Diseño programa mantenimiento predictivo motores eléctricos (página 2)

4. Termografía. La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión.

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero las cámaras termografías, o de termovisión, son capaces de medir la energía con sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto.

La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial ya sea de tipo mecánico, eléctrico y de fabricación – están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorización de temperatura con sistema de Termovisión por Infrarrojos. Con la implementación de programas de inspecciones termografías en instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos, etc. es posible minimizar el riesgo de una falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas.

El análisis mediante Termografía infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, los ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos, radiográfico, el ultrasonido activo, partículas magnéticas, etc.

El análisis mediante Cámaras Termografías Infrarrojas, está recomendado para:

Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión.

Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos.

Motores eléctricos, generadores, bobinados, etc.

Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos.

Hornos, calderas e intercambiadores de calor.

Instalaciones de climatización.

Líneas de producción, corte, prensado, forja, tratamientos térmicos.

Las ventajas que ofrece el Mantenimiento Preventivo por Termovisión son:

Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos.

Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo.

Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso.

Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.

Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento.

Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas.

5. Análisis por árbol de fallas. El Análisis por Árboles de Fallos (AAF), es una técnica deductiva que se centra en un suceso accidental particular (accidente) y proporciona un método para determinar las causas que han producido dicho accidente. Nació en la década de los años 60 para la verificación de la fiabilidad de diseño del cohete Minuteman y ha sido ampliamente utilizado en el campo nuclear y químico. El hecho de su gran utilización se basa en que puede proporcionar resultados tanto cualitativos mediante la búsqueda de caminos críticos, como cuantitativos, en términos de probabilidad de fallos de componentes.

Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo gráfico que muestra las distintas combinaciones de fallos de componentes y/o errores humanos cuya ocurrencia simultánea es suficiente para desembocar en un suceso accidental.

La técnica consiste en un proceso deductivo basado en las leyes del Álgebra de Boole, que permite determinar la expresión de sucesos complejos estudiados en función de los fallos básicos de los elementos que intervienen en él.

Consiste en descomponer sistemáticamente un suceso complejo (por ejemplo rotura de un depósito de almacenamiento de amoniaco) en sucesos intermedios hasta llegar a sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de componentes, errores humanos, errores operativos, etc. Este proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo que se denomina puertas lógicas que representan los operadores del álgebra de sucesos.

6. Análisis FMECA. Otra útil técnica para la eliminación de las características de diseño deficientes es el análisis de los modos y efectos de fallos (FMEA); o análisis de modos de fallos y efectos críticos (FMECA) La intención es identificar las áreas o ensambles que es más probable que den lugar a fallos del conjunto.

El FMEA define la función como la tarea que realiza un componente — por ejemplo, la función de una válvula es abrir y cerrar– y los modos de fallo son las formas en las que el componente puede fallar. La válvula fallará en la apertura si se rompe su resorte, pero también puede tropezar en su guía o mantenerse en posición de abierta por la leva debido a una rotura en la correa de árbol de levas.

La técnica consiste en evaluar tres aspectos del sistema y su operación:

– Condiciones anticipadas de operación, y el fallo más probable.

– Efecto de fallo en el rendimiento.

– Severidad del fallo en el mecanismo.

La probabilidad de fallos se evalúa generalmente en una escala de 1 a 10, con la criticidad aumentando con el valor del número.

Esta técnica es útil para evaluar soluciones alternativas a un problema pero no es fácil de usar con precisión en nuevos diseños.

El FMEA es útil para evaluar si hay en un ensamble un número innecesario de componentes puesto que la interacción de un ensamble con otro multiplicará los efectos de un fallo. Es igualmente útil para analizar el producto y el equipo que se utiliza para producirlo.

El FMEA, ayuda en la identificación de los modos de fallo que es probable que causen problemas de uso del producto. Ayuda también a eliminar debilidades o complicaciones excesivas del diseño, y a identificar los componentes que pueden fallar con mayor probabilidad. Su empleo no debe confinarse al producto que se desarrolla por el grupo de trabajo. Puede también usarse eficazmente para evaluar las causas de parada en las máquinas de producción antes de completar el diseño.

Características del mantenimiento predictivo. El mantenimiento predictivo presenta las siguientes características:

– Predice el fallo, interviene como consecuencia del cambio en la condición monetaria.

– Practica una diagnosis fundamentada en síntomas, medidos por los monitores con instrumentos a veces muy complejos.

– Las acciones se efectúan antes de que ocurran las fallas.

– La identificación de tendencias y el diagnostico mediante la detección de la falla con la maquina en operación permite planificar la intervención.

Ventajas de mantenimiento predictivo. – Se programa el paro para efectuar reparaciones en la fecha más conveniente que incluya lo que respecta a recursos humanos, materiales y equipos.

– Se reduce al mínimo la posibilidad de generar daños a la maquina por una falla forzada.

– Permite que una maquina trabaje hasta la inminencia de la falla, hasta la ineficiencia del procesador o los desperfectos del producto obliguen al paro de la maquinaria.

– Evita las fallas catastróficas que puedan requerir del reemplazo total de la maquinaria, constituye un problema de seguridad para los operadores y el personal y de costos relativamente altos.

– Disminuye las demoras por paradas de los equipos.

– Disminuye los costos asociados al mantenimiento.

Programa de mantenimiento predictivo. La creación y aplicación de un programa de medición y análisis de variables es fundamentales para garantizar la disponibilidad de operación de los equipos.

Existen doce pasos esenciales involucrados en a una organización de un programa de mantenimiento predictivo.

Paso 1: Factibilidad de aplicación. El primer paso consiste en determinar la factibilidad de establecer un programa. Este paso se fundamenta en un análisis de la condición de la maquinaria existente en la planta en términos de disponibilidad, confiabilidad, y tiempos muertos, entre otros. Sin embargo, la factibilidad de un manteamiento en base a la condición es en función de la cantidad y el tipo de máquinas, además de la experiencia del personal en este tipo de servicio.

Paso 2: Selección del equipo. El segundo, consiste en ubicar el equipo dentro del proceso productivo o sistema operativo, entender su funcionamiento y su filosofía de operación, en función de establecer cuando puede ser detenido, en oportunidad y frecuencia y criticidad dentro de la planta.

El objetivo de este paso es abarcar una criticidad de máquinas donde el programa sea operable, tomando en cuenta los requisitos del personal, los cronogramas de producción y el costo de los tiempos muertos, entre otros.

Paso 3: Selección de las técnicas de verificación de condición (Matriz Variables) Un paso de suma importancia para la organización del mantenimiento preventivo es la determinación, para cada órgano de las maquinas críticas, de los valores límites de aceptabilidad de las características o variables que queremos medir con el monitoreo (ejemplo, nivel de vibración, espesor de un material, grado de impureza de un lubricante, entre otras).

Esta etapa es impureza de establecer los siguientes aspectos:

-Disposición de instrumentos y técnicas capaces de comprobar el parámetro a ser medido.

-Las variables de medición que permitan la detección de fallas.

-Establecer periodos de medición que indiquen la condición de una máquina y el avance de una falla.

-Definir puntos de medición para obtener valores de medición confiables que permitan una detección de los efectos de la máquina.

