Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica
CURSO DE ELECTRICIDAD AVANZADA
CONTENIDO TEMATICO
I-.MOTORES DE CD/CA II-.TRANSFORMADORES III-.TABLEROS DE CONTROL Y SISTEMAS DE FUERZA IV-.TABLEROS DE CONTROL (Cuarto de control de motores) V-. PROTECCIONES PROTECCIONES VI-. DISTRIBUCION DISTRIBUCION VII-.INTERPRETACION VII-.INTERPRETACION DE DIAGRAMAS (SIMBOLOGIA) VIII-. DIAGNOSTICO Y CORRECCION CORRECCION DE FALLAS EN SISTEMAS DE CONTROL IX-. PRINCIPIOS BASICOS DE CONTROLADORES CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC)
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I.- Motores de cd/ca El motor de corriente directa.
Objetivos examinar la estructura de un Generador/Motor de C.D. Medir la resistencia en sus devanados. estudiar los valores nominales de corriente de los devanados. localizar la posición neutra de las escobillas. conocer las conexiones básicas del motor. observar las características de operación de motores conectados en serie y en derivación. Resumen teórico Los motores de corriente directa son insuperables para aplicaciones en las q ue debe ajustarse la velocidad, así como para aplicaciones en las que requiere un par grande. En la actualidad se utilizan millones de motores de C.D. cuya potencia es de una fracción de caballo en la industria del transporte como: automóviles, trenes y aviones, donde impulsan ventiladores, de diferentes tipos para aparatos de a/c, calentadores y descongeladores: también mueven los limpiadores de parabrisas y acción de levantamiento de asiento y ventanas. ventanas. También son muy útiles para para arrancar motores de gasolina y diesel en autos, camiones, autobuses, tractores y lanchas. El motor de C.D. tiene un estator y un rotor (ARMADURA). El estator contiene uno no más devanados por cada polo, los cuales están diseñados para llevar intensidades de corriente directas que establecen un campo magnético. La ARMADURA, y su devanado están ubicados en la trayectoria de este campo magnético y cuando el devanado lleva Intensidades de Corriente, se desarrolla un par−motor que hace girar el motor. Hay un
COMUTADOR conectado al devanado de la armadura, si no se utilizara un conmutador, el Motor solo podría dar una fracción de vuelta y luego se detendría. Para que un motor de C.D. pueda funcionar, es necesario que pase una Intensidad de Corriente por el devanado de Armadura. El estator debe de producir un campo m (flujo) ma gnético con un devanado de derivación o serie (o bien, una combinación de ambos). El par que se produce en un motor de C.D. es directamente proporcional a la Intensidad de Corriente de la armadura y al campo del estado. Por otro lado, la velocidad de motor la determinara principalmente la Tensión de la Armadura y el campo del Estator. La velocidad del motor también aumenta cuando se reduce el campo del estator. En realidad, la velocidad puede aumentar en forma peligrosa cuando, por accidente, se anula el campo del estator. Como ya sabemos los motores de CD pueden explotar cuando trabajan a velocidades muy altas. El motor de C.D. que se usa aquí, ha sido diseñado para soportar posibles condiciones de exceso de velocidad. Partes y equipos requeridos Fuente de Alimentación Generador/ Motor de C.D. Voltímetros de Corriente Alterna. Tacómetro manual. Cables de conexión. Procedimientos: Examine la estructura del generador / Motor de C.D., poniendo especial atención en el motor, el reóstato, las terminales de conexión y el alambrado. observando
el motor desde la parte posterior del modulo: Identifique el devanado de la armadura. Identifique los polos del estator. Cuantos polos del estator hay? Hay 4 polos. El devanado de campo en derivación de cada polo del Estator se compone de muchas vueltas de alambre de diámetro pequeño. Identifique el devanado de campo en derivación. El devanado del campo en serie esta arrollado en el interior del devanado de campo en derivación sobre cada polo del reactor, se compone de menos vueltas y el diámetro del alambre es mayor. Identifique el devanado de campo serie. Viendo el Motor / Generador: Identifique el conmutador. 75 . Aproximadamente cuantas barras de conmutador (segmento) hay? 75. Cuantas escobillas hay? Hay 2. 2
La posición de las escobillas se indica mediante una línea roja marcada en la cubierta del Motor. Identifíquela. Las escobillas se pueden ubicar en el conmutador moviendo la palanca de ajuste de escobillas, hacia la derecha o a la izquierda de la línea roja indicadora. Mueva la palanca en ambos sentidos y luego devuelva la posición neutral. viendo
la parte delantera que está en el modulo se nota que: el devanado de campo en derivación (vueltas numerosas de alambre fino) está conectado con las ter minales 5 y 6. El devanado de campo en serie (pocas vueltas de alambre más grueso) está conectado en las terminales 3 y 4. La Intensidad de Corriente nominal de cada devanado está indicada en la carátula del modulo. Podría responder a las preguntas (a) y (b) contando solo con estos datos? Explique su respuesta: Las escobillas (segmentos del conmutador y devanado del inducido) se conecta a las terminales 1 y 2. E reóstato, montado en la carátula del modulo, está diseñado para controlar (y llevar con seguridad) la Intensidad de Corriente del campo en derivación. El
reóstato está conectado a las terminales 7 y 8. Cual es el valor nominal de su Resistencia? 500 ohm. Cual es la capacidad de Intensidad de Corriente de función? 0.316ª Cual es la máxima potencia que puede disipar? A continuación medirá la resistencia de cada devanado del Motor utilizado el método del Voltímetro−Amperímetro. Con estos datos calculara la pérdida de potencia en cada devanado. Use la Fuente de Alimenticio, Medición de C.D. y Generador / Motor de C.D. para conectar el circuito de la figura.
