los requerimientos de mantenimiento de los sistemas, de acuerdo al programa de producción, recomendaciones del fabricante, políticas y procedimientos establecidos. Una política de reemplazo es factible cuando un gran número de partidas idénticas de bajo costo son cada vez más propensas a fallar a medida que envejecen. Estimar los recursos necesarios para el mantenimiento de los sistemas de acuerdo al programa de producción. Las necesidades de recursos materiales son estimadas de acuerdo al inventario de los sistemas. Las necesidades de recursos humanos son estimadas de acuerdo a los requerimientos de mantenimiento. Las necesidades de recursos económicos son estimadas de acuerdo a los requerimientos de mantenimiento, las necesidades de recursos materiales, recursos humanos de mantenimiento, políticas y procedimientos establecidos. La utilización de un sistema o una metodología que permita administrar y controlar el manejo de insumos, los repuestos y las materias primas de mantenimiento se considera un instrumento avanzado, ya que mediante su aplicación se logran sustanciales ahorros de gestión y la operación del mantenimiento industrial, como también se logran mejores logísticas en el servicio de mantenimiento. Los hechos que generan la no funcionalidad de los equipos pueden ser tres: →→ Tareas proactivas (mantenimientos planeados). →→ Reparaciones (mantenimientos no planeados: correctivos o modificativos). →→ Retrasos en el suministro de repuestos, insumos, materias primas de mantenimiento o recursos humanos. De allí la importancia de presentar, al menos criterios básicos y las estrategias de manejo de inventarios, insumos, materias primas o repuestos de mantenimiento.



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Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas



2. Procedimientos técnicos para efectuar mantenimiento a máquinas eléctricas 1 y 3 2.1 Mantenimiento →→ Desconectar la alimentación (fuente). →→ Verificar la ausencia de voltaje. →→ Señalizar el breaker de alimentación, en el panel de distribución. →→ Utilizar las herramientas adecuadas. 2.2 Pasos para desarmar y dar mantenimiento de máquinas eléctricas Rrotativas 1. Observar y verificar su estado físico



11. Rearme del motor.



→→ Los escudos (tapadera). Ver si no tiene juego.



→→ Introducir el rotor. →→ Montar los escudos.



→→ Eje si gira libre →→ Hacer girar el rotor (que gire libre). 2. Verificar si las tapas están marcadas (si no están marcadas, hay que marcarlas) (Un punto en la carcasa y uno en la tapadera, por el otro extremo dos puntos tanto carcasa como tapadera). 3. Extraer tapa de protección del ventilador.



→→ Montar el ventolín. →→ Fijar el protector del ventolín. 2.3 Comprobación eléctrica y detección de averías.



4. Extraer el ventilador.



→→ Localización de contacto a masa (carcasa).



5. Extraer polea.



→→ Localización cortocircuito (entre espiras, entre fases).



6. Desmontar los escudos (tapas) →→ Localización conductores cortados. 7. Extraer el rotor. Localización de contacto a masa 8. Colocar las piezas en orden. 9. Limpiar las piezas. 10. Engrasar o cambiar las balineras.



Puede presentarse en estatores de cualquier máquina de CA esta situación puede tornase peligrosa, en cuanto a electrocución se refiere y de generar con el tiempo un cortocircuito y



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Manual de Equipos Eléctricos