Paso 4: Implementación del Sistema de Mantenimiento Predictivo. Una vez establecidas las técnicas óptimas para la verificación de cada unidad de la planta, las mismas son integradas en un programa racional que comprende:

-La definición de cronogramas de monitoreo.

-El diseño de un sistema sencillo para el manejo de datos, a saber.

-Recopilación y presentación de informes.

-Un programa de entrenamiento e instrumentación para el personal.

Paso 5: Fijación y revisión de datos y límites de condición aceptable. La finalidad de este paso es establecer lo niveles normales de los parámetros para la verificación de la condición, que represente un estado aceptable de la máquina. Esto, en realidad, puede establecerse únicamente sobre la base de la experiencia y los datos históricos. Sin embargo, en las etapas iniciales cuando no se dispone de dichos datos, podrán utilizarse como guía las recomendaciones del fabricante y las tablas de índices generales de severidad correspondientes.

En base a dichos niveles "normales" se establecerá límites de acción que representen un deterioro significativo de la condición y proporcionan una advertencia razonable de la falla inminente. Es esencial que los límites fijados sean revisados, según lo determinen la experiencia y los registros de mantenimiento.

Paso 6: Mediciones de referencia de las máquinas. Cuando se inicia un programa de mantenimiento predictivo la condición mecánica de la máquina no es evidente, es necesario establecerla mediante la aplicación de las técnicas de verificación seleccionadas y la comparación entre las mediciones observadas y los límites aceptables preestablecidos.

Cuando la condición de la máquina resulta aceptable, esta pasa a formar parte del programa de verificación rutinaria. Las mediciones de referencia sirven de "patrón", para la comparación en caso de que se detecte una falta durante la vida útil de la máquina.

Paso 7: Medición periódica de la condición. Se entra en un ciclo de mediciones y comparaciones, en el cual se monitorea con una frecuencia determinada la condición y se compara su rata de cambio o su tendencia con los límites preestablecidos, éstos últimos pueden reajustarse.

Paso 8: Recopilación de datos. La recopilación de los datos es una actividad de suma importancia y en la cual radica el éxito del resto del plan. La recopilación puede ser simple o compleja: Un sistema simple puede comenzar con un medidor de vibraciones portátil. Efectuando registros manuales de los niveles de vibración a intervalos regulares pueden detectarse tendencias indeseables.

Los programas de mantenimiento predictivo pueden ser ampliados incorporando instrumentos adicionales o integrando el programa a un sistema más sofisticado que incluya colectores de datos automatizados, computadoras y software (programas lógicos). En el caso de máquinas críticas, tal vez se requieran sistemas de supervisión automática y monitoreo continuo.

Paso 9: Registro de datos. El método de registro es tan importante como la recopilación, por tanto se le dará mayor énfasis en las secciones de Organización, programa, método, estándar y reporte de las condiciones monitoreadas.

Paso 10: Análisis de Tendencias. El análisis de tendencias permita mediante la utilización de técnicas sencillas detectar el deterioro del estado de la máquina, mediante el análisis de tendencias de os datos medidos, después de lo cual La máquina será sometida a un posterior análisis de la condición.

Paso 11: Análisis de la condición. Se trata de un análisis profundizado de la condición de la máquina, con la finalidad de confirmar si realmente existe un defecto y llevar a cabo un diagnóstico y pronóstico de la falla, por ejemplo: Tipo de falla, ubicación, medidas correctivas requeridas.

Paso 12: Corrección de las fallas. Una vez diagnosticada la falla, será responsabilidad de departamento de mantenimiento organizar las medidas correctivas. En esta etapa es de suma importancia establecer la causa de la condición de falla y corregirla. Los detalles de a falta identificada deberán ser revertidos al programa con el fin de confirmar el diagnóstico y /o perfeccionar las capacidades de diagnóstico del programa.

Equipo para diagnóstico. Existe una gran variedad de opciones y cada fabricante incorpora cada día más y más ventajas de aplicación, modernos software que permiten una operación amigable, fáciles de operar y manuales para interpretación de datos. Se describe a continuación los equipos más relevantes.

1-. Cámara Termográfica.

Existe buena variedad de opciones, pero para este espacio únicamente comentaré la cámara Terma Cam P60, cámara infrarroja que permite el monitoreo de toda clase de equipos y maquinaria, cuyas condiciones de operación podrían generar temperaturas fuera de diseño. Como por ejemplo motores eléctricos, transformadores, Disyuntores, Tableros eléctricos de distribución, calderas, etc.

Es versátil y portátil, equipada con software que permite cargar y descargar imágenes y datos en computadora, al igual que una cámara de vídeo, posee las funciones de zoom, puede monitorear rangos de temperatura de -40 ºC a 2000 ºC con una exactitud de ± 2%. Su fuente de alimentación es una batería recargable que puede darnos hasta dos horas continuas de operación y cuenta con sólo 2 kg de peso.

Este es un instrumento de diagnóstico versátil y eficaz. En las siguientes ilustraciones podemos apreciar su diseño ergonómico y versátil y sus distintas aplicaciones.

Figura 22 Cámara termografica. Fuente: Google.

Figura 23 Aplicación de la cámara termografía a un motor eléctrico. Fuente: Google.

2-. Analizador de Calidad de Energía. Hoy en día un factor crítico de competitividad es el consumo de energía, ya sea que se utilice como la combustión de diferentes tipos de combustible, o como energía eléctrica generada por el mismo medio o por sistemas hidráulicos, independientemente, es un recurso de alto costo de adquisición y que de hecho encarece los precios de los productos o servicios en la industria y el comercio. Por esta razón, en el mantenimiento de análisis de condición se utilizan los equipos ya sea offline u online para monitoreo de la calidad de energía que se pudiera estar generando o utilizando.

Este moderno equipo de monitoreo puede auditar los siguientes factores eléctricos:

• Voltaje y sus fluctuaciones • Frecuencia y sus fluctuaciones • Potencia • Factor de potencia Existe una buena variedad de opciones entre las que destacan equipo Fluke 43B. Equipo muy versátil y portátil para chequeo offline, cuenta con prensa fija y flexible, además que posee un osciloscopio incorporado, sus rangos de medición son: Medida de la energía (W, VA, VAR), Factor de potencia, fluctuaciones de frecuencia, corrientes de marcha y arranque de motores, etc.

Posee un modo de multímetro, lo que permite hacer mediciones de resistencia y continuidad, y medición de diodos; además, por ser un modelo versátil, posee un medidor de temperatura, y puede monitorear en online hasta 16 días. Y algunas otras ventajas muy importantes.

Figura 24 Analizador de calidad de energía Fluke 43B. Fuente: Google.

También podemos mencionar la línea de analizadores AEMC, METREL, ECAMEC, cada uno posee características propias y adaptables a cualquier lugar y circunstancia.

Figura 25 Analizador de calidad de energía AEMC. Fuente: Google.

Figura 26 Analizador de calidad de energía METREL. Fuente: Google.

Figura 27 Analizador registrador para monitoreo de Redes eléctricas. Fuente: Google.

3-. Analizador de vibraciones. Siendo que un factor crítico en cualquier equipo o maquinaria dinámico es la vibración tanto por operación, como por sintomatología en la presencia de fallas o averías, actualmente ha tomado mucho auge esta aplicación y de la misma manera como con los otros equipos, podemos encontrar una gran diversidad y opciones.