Conecte
la fuente de alimentación. Aumente lentamente la Tensión de alimentación hasta que le devanado de campo en derivación lleve 0.3 A. de corriente, según lo indique el medidor de 0−500 mA. C, .D. (este es valor de la Intensidad de Corriente nominal del devanado de campo en derivación). Mida y anote la Tensión del devanado de campo en derivación. V (campo en derivación) 75 V.C.D. Reduzca la función a cero y desconecte la Fuente de Alimentación. Calcule la resistencia del devanado de campo en derivación.
Calcule las pérdidas de(potencia) del devanado de campo en derivación. Conecte
el circuito de la figura #2
E reóstato, montado en la carátula del modulo, está diseñado para controlar (y llevar con se guridad) la Intensidad de Corriente del campo en derivación. El reóstato está conectado a las terminales 7 y 8. Cual es el valor nominal de su Resistencia? 500 ohm. Cual es la capacidad de Intensidad de Corriente de función? 0.316ª Cual es la máxima potencia que puede disipar? A continuación medirá la resistencia de cada devanado del Motor utilizado el método del 3
Voltímetro−Amperímetro. Con e stos datos calculara la pérdida de potencia en cada devanado. Use la
Fuente de Alimenticio, Medición de C.D. y Generador / Motor de C.D. para conectar el circuito de la figura. Conecte la fuente de alimentación. Aumente lentamente la Tensión de alimentación hasta que le devanado de campo en derivación lleve 0.3 A. de corriente, según lo indique el medidor de 0−500 mA. C, .D. (este es valor de la Intensidad de Corriente nominal del devanado de campo en derivación). Mida y anote la Tensión del devanado de campo en derivación. V (campo en derivación) 75 V.C.D. Reduzca la función a cero y desconecte la Fuente de Alimentación. Calcule la resistencia del devanado de campo en derivación. Calcule las pérdidas de (potencia) del devanado de campo en derivación. Conecte el circuito de la figura #2 Este es el mismo circuito que se ilustra en la figura #1, excepto que el devanado de campo en serie sustituyo al devanado de campo en paralelo y que el medidor de 5 A.C.D. ha reemplazado a uno de 5000 mA. C. D.
Conecte
la fuente de Alimentación y aumente lentamente la Tensión de C.D. hasta que el devanado de campo en serie lleve una Intensidad de Corriente de 3 A. según lo indica el medidor de 5 A. C. D. (este es valor nominal de la Intensidad de Corriente del devanado de campo en serie). ADVERTENCIA: Se requieren solo unos cuantos voltios de manera que el control de Tensión se debe girar con mucha lentitud. Mida y anote la Tensión a través del devanado de campo en serie. V (campo en serie) V.C.D. Reduzca la Tensión a cero y desconecte la fuente de alimentación. Calcule la resistencia del devanado de campo en serie.
Calcule las pérdidas de Conecte
del devanado de campo en serie.
el circuito que aparece en la figura #3
Este es el mismo circuito de la figura #2, excepto que el devanado de la Armadura (mas las escobillas) han reemplazado al devanado de campo serie.