la siguiente destrucción de los devanados, que según la normativa actual debe ser como mínimo por cada voltio 100Ω el cual debe ser detectado por el megger (aparato para medir aislamiento por medio de un voltaje aplicado de CC): Para detectar con el megger el contacto a masa medimos entre cada uno de la fase y la carcasa del motor. Localización de cortocircuito Se pueden producir siempre que fallen los aislamientos por sobrecarga o debido al empleo de materiales de aislamientos de baja calidad, falla debido a las vibraciones del motor y a la degradación de las mismas. Los cortocircuitos pueden darse en dos partes diferentes entre espiras y entre fases: →→ Cortocircuitos entre fases: En caso de cortocircuito directos lo normal es que los fusibles o relé de protección se disparen el motor se desconecta y la avería no pasa a mayor consecuencia, cuando el cortocircuito sea entre bobinas de distintas fases y este no es directo, el motor puede llegar a arrancar y calentarse exageradamente y quemarse sin que sus protecciones los desconecten. Para poder detectar esta avería es necesario con el megger meegiar entre fases cada uno de las bobinas del motor. Otra Manera de detectarlo es aplicar voltaje al motor midiendo el amperaje no tiene que exceder de lo indicado en la placa de características. →→ Cortocircuito entre espira y una misma fase: En estos casos el cortocircuito puede darse entre espiras de una misma fase puede darse el caso que el motor no llegue a arrancar y si el cortocircuito se diera con el motor en marcha este aumentara su T o y también la I de la fase defectuosa. En este caso pude suceder que el relé de



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sobrecarga no llegue a desconectarse por lo tanto llegara a quemarse la bobina del motor. Localización de conductores cortados Esta prueba se realiza midiendo con el óhmetro o con una lámpara de prueba la continuidad entre los devanados. Estas anomalías se presentan tanto en el estator como en el rotor, se manifiesta con arranque dificultoso, el motor no logra alcanzar su velocidad o incluso no arrancar. Primeramente debemos observar los conductores que van a la placa de bornes ya que con frecuencia o bien debido a las vibraciones, al envejecimiento del aislamientos o el de la soldadura de los terminales se sueltan y cortan en la propia placa de bornes (en el caso de los motores 1 pueden darse causa de interrupciones en el devanado de régimen o de arranque así como también por averías del interruptor centrifugo o el condensador. Forma para investigar estas averías →→ Conectar el motor a la red y comprobar si no emite algún Zumbido. →→ El siguiente es girar el rotor con la mano o enrollando una cuerda en el eje y hacerlo girar, conectando directamente e inmediatamente a la red, si continua girando en señal de avería en el devanado de arranque. →→ Se puede localizar una interrupción en el devanado de régimen o arranque separando la conexión y midiendo la continuidad con el multímetro, lámpara de prueba, en los devanados o en el interruptor centrifugo. Determinación de polaridad de bobinas Esta prueba solo puede realizarse en motores trifásicos, no pudiendo realizarse en los 1 debido



Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas



al sistema de arranque que utilizan. Si alguna conexión entre grupos de bobinas no se correcta correctamente o bien se ha equivocado algunas entradas (u, v, w) con salidas (x, y, z). El campo magnético no será completamente giratorio y en consecuencia la máquina no pueda arrancar o lo hará con dificultad. La localización de las bobinas o grupos de bobinas conectada incorrectamente, podría hacerse por medio de la brújula en los motores de mediano y gran potencia empujar hacerlo con una tensión inferior a la nominal de la máquina. En los motores que no son de gran tamaño existen procedimientos mucho más fáciles y rápidos aplicables a los estatores de máquinas de CA. Consiste en aplicarle CA al estator desmontado introduciéndole previamente una bola de acero en su interior (balín) si al conexiones están realizadas correctamente el balín rodara en el interior del estator perfectamente arrastrada por el campo magnético giratorio, si existe una conexión equivocada el balín permanecerá en reposo y oscilaría debido a la deformación del campo magnético. Tabla 4: Diagnóstico y corrección de fallas o averías a máquinas eléctricas Síntoma



El motor no arranca



Posibles causas



Posibles soluciones



Causado usualmente por problemas Revise la fuente de alimentación: en la línea, por ejemplo el protectores de sobrecarga, fusibles, funcionamiento con una sola fase controles, etc. en el arrancador.



Alto voltaje



Revise las conexiones de la línea de entrada.



Entrehierro excéntrico (descentrado)



Haga reparar el motor en el centro de servicio recomendado por el fabricante.



Sobrecarga. Compare el Amperaje medido con su valor nominal de placa



Localice y quite lo que produce la fricción excesiva en el motor o la carga. Reduzca la carga o reemplace el motor por uno de mayor capacidad.