Figura 28 Analizador de vibraciones portátil VIBCHECK. Fuente: Google.

4-. Analizador Evaluador de Condiciones de operación de Motores. Los motores eléctricos realmente son el corazón de todo equipo y maquinaria. Los vamos encontrar en todo tipo de aplicaciones siendo equipos muy versátiles y muy generosos en su operación, y por lo mismo son objeto de rigurosos controles desde el punto de vista del mantenimiento de Condición, ya que ello nos permite mantener la confiabilidad de equipos y maquinaria.

También en esta área existen muchas opciones y corresponde a cada ingeniero de planta seleccionar los equipos que más se adapten a sus necesidades sin provocar un impacto en sus costos de operación.

El MCE Mtap2 (Motor Circuit Evaluator) es un equipo muy versátil por sus características especiales, fácil de utilizar y es portátil; entre sus características podemos destacar: pruebas en motores de AC y DC y motores especiales; monitores cinco zonas de posible falla, circuito de alimentación, estator, rotor, entrehierro y aislamiento eléctrico.

Figura 29 Evaluador de circuitos de motor. Fuente: Google.

Tecnologías predictivas. Las tecnologías predictivas son herramientas que permiten detectar con suficiente anticipación cambios en las condiciones mecánicas, eléctricas y operacionales de la maquinaria a través del monitoreo de variables como temperatura, ultrasonido, vibración, entre otras. En los programas de mantenimiento basados en condición, se utilizan distintas herramientas predictivas que permiten inspeccionar aspectos claves, sobre los activos físicos industriales. Algunos de estos aspectos se reflejan en la figura 30.

Figura 30 Motores eléctrico de inducción trifásica. Fuente: Revista Mecanálisis (2006).

Motores Eléctricos Trifásicos. Es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

El motor eléctrico trifásico es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor).

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

Principio de funcionamiento. Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica.

Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento.

Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio.

Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Partes y funcionamiento del motor eléctrico trifásico. Independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate, todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica.

1. El estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. El enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros.

2. El rotor: es la parte móvil del motor. Está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula.

3. Los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). En el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones".

Tipos y características del motor eléctrico trifásico. Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que la del campo magnético rotativo, se dice que el motor es síncrono. Si por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo magnético rotativo, el motor es asíncrono de inducción.

grupos:

? 1. Motores Síncronos ? 2. Motores Asíncrono Motores Síncronos: Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Es utilizado en aquellos casos en donde se desea una velocidad constante.

Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en la generación de energía eléctrica. Para el caso referente a la máquina rotativa síncrona, todas las centrales Hidroeléctricas y Termoeléctricas funcionan mediante generadores síncronos trifásicos. Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada, mayor que 1MW (mega vatio).

Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendo estos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes.

Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores de dos y cuatro polos. Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de la superficie del rotor (Fig. 31). Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.

Figura 31 Rotor de polos no salientes en un motor síncrono. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Motores de polos salientes: Los motores de polos salientes trabajan a bajas velocidades. Un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera de la superficie del rotor. Los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o más polos. Véase en la (Fig. 32).

Figura 32 Rotor de polos salientes en un motor síncrono. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Motores asíncronos: Los motores asíncronos o motores de inducción, son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Los motores asíncronos se clasifican según el tipo de rotor, en motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en cortocircuito) y en motores de rotor bobinado o de anillos rozantes.

Figura 33 Motores de inducción asíncronos. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

En los motores asíncronos trifásicos, la energía eléctrica se suministra al bobinado del estator. Como consecuencia de ello, aparece un par aplicado al rotor, y éste girará.

Figura 34 Estator de un motor asíncrono trifásico. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Sin lugar a dudas, como toda máquina puesta o no en servicio, la temperatura excesiva del ambiente o causada por un problema con el motor mismo, es un elemento clave a considerar, ya que de ella depende la vida útil de la máquina.

Ventajas En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.

Se pueden construir de cualquier tamaño.

Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).

Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes.

Motores de corriente alterna Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera: Asíncrono o de inducción Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

Jaula de ardilla Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas) Trifásicos Motor de Inducción. A tres fases La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.

Rotor Devanado El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.

Monofásicos ? Motor universal ? Motor de Inducción ? Motor de fase partida ? Motor por reluctancia ? Motor de polos sombreados Trifásico ? Motor de rotor devanado.

? Motor asíncrono ? Motor síncrono Motor síncrono Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectada y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

Dónde:

f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz) P: Número de pares de polos que tiene la máquina p: Número de polos que tiene la máquina n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto) Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500 revoluciones por minuto.

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los motores síncronos debemos distinguir:

Los motores síncronos.

Los motores asíncronos sincronizados.

Los motores de imán permanente.

Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator.

Arranque de un motor trifásico síncrono Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor:

? Como un motor asíncrono.

? Como un motor asíncrono, pero sincronizado.

? Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque.

Como un motor asíncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente: llevará unos anillos rozantes que conectarán la rueda polar del motor con el arrancador.

Frenado de un motor trifásico síncrono. Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se ajusta por medio de un reóstato. El motor síncrono, cuando alcance el par crítico, se detendrá, no siendo esta la forma más ortodoxa de hacerlo. El par crítico se alcanza cuando la carga asignada al motor supera al par del motor. Esto provoca un sobrecalentamiento que puede dañar el motor. La mejor forma de hacerlo, es ir variando la carga hasta que la intensidad absorbida de la red sea la menor posible, y entonces desconectar el motor.

Otra forma de hacerlo, y la más habitual, es regulando el reóstato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el motor sin ningún riesgo.

Usos: Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.

Cambio de sentido de giro: Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:

Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos del par de arranque.

Regulación de velocidad. En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander.

Motores trifásicos de inducción. El sistema trifásico. Las redes trifásicas de baja tensión están formadas por los tres conductores activos R, S y T, y pueden ejecutarse con o sin conductor neutro. Los conductores neutros están unidos al centro de la estrella del generador o del transformador correspondiente al lado de baja tensión. Dos conductores activos, o uno de ellos y el neutro, constituyen un sistema de corriente alterna monofásica.

Tensión de servicio. La tensión existente entre dos conductores activos (R, S, T) es la tensión de línea (tensión compuesta o tensión de la red). La tensión que hay entre un conductor activo y el neutro es la tensión de la fase (tensión simple).

Figura 35. Tensión de servicio. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Las tensiones normalizadas para las redes de corriente trifásica, en baja tensión, son las siguientes:

Figura 36 Tensiones normalizadas para las redes de corriente trifásica. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Conexión de motores trifásicos. Los motores trifásicos se conectan los tres conductores R, S, T. La tensión nominal del motor en la conexión de servicio tiene que coincidir con la tensión de línea de la red (tensión servicio).

Figura 37 Conexión de servicio de los motores trifásicos y sus potencias. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Potencia. Para elegir un motor adecuado, se tendrán en cuenta los datos siguientes: la carga de trabajo (potencia), la clase de servicio, el curso de ciclo de trabajo, los procesos de arranque, frenado e inversión, la regulación de la velocidad de rotación, las variaciones de la red y la temperatura del medio refrigerante.

Figura 38 Partes de un motor. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Caja de conexiones. Los tamaños 71 y superiores, hasta el 220, poseen la caja de conexiones en la parte superior de la carcasa; en los demás motores va instalada a la derecha.

Para la conexión a tierra se dispone, en todos los tipos, de un borne en la caja de conexiones, debidamente marcado; del tamaño 180 en adelante, adicionalmente se tienen bornes de puesta a tierra en las patas. Los motores se suministran con los puentes correspondientes para las diferentes conexiones de sus bobinas.

Carcasa. La carcasa de los motores de los tamaños 71 a 160 es de aluminio inyectado. Del tamaño 180 en adelante tienen la carcasa en hierro fundido.

Platillos. Los tamaños AH 71, 80 y 90 se fabrican con platillos de aleación de aluminio; a partir del tamaño 112 los platillos de los motores son de fundición de hierro, tanto en el lado de accionamiento AS como en el lado de servicio BS.

Pintura. Los motores llevan dos capas de pintura. Una capa anticorrosiva, que ofrece protección en caso de humedad o de instalación a la intemperie o en locales en los que haya que contar con gases y vapores químicamente agresivos y otra de acabado color gris.

Ventilador. Los ventiladores para la refrigeración del motor son de plástico en todos los tamaños de la serie 1LA3/5/7 y su acción refrigerante es complementada por la caperuza, fabricada en lámina de acero. Para las series 1LA4 y 1LA6 el ventilador es fundido en aluminio.

Fallas de los motores eléctricos

– Servicio de corta duración El motor alcanza el calentamiento límite durante el tiempo de funcionamiento prescrito (10-30-60 minutos), la pausa tras el tiempo de funcionamiento debe ser lo suficientemente larga para que el motor pueda enfriarse.

– Servicio intermitente Se caracteriza por periodos alternos de pausa y trabajo.

– Protección contra averías Si se daña un motor, deben tomarse en cuentas los siguientes factores:

Clase de máquina accionada.

Potencia efectiva que debe desarrollar, HP.

Velocidad de la máquina movida, RPM.

Clase de transmisión (Acoplamiento elástico o rígido), sobre bancada común o separada, correa plana o trapezoidal, engranajes, tornillos sin fin, etc.

Tensión entre fase de la red.

Frecuencia de la red y velocidad del motor.

Rotor anillos rozantes o jaula de ardilla.

Clase de arranques, directo, estrella triángulo, resistencias estatóricas, resistencias retóricas, auto transformador, etc.

Forma constructiva.

Protección mecánica.

Regulación de velocidad.

Tiempo de duración a velocidad mínima.

Par resistente de la máquina accionada (MKG).

Sentido de giro de la máquina accionada mirando desde el lado de acoplamiento derecha, izquierda o reversible.

Frecuencia de arranque en intervalos menores de dos horas.

Temperatura ambiente si sobrepasa los 40 °C.

Indicar si el motor estará instalado en áreas peligrosas: Gas, Humedad, etc.

– El motor funciona en forma irregular Avería en los rodamientos.

La caja del motor está sometida a tensiones mecánicas.

Acoplamiento mal equilibrado.

– No arranca Tensión muy baja.

Contacto del arrollamiento con la masa.

Rodamiento totalmente dañado.

Defecto en los dispositivos de arranques.

– Arranca a golpes Espiras en contacto.

– Motor trifásico arranca con dificultad y disminución de velocidad al ser cargado

Tensión demasiado baja.

Caída de tensión en la línea de alimentación.

Estator mal conectado, cuando el arranque es estrella triángulo.

Contacto entre espiras del estator.

– Trifásico produce zumbido internamente y fluctuaciones de corriente en el estator

Interrupción en el inducido.

– Trifásico no arranca o lo hace con dificultad en la conexión estrella

Demasiada carga.

Tensión de la red.

Dañado el dispositivo de arranque estrella.

– Trifásico se calienta rápidamente

Cortocircuito entre fases.

Contacto entre muchas espiras.

Contacto entre arrollamiento y masa.

– Estator se calienta y aumenta la corriente

Estator mal conectado.

Cortocircuito entre fases.

Contacto entre arrollamientos y masa.

– Se calienta excesivamente pero en proceso lento

Exceso de carga.

Frecuencia de conexión y desconexión muy rápida.

Tensión demasiado elevada.

Tensión demasiado baja.

Falla una fase.

Interrupción en el devanado.

Conexión equivocada.

Contacto entre espiras.

Cortocircuito entre fases.

Poca ventilación.

Inducido roza el estator.

Cuerpos extraños en el entrehierro.

La marcha no corresponde al régimen señalado por la placa.

Figura 39 Componentes de un motor trifásico de jaula de ardilla. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Clasificación de Motores tipo jaula de ardilla según NEMA. De acuerdo con la terminología establecida por NEMA (Nacional Electrical Manufactures Asoiciation) en Estados Unidos, se encuentran disponibles en el mercado varios tipos de motores de inducción tipo jaula de ardilla constituidos con el propósito de cumplir ciertos requerimientos de arranque y rodamientos. Las características torque- velocidad representativas de los cuadro diseños más comunes se aprecian en la Figura 39.

DISEÑO NEMA A: Este diseño corresponde a un motor o estándar fabricado a fin de ser usado a velocidad constante, de una muy buena disipación de calor y barras con ranuras profundas en el rotor; durante el periodo de arranque la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina alta resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cual se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal (a plena carga), el par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal.

Figura 40 Curvas típicas NEMA Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

De igual forma, tiene la mejor regulación de velocidad, sin embargo, su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciendo menos deseable para el arranque, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean indeseables.

DISEÑO NEMA B: Los motores de este tipo son llamados en algunas ocasiones motores de propósito general; preferidos sobre los de la clase A en el uso de motores mayores aunque el diseño B es semejante el diseño A debido al comportamiento de su deslizamiento-par, las corrientes de arranque varían entre 5 y 6 veces la corriente nominal (75%); no obstante estas corrientes son reducidas por tener una elevada reactancia de dispersión; en los tamaños mayores de 5 HP se utiliza arranque a voltaje reducido. Es utilizado en aplicaciones donde el requerimiento de torque de arranque no es severo, tales como ventiladores, bombas, sopladores y máquinas de herramientas.

DISEÑO NEMA C: Este diseño utiliza un motor con doble jaula, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente sin embargo cuando se empieza en grandes cargas es limitada la disipación térmica del motor debido a la consecuencia de corriente en el desvanado superior.

En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobrecalentarse, opera en las mejores condiciones a grandes cargas repentinas de tipo de jaula inercia; utilizados en aplicaciones de difícil arranque como bombas y compresores de pistón.

DISEÑO NEMA D: Son conocidos también como motores de alto par de alta resistencia, las barras del rotor son fabricadas en aleación de alta resistencia y son colocadas en ranuras cercanas a la superficie o embebidas en ranuras de pequeño diámetro; diseñados con el propósito de ser usados en servicios pesados de arranque, de mayor aplicación con cargas como cizallas o tronquetes; los cuales necesitan el alto torque en aplicación o carga repentina, es importante señalar que la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

Características Constructivas básicas de los Motores de Inducción tipo Jaula de Ardilla. El estator consta generalmente un armazón que sirve como alojamiento o cubierta y a la vez como soporte para el núcleo laminado magnético del estator. También contiene las tapas de soporte en los extremos del armazón del estator y contienen los cojinetes que ponen en posición al rotor dentro del estator.