Funcionamiento con una sola fase



Revise la corriente en todas las fases (deberá ser aprox. igual) para aislar y corregir el problema.



Voltaje desequilibrado



Revise el voltaje en todas las fases (deberá ser aprox. igual) para aislar y corregir el problema.



Zumbido excesivo



Recalentamiento del motor



TECNOLÓGICO NACIONAL



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Manual de Equipos Eléctricos



Síntoma



Posibles causas



Posibles soluciones



Ventilación inadecuada



Revise el ventilador externo para asegurarse que el aire se mueve bien entre las aletas de enfriamiento. Acumulación excesiva de suciedad en el motor. Limpie el motor.



El rotor roza el estator



Apriete los “pernos pasantes”.



Sobrevoltaje o bajo voltaje



Revise el voltaje de entrada en cada fase al motor.



El devanado del estator está abierto



Revise si la resistencia del estator en las tres fases está equilibrada.



Devanado puesto a tierra



Efectúe una prueba dieléctrica y haga las reparaciones necesarias.



Conexiones incorrectas



Revise todas las conexiones eléctricas paradeterminar si la terminación, la resistencia mecánica y la continuidad eléctrica son adecuadas. Consulte el diagrama de conexión de cables del motor.



Síntoma



Posibles causas



Posibles soluciones



Mal alineamiento



Revise y alinee el motor y los equiposaccionados por el mismo.



Excesiva tensión de correa



Reduzca la tensión de correa a su punto apropiado para la carga.



Excesivo empuje terminal



Reduzca el empuje terminal de la máquina accionada.



Recalentamiento del cojinete



Exceso de grasa en el cojinete



76 TECNOLÓGICO NACIONAL



Saque grasa hasta que la cavidad esté unos 3/4 llena.



Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas



Insuficiente grasa en el cojinete



Añada grasa hasta que la cavidad esté unos 3/4 llena.



Suciedad en el cojinete



Limpie el cojinete y la cavidad del cojinete. Rellene con el tipo de grasa correcto hasta que la cavidad esté aproximadamente 3/4 llena.



Mal alineamiento



Revise y alinee el motor y los equipos accionados por el mismo.



Recalentamiento del cojinete



Vibración Roce entre las piezas rotativas y las piezas fijas



Ruido



Ruido retumbante o gimoteante



Aísle y elimine la causa rozamiento.



del



El rotor está desequilibrado



Mande a revisar el equilibro del rotor y hágalo reparar en el Centro de Servicio recomendado por el fabricante.



Resonancia



Sintonice el sistema o solicite asistencia al Centro de Servicio recomendado por el fabricante.



Materias extrañas en el entrehierro o las aberturas de ventilación



El cojinete está en malas condiciones



Extraiga el rotor y quite las materias extrañas. Vuelva a instalar el rotor. Revise la integridad del aislamiento. Limpie las aberturas de ventilación.



Reemplace el cojinete. Quite toda la grasa de la cavidad y coloque el nuevo cojinete. Rellene con grasa del tipo correcto hasta que la cavidad esté aproximadamente 3/4 llena.



TECNOLÓGICO NACIONAL



77



Manual de Equipos Eléctricos



Actividades de Aprendizaje 1. Realice las siguientes actividades prácticas en el taller tomando en cuenta la documentación expuesta por el /la docente: →→ Efectué el mantenimiento a tres motores monofásico, trifásico y cc. →→ Describa de manera clara las partes que compone interna - externa el motor monofásico.



→→ Describa de manera clara las partes que compone interna - externa el motor trifásico.



→→ Describa de manera clara las partes que compone interna - externa el motor cc.



→→ Explique la diferencia que se dio al efectuar el mantenimiento a cada tipo de maquina eléctrica.