El rotor está compuesto por un núcleo laminado montado sobre la flecha , los devanados secundarios apropiados se colocan en forma adecuada en las ranuras del núcleo cerca del entrehierro y se ponen en cortocircuito o se cierran por medio de una impedancia externa, dicha estructura puede apreciarse en la Figura 41.

Figura 41 Motor de Inducción. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Métodos de arranque para Motores de Inducción tipo Jaula de Ardilla. En relación a motores de inducción medianos y grandes debido al alto valor de la corriente en el momento de arranque, en el los motores existen varios procedimientos para lograr la puesta en marcha tal como se indica a continuación:

En primer lugar se encuentra el arranque a pleno voltaje en el cual se conecta el motor directamente a las líneas del circuito alimentador. Este método implica un bajo costo en la instalación y mínimo mantenimiento. Si se utiliza cualquier motor, resulta un alto torque de arranque, lo cual en algunos casos puede ser una ventaja o desventaja.

Arranque con resistencia o reactor: (a voltaje reducido), se intercala la resistencia en serie con el motor solo en el momento de arranque, el costo de instalación se considera mediano, arranque suave, pero las perdidas serán considerables por efecto Joule en el arranque, además el torque es ese instante será bajo.

Arranque por auto-transformador (a voltaje reducido), se logra un valor del 50%, 60% y 80% de la tensión nominal. Este método implica un bajo costo, excelente para cargas pesadas y se puede utilizar con cualquier motor, en cambio resulta un arranque un poco brusco que en ocasiones podría provocar daños al rotor.

Arranque en estrella- delta: el proceso de arranque comienza con las bobinas del motor conectadas en estrella, pasando luego a delta por media de un juego de succionadores. Este método resulta económico dado que se presenta una corriente de arranque reducida. Por otro lado, el torque inicial es bajo.

Arranque fraccionado: el motor se pone en marcha con parte del embobinado conectado y luego, reconecta el resto para una operación normal. El costo es bajo, al igual que la corriente inicial y el mantenimiento es reducido, pero no es adecuado para los arranques frecuentes. Cuando se parte con toda la carga aplacada puede ocasionar que en los primeros momentos no se logre la velocidad nominal.

Arranque por equipos de estado solidó: son equipos electrónicos encargados de modificar la tensión y frecuencia eléctrica del sistema de alimentación del motor con el objetivo de mejorar las condiciones de arranque de la maquina según la aplicación es decir torque bajos o elevados en el arranque, la modificación de la frecuencia se logra gracias a un conjunto de transistores con una secuencia lógica previamente determinada y ajustable por cualquier usuario.

Diagramas de conexión Todos los motores trifásicos están construidos internamente con un cierto número de bobinas eléctricas que están devanadas siempre juntas, para que conectadas constituyan las fases que se conectan entre sí, en cualquiera de las formas de conexión trifásicas, que pueden ser:

? Delta ? Estrella ? Estrella-delta Delta Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una configuración en triangulo. Se pueden diseñar con seis (6) o nueve (9) terminales para ser conectados a la líneo de alimentación trifásica.

Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales marcadas con un número para su fácil conexión. En la figura 4.4, se muestra un motor de 6 terminales con los devanados internos identificados para conectar el motor para operación en delta. Las terminales o puntas de los devanados se conectan de modo que A y B cierren un extremo de la delta (triángulo), también B y C, así como C y A, para de esta manera formar la delta de los devanados del motor.

Figura 42 Conexión Delta. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Los motores de inducción de jaula de ardilla son también devanados con nueve (9) terminales para conectar los devanados internos para operación en delta. Se conectan seis (6) devanados internos para formar una delta cerrada, tres devanados están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3- 6-8, en éstos.

Los devanados se pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes.

Figura 43 Operación para uno o dos voltajes. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Estrella Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla están conectados en estrella. La conexión estrella se forma uniendo una terminal de cada devanado, las tres terminales restantes se conectan a las líneas de alimentación L1, L2 Y L3. Los devanados conectados en estrella forman una configuración en Y.

Figura 44 Conexión Estrella. Fuente: Superintendencia Mantenimiento. Un motor conectado en estrella con nueve (9) terminales, tiene tres puntas en sus devanados conectadas para formar una estrella (7-8-9). Los tres pares de puntas de los devanados restantes, son los números: 1- 4, 2-5 y 3-6.

Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto voltaje. Para la operación en bajo voltaje, éstos se conectan en paralelo; para la operación en alto voltaje, se conectan en serie.

Figura 45 Conexión bajo voltaje en paralelo. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Conexiones para dos voltajes Algunos motores trifásicos están construidos para operar en dos voltajes. El propósito de hacer posible que operen con dos voltajes distintos de alimentación, y tener la disponibilidad en las líneas para que puedan conectarse indistintamente. Comúnmente, las terminales externas al motor permiten una conexión serie para el voltaje más alto y una conexión doble paralelo para la alimentación al menor voltaje.

Figura 46 Tipo de Conexiones Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Especificaciones nominales de los Motores de Inducción. Según el CEN (Código Eléctrico Nacional) que especifica en su sección 430.7 que todo motor debe poseer su placa rotulada, la placa de identificación de un motor de inducción contiene la cantidad mínima de identificación o los valores nominales más importantes asociados con el diseño del motor y los requerimientos de la carga tal como lo ilustra la Figura 43. Todos los datos se basan en los valores de voltaje y frecuencia nominales de placa, los datos mostrados en la placa son los siguientes:

– Nombre del fabricante: como su nombre lo indica es simplemente el nombre de la industria que elaboro el motor.

– Número de serie o código de fecha: es un número exclusivo de cada motor o diseño para su identificación.

– Potencia de salida: consiste en la potencia nominal (HP) que desarrolla el motor en su eje cuando se aplica el voltaje y frecuencia nominales en los terminales del motor, con un factor de servicio 1,0.

– Tipo de servicio: es la capacidad de operación del motor, puede ser: continuo o intermitente. Continuo: el motor puede funcionar las 24 horas los 365 días del año. Intermitente: indica que el motor solo opera a plena carga el intervalo de trabajo que se especifique.

– Elevación de temperatura: sobre temperatura a la cual el motor cuando se entrega la potencial nominal sin peligro.

– Velocidad: es la velocidad de rotación (R.P.M.) del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal a la maquina impulsada, con voltaje y frecuencia nominal.

– Frecuencia: es la frecuencia eléctrica (HZ) del sistema de suministro para la cual está diseñado el motor.

– Números de fases: número de fases para la cual está diseñado el motor, debe concordar con las del sistema suministro.

– Voltaje: valor de la tensión de diseño del motor, debe ser medida en las terminales del motor, y no en la línea de alimentación.

– Corriente: indica la intensidad de corriente (AMP) absorbida por el motor al voltaje y frecuencia nominal, cuando funciona a plena carga.

– Factor de servicio: la norma NEMA MGI-1993, 1.43 lo define como un multiplicador tal que, cuando se aplica al valor de la potencia nominal, indica la carga en hp que puede ser impulsada bajo condiciones específicas.

– Diseño: esta es la letra de diseño NEMA, que especifica los valores mínimos de par de rotación a rotor bloqueado, durante la aceleración y la velocidad correspondiente al par máximo, así como la corriente eruptiva máxima de arranque y el valor máximo de deslizamiento. Estos valores se especifican en la NEMA MG 1 secciones 16 y 17.

Figura 47 Placa características de un motor de inducción. Fuente: Superintendencia de Mantenimiento.

Carcasas y ventilación. La carcasa provee de protección al motor de los efectos dañinos del medio ambiente en donde se instala. Algunos tipos carcasas protegen también el área circundante de lo que pudiese suceder dentro del motor. Debido a que los lugares donde son colocados los motores varían desde altamente limpios y neutros hasta condiciones sumamente sucias y/o altamente explosivas, las especificaciones para las carcasas se hacen cada vez más rigurosas.

En la mayoría de los motores el calor generado debe ser conducido a una superficie a través del aislamiento eléctrico donde puede ocurrir la disipación del calor por convicción, lo cual se le denomina enfriamiento convencional o indirecto. Por el contrario, el enfriamiento directo implica que el medio de enfriamiento está en contacto directo con los conductores. En cuanto a la disipación del calor, se deben hacer consideraciones diferentes en lo concerniente al rotor y al estator. Por ejemplo, un rotor enfriado directamente por aire puede ser usado junto con un estator enfriado directamente por agua o incluso con un estator enfriado de manera convencional. Los conductos de ventilación pueden ser dispuestos de forma axial radial o ambos. El medio de enfriamiento puede ser un gas de baja densidad, aire presurizado. o bien gases o líquidos de mayor densidad.

La selección del método de ventilación depende de varias consideraciones, incluyendo las condiciones ambientales en las cuales la maquina va operar y las características del motor tales como potencia y velocidad angular del eje.

Existen varios tipo estándar y bien definidos de carcasas, todas las cuales varias en el grado de encerramiento y ventilación del motor.

Carcasas Abiertas. Es el tipo más simple de carcasa. Tiene aberturas de ventilación que permiten el paso de aire externo por encima y alrededor de los devanados del motor, alrededor y en algunos casos, a través de conductos en la masa del núcleo de hierro. Las aberturas están semiresguardadas o completamente protegidas como cuando se agregan cribas a parte de las aberturas o a todas ellas para limitar el acceso a las partes rotatorias del motor.

Carcasa a Prueba de Goteo (ODP): En este tipo de carcasa abierta. Las aberturas de ventilación están dispuestas de tal manera que la operación satisfactoria del motor no es interferida cuando gotas de líquido o partículas sólidas golpean o entran al almacenamiento dentro de un ángulo de 15º o menos de la vertical. En la Figura 44 se ilustra la dirección angular que se declara en la definición.

Figura 48 Carcasa ODP Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Nuevamente se aclara que el material que se dirija al motor dentro del ángulo especificado puede llegar a entrar al mismo. El objetivo es que las partículas producidas como resultado de la salpicadura o que reboten desde el piso, no dañen a la maquina pero aún podrían permanecer dentro de ésta.

La aplicación de estos motores radica en plantas procesadoras de alimentos, cuartos de bombas, etc. Los motores con carcasa a prueba de goteo y a prueba de salpicadura, no son apropiados para usarse en atmósferas que contengan polvos abrasivos, o gases explosivos o inflamables.

Carcasa a prueba de intemperie, tipo II (WP-II): Es un tipo carcasa abierta cuyos pasajes de ventilación, tanto en la entrada como en la descarga se construyen y se dispone para permitir el paso del aire a alta velocidad y a su vez, que las partículas, llevadas por el mismo, sean descargadas sin entrar a los pasajes internos de ventilación del motor. Se le pueden agregar rejillas de protección.

Las carcasas a prueba de intemperie tipo I y tipo II son usadas generalmente en instalaciones al aire libre, como para el bombeo por turbina, en plantas químicas, refinerías, etc.

Carcasa Ventilada Externamente: Es un tipo de carcasa abierta que se encuentra ventilada por un abanico accionado por un motor, el cual estas montado sobre la carcasa. Se le pueden agregar rejillas de protección.

Carcasa Ventilada por tubos (TAPV): Es un tipo de carcasa abierta cuyos pasajes de ventilación se construyen para permitir la conexión de tubos o conductos de entrada de aire. Se le denomina motor con ventilación forzada, cuando se hace circular el aire a través de la carcasa por medio de un soplador accionado por un motor externo.

Carcasas cerradas. Es un tipo de carcasa usada para no permitir el paso del aire exterior de ventilación a las partes internas del motor. Con este tipo de carcasa se pueden usar diferentes métodos de enfriamiento.

a) Carcasa Totalmente cerrada no ventilada (TENV): Es un tipo de carcasa que no tiene manera de dar enfriamiento externo a las partes internas. El motor se enfría por radiación térmica de la superficie exterior a la atmósfera que lo rodea. Los motores con este tipo de carcasa se utilizan en lugares extremadamente sucios, húmedos y con mucho polvo en el ambiente especialmente donde existan espacios reducidos o donde la utilización de un ventilador externo de enfriamiento sea objetable. Se pueden utilizar en minas, fábricas de papel, procesadoras de acero, entre otros.

b) Carcasa Totalmente cerrada enfriada por ventilador (TEFC): Es un tipo de carcasa que proporciona enfriamiento exterior por medio de un ventilador o ventiladores integrados a la máquina, pero externos a las partes encerradas. Cuando se usan rejillas para cubrir las aberturas que dan acceso al ventilador o ventiladores, se aplica el término "protegida". Estos motores pueden emplearse dentro de la mayoría de las instalaciones donde se pueden utilizar motores TENV.

c) Carcasa Totalmente cerrada con enfriamiento Aire-Aire (TEAAC): Es un tipo de carcasa totalmente cerrada, construida para enfriar el motor por medio de un intercambiador de calor aire-aire. Se hace circular el aire interno del motor, ya sea por medio de un ventilador integrado al rotor o mediante sopladores accionados por separado, a través y alrededor de las partes del motor, y a través del intercambiador de calor. El aire externo se hace circular por medio de un ventilador integrado al rotor o bien sopladores accionados por separado, a través del intercambiador de eliminación de calor, enfriamiento al aire de ventilación del motor.

Rodamientos. Los rodamientos se clasifican como lisos o chumaceras y antifricción; estos últimos incluyen los de bolas y de rodillos. Sin embargo cada tipo tiene sus ventajas y desventajas definidas para ciertas clases de servicio, existe el traslape en la adaptabilidad para muchas aplicaciones. Se recalca el hecho que todos los rodamientos se desgastaran, sin importar la aplicación, instalación y cuidados correctos de los rodamientos del motor le permitirán al usuario obtener máxima duración útil de los rodamientos con mínimo mantenimiento.

Los rodamientos están diseñados para soportar cargas de tipo específico. Algunos se destinan a soportar cargas en un solo sentido, otros pueden soportar cargas en dos sentidos. Las cargas pueden ser de empuje (axiales) y radiales, las primeras se definen como fuerzas que actúan paralelas al eje del motor, las radiales son aquellas que actúan como fuerzas perpendiculares al eje del motor.