78 TECNOLÓGICO NACIONAL



Unidad IV: Mantenimiento a Máquinas Eléctricas



Actividades de autoevaluación 1. Enumere: →→ Tipos de mantenimiento maquinas eléctricas



→→ Tres tipos de averías en motores



2. Efectué en un cuadro sinóptico las características de cada tipo de mantenimiento a máquinas eléctrica. →→ Clasifique los siguientes enunciados como normas de seguridad o avería coloque a la par de cada uno su clasificación.



a) a)



No realizar trabajos eléctricos sin estar debidamente capacitado y autorizado No realizar trabajos eléctricos sin estar debidamente capacitado y autorizado



b) b)



No utilizar cables de extensiones que no tengan la protección a tierra No utilizar cables de extensiones que no tengan la protección a tierra



c) c)



Recalentamiento de cojinete Recalentamiento de cojinete



d) d)



Cortar todas las fuentes de tensión Cortar todas las fuentes de tensión



e) e)



Ruido excesivo en el ventolín Ruido excesivo en el ventolín



TECNOLÓGICO NACIONAL



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ÍNDICE DE GLOSARIO A



M



Aislante��������������������������������������������������������������������������������������2



Masa����������������������������������������������������������������������������������������� 14



Asíncrono������������������������������������������������������������������������������� 36



Motor���������������������������������������������������������������������������������������� 14



B



N



Base metálica común�������������������������������������������������������� 61



NEMA��������������������������������������������������������������������������������������30



Base de anclaje������������������������������������������������������������������ 64 Base intermedia������������������������������������������������������������������66



P Par motor�������������������������������������������������������������������������������50



C



Placa de anclaje������������������������������������������������������������������ 67



Cortocircuito����������������������������������������������������������������������������2 Corriente continua������������������������������������������������������������� 27



R



Corriente alterna���������������������������������������������������������������� 37



Rotor���������������������������������������������������������������������������������������� 27 RPM������������������������������������������������������������������������������������������� 51



D Delta����������������������������������������������������������������������������������������� 24



T



Devanado������������������������������������������������������������������������������29



Tierra���������������������������������������������������������������������������������������� 10



E Estator������������������������������������������������������������������������������������� 27 Eficiencia�������������������������������������������������������������������������������� 33 Estrella������������������������������������������������������������������������������������� 41 F Fase������������������������������������������������������������������������������������������� 41 FEM������������������������������������������������������������������������������������������� 51 Fundación������������������������������������������������������������������������������62 G Grout����������������������������������������������������������������������������������������65 I Interfaz������������������������������������������������������������������������������������� 61



80 TECNOLÓGICO NACIONAL



ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Tablas



Figura 25. Motor con tensión conmutable�������������������������������������41 Figura 26. Conexión directa���������������������������������������������������������������42



Tabla 1. Simbología normalizada�������������������������������������������������������� 6



Figura 27. Tipos de conmutar������������������������������������������������������������42



Tabla 2. Tipos de cableado�����������������������������������������������������������������12



Figura 28. Tipos de conexiones para el motor Dahlander������43



Tabla 3. Tipos de conexiones para motores de diferentes tensiones���������������������������������������������������������������������������������������������������������41



Figura 29. Conexión Dahlander��������������������������������������������������������44



Tabla 4. Diagnóstico y correción de fallas o averías a máquinas eléctricas���������������������������������������������������������������������������������������������������������75



Figura 31. Núcleo y eje�������������������������������������������������������������������������46



Figura 30. Partes principales de un motor c.c������������������������������45



Figura 32. Devanado en tambor�������������������������������������������������������47 Figura 33. Conmutador������������������������������������������������������������������������47



Figuras



Figura 34. Escobilla y carbones��������������������������������������������������������48 Figura 1. Tabla de conversión��������������������������������������������������������������� 3



Figura 35. Tipos de carbones������������������������������������������������������������49



Figura 2. Esquema de alambrado������������������������������������������������������ 9



Figura 36. Portaescobillas�������������������������������������������������������������������49



Figura 3. Pulsadores�������������������������������������������������������������������������������� 9



Figura 37. Funcionamiento����������������������������������������������������������������� 50



Figura 4. Breakers�����������������������������������������������������������������������������������10



Figura 38. Gráfico de funcionamiento�������������������������������������������� 50



Figura 5. Fusible��������������������������������������������������������������������������������������10