La duración del cojinete es el tiempo en horas de funcionamiento que transcurrirá antes que aparezca la primera señal perceptible de falla. Es posible predecir esta duración para los rodamientos en determinados fabricantes, pero solo sobre la base de un promedio tomado de un gran número de rodamientos similares probados en las mismas condiciones de funcionamiento. Esta duración se predice en dos formas. La duración mínima condiciones de funcionamiento. Esta duración se predice en dos formas. La duración mínima de un cojinete, que es parte de un grupo de ellos, es el tiempo en que funcionaran el 90% del grupo antes de que aparezcan señales de fallas, la duración media de un cojinete es el promedio de duración, antes de la falla de cada cojinete del grupo y es, más o menos, cinco veces mayor que la duración mínima determinando con los métodos estándar para pruebas.

La temperatura máxima de funcionamiento de los rodamientos suelen estar limitadas por la lubricación de los mismos, sin embargo, en los motores eléctricos también hay que tomar en cuenta la clase de aislamiento. Si la temperatura desintegra el lubricante ocurrirá la falla inmediata del cojinete.

Las altas temperaturas de funcionamiento reducirán las holguras internas en rodamientos o chumaceras por la expansión.

Un punto importante en el mantenimiento es la instalación del motor con una buena colocación del piñón, polea y acoplamiento, alineados en forma correcta; los choques ocasionados por el golpeteo se transmiten por el eje hasta los rodamientos, lo cual ocasiona puntos brillantes que se traducen en menor tiempo que se traducen en menor tiempo de vida y alto nivel de ruido.

Aislamiento. La importancia que dentro del proceso de conversión de energía electromecánica tienen los materiales activos (cobre y acero eléctrico) que constituyen a un motor de inducción es incuestionable, sin embargo la función que estos desempeñan no sería posible sin la presencia de un sistema de aislamiento que garantice el flujo de la intensidad de corriente eléctrica a través de los canales adecuados (devanados) para la generación e iteración de los campos magnéticos necesarios durante el proceso.

Su papel dentro del motor permite un buen desempeño térmico y eléctrico principalmente, contribuyendo así a que el motor tenga una vida útil adecuada.

Para satisfacer lo anterior, es necesario que un sistema de aislamiento sea proyectado teniendo en cuenta su desempeño eléctrico y evitar corto- circuitos entre los elementos conductores y con respecto a tierra, esto es, que soporte los niveles de tensión que soportarán entre cada uno de los materiales activos y con respecto a tierra. · Térmico: Conducir el calor generado por las pérdidas por efecto joule adecuadamente hacia el sistema de refrigeración. · Mecánico: Soportar las vibraciones mecánicas que se presentan debido a la atracción magnética entre conductores y con respecto a los núcleos. En general un sistema de aislamiento de un motor de inducción trifásico tipo jaula en baja tensión está constituido por:

? Aislamiento del alambre magneto ? Aislamiento de ranura ? Aislamiento entre fases de ranura ? Cuña de la ranura ? Aislamiento de cabezales ? Barnices o resinas ? Cintas o hilos de amarrado ? Aislamiento del cable de salida ? Mangas o tubos de silicón El material que se utilice en cada uno de estos elementos dependerá de los niveles de temperatura y tensión eléctrica que el sistema deba soportar.

Los motores pueden clasificarse de acuerdo con su sistema de aislamiento, tomando como referencia su nivel de tensión o temperatura.

En lo relativo al nivel de tensión pueden dividirse en motores de baja y media tensión. En este artículo sólo se hace referencia a los sistemas de baja tensión. Por definición se considera baja tensión hasta 1kV, caen en esta clasificación los motores industriales de usos general, los cuales trabajan generalmente a: 480-440V, 240-220V y en algunos casos pueden ser proyectados para trabajar a 575V. En general todos estos niveles de tensión pueden ser cubiertos por sistemas aislantes diseñados para soportar hasta 600-660V.

No influye la frecuencia de la red que se utilice (50 o 60Hz), siempre y cuando esta sea del tipo senoidal, para alimentaciones con señales electrónicas son otras consideraciones adicionales las que tienen que observarse.

Grado de protección mecánica. Cuando se instalen motores eléctricos en condiciones desfavorables, exentos de polvo, suciedad, humedad, humos corrosivos, agua, etc., la carcasa no tendrá más finalidad que unir los distintos componentes eléctricos del motor como las chapas, boninas, arrollamiento y soportar los cojinetes.

Sin embargo, es raro que los motores se instalen en condiciones ideales. En general siempre hay uno o más factores perjudiciales al funcionamiento del motor. Si las condiciones de funcionamiento son más desfavorables, tendrán que incorporarse en el motor protecciones adicionales, tanto en la parte eléctrica como la mecánica, para garantizar al motor una vida razonable y proporcionar una operación económica con mantenimiento reducido.

Causas de fallas en motores de inducción tipo jaula de ardilla. Resulta difícil en algunos de los casos determinar la falla en un motor de inducción; por esta razón cuando un motor llega a un taller especializado a fin de realizar una reparación debe ser examinada con cuidado en busca de las posibles causas de la falla; y tener siempre en cuenta el origen de sus averías.

Degradación de Aislamiento. Los materiales que constituyen los aislamientos de las máquinas, aparatos e instalaciones eléctricas están frecuentemente sometidos a la acción de ambiente que constituye líquidos, gases y vapores corrosivos que ocasionan su lento pero continuo envejecimiento, acabando por su destrucción.

A la acción destructiva de los agentes químicos, se unen la del campo eléctrico, actúa desfavorablemente sobre los aislamientos por medio de las descargas que se producen con las elevadas, descargas muchas veces visible en la oscuridad, especialmente cuando la tensión aumenta, en cuyo caso suele hacerse bien visible en forma de penachos luminosos. El campo eléctrico transforma parte del oxígeno del aire en ozono, de gran poder oxidante que actúa nocivamente e intensivamente sobre los materiales aislantes.

La degradación del sistema de aislamiento eléctrico de los devanados del estator es una causa común de la disminución de la vida útil y de la posterior falla del motor. Esto se debe a numerosas causas tales como la exposición del aislamiento a la humedad, tensión excesiva o daños de origen mecánico o térmico. Las propiedades físicas y dieléctricas de un sistema de aislamiento se deterioran con el tiempo.

Selección o aplicación incorrecta. En muchas ocasiones la selección o aplicación de los motores son incorrectas, sin embargo existen casos donde el error es pequeño y la maquina se mantiene en operación durante un largo periodo; no obstante esto no es una garantía del funcionamiento normal; debido a que por más pequeño sea el error o avería puede generar problemas en el funcionamiento.

El fabricante de la maquina tiene la responsabilidad de proyectar y definir todos los elementos relacionados con ella, como lo son: conexiones mecánicas, fluidos necesarios, regulación y características del motor eléctrico de accionamiento, posteriormente estos datos y características del motor eléctrico de accionamiento, posteriormente estos datos deben ser comunicados al proyectista de la instalación; así mismo será obligación del constructor de la maquina accionada, controlar el acoplamiento mecánico y las prestaciones del Conjunto, también cumplir con las normas establecidas en la construcción y funcionamiento.

Existen numerosos factores los cuales se deben tomar en cuenta al momento de querer definir el motor eléctrico; entre ellas están:

-Potencia nominal y velocidad de la rotación del motor.

– Datos de la maquina accionada que influyen sobre los ciclos de arranque del motor.

– Acoplamiento mecánico.

– Forma constructiva del motor.

– Características de los motores eléctricos en relación con el ambiente de la instalación.

Cabe destacar la inclinación de someter estos motores a ciclos extensos y severos de trabajo, frenado por contracorrientes (inversión), prolongando tiempo de aceleración, de igual forma es necesario tener en cuenta los problemas ocasionados al exponer las maquinas bajo este esquema; uno de los problemas ocasionados al exponer las maquinas bajo este esquema; uno de los problemas notables son calentamientos excesivos.

Instalación Inadecuada. Las deficiencias en el montaje del motor pueden generar fallas altamente influyentes en el funcionamiento de las máquinas, por esta razón es de gran importancia mantener acoplamientos y cualquier conexión entre el motor y la carga bien alineados con el propósito de evitar una característica dañina en el funcionamiento del motor como lo es la vibración parámetro representativo a el cual a determinadas velocidades suele ser critica para el motor.

Con el propósito de evitar esta situación se trata de aparatar suficientemente la velocidad crítica de la velocidad nominal. De igual forma la instalación puede presentar inconvenientes si no se siguen los linimentos locales; algunas de ellas establecidas en la sección 430 del Código Eléctrico Nacional (CEN).

El CEN, es el conjunto de normas que rigen las instalaciones eléctricas; donde se establecen los requisitos mínimos de seguridad en las instalaciones con relación a los riesgos humanos y materiales de las mismas.

En general, en una instalación industrial y en particular en un proceso productivo, un sistema accionado por un motor eléctrico; y específicamente cuando este es de gran potencia, requiere resolver distintos problemas implicados en la estrecha colaboración de técnicos con distintas funciones, distintas especialidades, herramientas precisas y la necesidad de contar con personas altamente capacitadas. A su vez, es necesario regirse por las normas elementales e indispensables para cualquier tipo de instalación.

Fallas en Motores Eléctricos. ¿Por qué se averían los motores? Cuando un motor llega a un taller especializado para su reparación, debe ser examinado con cuidado en busca de la posible causa de la falla. No es fácil localizar con precisión tal causa, pues muchas veces su origen se oculta bajo de devanados quemados u otras averías engañosas. Por ejemplo los devanados pueden estar muy quemados, pero un examen detenido puede descubrir un cojinete dañado que ocasionó el rozamiento del motor contra el devanado del estator. Llevando el análisis más a fondo, ¿por qué falló el cojinete? Fue por desalineación, exceso de carga o sólo falta de lubricación.

Generalidades. Es posible impedir desperfectos de los motores o por lo menos prolongar la duración de éstos, por medio de un mantenimiento preventivo adecuado. Una parte importante del proceso consiste en saber por qué se averían los motores. Se ha encontrado que los orígenes de los problemas en un motor suelen estar comprendidos en una de las siguientes categorías:

1. Condiciones ambientales adversas 2. Selección o aplicación incorrectas 3. Instalación inadecuada 4. Desperfectos mecánicos 5. Fallas eléctricas 6. Desequilibrio de voltaje 7. Falta mantenimiento 8 Una combinación de dos o más de los factores anteriores Condiciones ambientales adversas. Temperatura del ambiente.

Los motores deben funcionar dentro de la variación límite de su temperatura indicada en su placa de identificación a fin de lograr una larga vida útil. Como ya se dijo en otra parte de este curso: por cada 10°C de aumento en la temperatura de operación del motor por encima de la nominal, la duración de la vida del aislamiento se reduce a la mitad.

El valor normal de la temperatura del ambiente o ambiental (TA) que se considera al diseñar un motor es de 40C. Si se tiene por ejemplo, un motor con factor de servicio unitario y aislamiento clase 130, que debe trabajar a una temperatura ambiente de 50°C. Su elevación de temperatura (la cual normalmente podría ser de 80°C.) tendrá que reducirse a:

ET= 0.9 x (130 –50) = 72 °C.

Además de mantener la temperatura ambiente correcta, hay que localizar y eliminar otras fuentes de aumento de temperatura, como la desalineación, sobrecarga, voltaje incorrecto y muchas otras condiciones ambientales perjudiciales que suelen consistir en la presencia de vapores corrosivos, sal suspendida en el aire, y suciedad, polvo y otros contaminantes en exceso. En lugares con tales condiciones es esencial contar con motores cuyas carcasas estén especialmente diseñadas.

La humedad es otra causa común de fallas de motores. Si se condensa en la superficie del aislamiento por cambios de temperatura o por contacto con agua, dicha superficie se volverá altamente conductora, se dañara y producirá la falla inmediata del motor. Además, es posible que el aislamiento absorba humedad con el paso del tiempo, hasta que la resistencia dieléctrica del aislamiento se reduce tanto que ocurre la falla.

Altura sobre el nivel del mar. Además de considerar un valor máximo para la temperatura de ambiente a la que va a operar el motor, el diseñador también tiene presente la máxima altitud (o altura sobre el nivel del mar, ASM) a la que funcionará, y que se supone de 1.000m. Puede utilizar la siguiente fórmula para calcular la elevación de temperatura corregida de un motor en función de la densidad del aire.

ET corregida = ET normal + ET del normal por Factor aire X Donde ET normal es la temperatura de operación del motor según especificación Factor aire X es el efecto de la altura sobre la temperatura de operación.

Desperfectos mecánicos. Una carga excesiva puede dañar con rapidez un motor; éste quizá haya sido al principio del tamaño apropiado para la carga, pero una variación en ésta o en el mecanismo para la impulsión puede producir sobrecarga del motor.

Los cojinetes empezarán a fallar, los engranes pueden trabarse, o pueden presentarse otras causas de fricción o cargas extra. En este caso, el motor consumirá más corriente y se incrementará su temperatura. Si la corriente del motor excede del amperaje nominal a plena carga, aunque sea por un tiempo breve, el rápido sobre calentamiento reducirá la duración del motor. Si se tienen relevadores de sobrecarga del tamaño correcto, se dispararán en caso de una sobre corriente muy intensa.

Las fallas de los cojinetes se encuentran entre las más comunes en cualquier motor. Se calcula que casi el 50% de las quemaduras de motores se deben a un cojinete dañado. Es necesario conocer a fondo los diversos motivos de las fallas de los cojinetes y los procedimientos correctos de mantenimiento para lograr un mayor aprovechamiento del motor.

La desalineación entre el motor y su carga en acoplamientos, engranajes, poleas y bandas es otra causa de falla mecánica. Debe practicarse el balanceo o equilibrado dinámico de todos los componentes para obtener una larga duración del motor, lo cual, además reducirá al mínimo la vibración y problemas asociados.

Fallas eléctricas. Si el voltaje de suministro es incorrecto o tiene variaciones notables, ocurrirá una avería prematura del motor. El bajo voltaje hace que la corriente normal se incremente. Si la reducción en la tensión aplicada es considerable, el exceso de corriente producirá sobre calentamiento del motor.

Un alto voltaje de alimentación para el motor reduce las pérdidas en los devanados, pero el flujo magnético más intenso ocasiona mayores pérdidas en el núcleo.