Figura 39. Fuerza electromotriz���������������������������������������������������������51



Figura 6. Conmutador�����������������������������������������������������������������������������11



Figura 40. Funcionamiento motor serie sin carga���������������������� 52



Figura 7. Interruptor automático����������������������������������������������������������11



Figura 41. Funcionamiento motor serie con carga��������������������� 52



Figura 8. Tipos de sensores����������������������������������������������������������������14



Figura 42. Capacidad de arranque��������������������������������������������������53



Figura 9. Final de carrera����������������������������������������������������������������������14



Figura 43. Motor de derivación���������������������������������������������������������53



Figura 10. Temporizadores�������������������������������������������������������������������15



Figura 44. Reóstato de serie de campo�����������������������������������������54



Figura 11. Presostatos�����������������������������������������������������������������������������15



Figura 45. Reóstato de armadura�����������������������������������������������������54



Figura 12. Termostato�����������������������������������������������������������������������������16



Figura 46. Características del motor compound������������������������ 55



Figura 13. Partes de un contactor������������������������������������������������������18



Figura 47. Con derivación larga�������������������������������������������������������� 56



Figura 14. Partes principales de un motor monofásico������������� 28



Figura 48. Con derivación corta������������������������������������������������������� 56



Figura 15. Grupo de devanado en el estator������������������������������� 28



Figura 49. Prueba de freno prony��������������������������������������������������� 58



Figura 16. Grupo de devanado en el estator������������������������������� 29



Figura 50. Pérdidas de calor en un motor������������������������������������ 58



Figura 17. Motor de fase partida������������������������������������������������������� 29



Figura 51. Base de anclaje�������������������������������������������������������������������61



Figura 18. Motor de fase partida������������������������������������������������������� 30



Figura 52. Base metálica común������������������������������������������������������ 62



Figura 19. Motor de arranque con capacitor����������������������������������31



Figura 53. Base intermedia���������������������������������������������������������������� 62



Figura 20. Motor universal������������������������������������������������������������������34



Figura 54. Placas de anclaje������������������������������������������������������������� 62



Figura 21. Rotor de jaula ardilla simple��������������������������������������������37



Figura 55. Instalación de base de anclaje������������������������������������ 65



Figura 22. Rotor de jaula ardilla doble��������������������������������������������38



Figura 55. Instalación de base intermedia����������������������������������� 66



Figura 23. Partes principales y auxiliares de



Figura 56. Tornillos de alineación horizontal������������������������������� 68



un motor monofásico������������������������������������������������������ 40 Figura 24. Principio de funcionamiento motor monofásico���� 40



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PARA SABER MÁS



→→ http://cursosdeelectricidad.blogspot.com/ →→ http://robertoviedo.jimdo.com/ →→ http://www.siemens.com.ar →→ http://www.siemens.com.mxr →→ http://www.schneider_electric.com. →→ http://www.nichese.com



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BIBLIOGRAFÍA →→ Motores de CA “Soluciones en las que sí se puede confiar” Manual de Instrucciones B-3605-9S, Abril de 1999 Rockwell Automation Systems Reliance Electric. →→ ABC Máquinas Eléctricas. Enríquez Harper →→ Máquinas Eléctricas. →→ Manual electrotécnico Telesquemario. Autor: Telemecanique. →→ Manual de Baja Tensión. Autor: Siemens. →→ Dispositivos de control y protección. Autor: Enrique Vilches. →→ Manuales de automatización y control. Autor: Siemens. →→ Manual de equipo eléctrico y electrónico, Coyne Electrical School editorial uthea, 654 pp. →→ Stephen J. Chapman, Máquinas Eléctricas (2° edición), →→ Fitzgerald, Máquinas Eléctricas (2° edición), McGraw-Hill, 1992. →→ ABC Máquinas Eléctricas. →→ GTZ- Superior. →→ WEG guía para fijación de motores eléctricos (Revisión 0), Noviembre 2016.



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Primera Edición, Mayo 2018 www.tecnacional.edu.ni Tel: 2253-8888