Conecte la Fuente de Alimentación y aumenta la Tensión lentamente hasta que el devanado de la Armadura lleve una Intensidad de Corriente de 3 A. según lo indique el medidor de 5 A. C.D. (este es el valor nominal de la Intensidad de Corriente del devanado de la Armadura). Mida
y anote la Tensión a través del devanado de la Armadura (mas las e scobillas). 4
V (armadura) = 25 V.C.D. Reduzca la Tensión a cero y desconecte la fuente de Alimentación. Calcule la resistencia del devanado del inducido (mas las escobillas). R (arma dura) =V/T = 9.33ohms. Calcule las perdidas del del devanado (mas las escobillas). P (armadura) = 75Watts Haga girar el devanado de la Armadura aproximadamente 90° hacia la izquierda. Ahora, las escobillas están haciendo contacto con diferentes segmentos del conmutador. Repita el procedimiento (9). V = V.C.D., R= ohm, P= W. haga girar la Armadura 15° más hacia la izquierda. Repita el procedimiento (9)
COMO ENCONTRAR LA POSICION NEUTRA: Ahora se utilizara Corriente Alterna para determinar la posición neutra de las escobillas del Motor de C.D. Con la Fuente de Energía, la medición de C.A. y de Generador / Motor de C.D. , conecte la figura que aparece en la figura #4. las terminales y de la Fuente de Alimentación proporcionaran una Tensión variable de 0−127 V.C.A. conforme se hace girar la perillas de control de la salida de Tensión.
No conecte la Fuente por ahora.
Desprenda el Generador /Motor de C.D. y adelántelo aproximadamente en 10cms. Meta la mano detrás de la placa delantera del modulo y mueva la palanca de ajuste de la escobilla hasta el extremo máximo en el sentido de las manecillas del reloj. No vuelva a poner el modulo en su lugar (tendrá que mover de nuevo las escobillas). conecte la fuente de energía; coloque la poción de C.a> el conmutador del voltímetro de la Fuente de energía y mueva lentamente hacia delante la perilla de control de la salida de Tensión hasta que el Voltímetro de C.A. conectado en el devanado de campo en derivación se induce por acción de de la Intensidad de Corriente Alterna que atraviesa la Armadura. meta cuidadosamente la mano detrás de la cara frontal del modulo (cuidando de mantener la otra en el bolsillo) y mueva las escobillas de una posición extrema a la otra. Observara que la Tensión de C.A. inducida a través del campo disminuye a cero y luego aumenta nuevamente conforma se llega a la otra posición extrema, siguiendo el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Deje las escobillas en la posición en donde la Tensión indicada es cero. Este punto corresponde al plano neutro del Generador / Motor de C.D., las escobillas deben ajustarse a la posición neutra.
Reduzca la Tensión a cero y desconecte la Fuente de Alimentación. Vuelva a colocar el Generador / Motor de C.D en su lugar y desconecte el circuito.
CONEXIONES DEL MOTOR EN SERIE. Con la fuente de Alimentación, de medición de C.D. y del Generador / Motor de C.D, conecte el circuito ilustrado en la figura #5. observe que la Armadura está conectada en serie con el devanado de campo el serie a través de la Tensión de entrada.
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Conecte la Fuente de Alimentación y nuevamente ponga en la posición de C.D. el conmutador del Voltímetro de la Fuente de Alimentación. Ajuste la Tensión de salida a 120 V.C.D. Gira el motor rápidamente? si Use el tacómetro manual y mida la velocidad del Motor en revoluciones por minuto. Velocidad en serie = 2700 R.P.M. Reduzca la Tensión de la Fuente de Alimentación y observe el efecto que se produce en la velocidad del motor. Observaciones: reduzca la Tensión hasta que pueda determinar la dirección de rotación (en el sentido de las manecillas del reloj o contrario a este). Rotación =__ a favor__. Reduzca la Tensión a cero y desconecte la fuente de Alimentación. Vuelva a conectar el circuito de la figura #6 (el único cambio hecho en relación con el circuito de la figura #5 es que las conexiones a la Armadura quedaron invertidas.)
Repita los procedimientos (16) al (18), con las conexiones de la Armadura invertidas que se indican en la figura #6 Velocidad en serie (inversión) =__2500___R.P.M. Rotación =____ inversa. Escriba una regla para cambiar la dirección de rotación de un motor de C.D. en serie. Caminando las polaridades
CONEXIONES DEL MOTOR EN DERIVACION. Conecte El circuito que aparece en la figura #7. observe que el Reóstato esta en serie con el campo en derivación y que esta combinación se conecta en paralelo con la Armadura a través de la Tensión de entrada.
Ajuste el Reóstato a la Resistencia mínima (aproximadamente cero ohmios cuando se hace girar a la posición extrema en el sentido de las manecillas del reloj). Conecte a la fuente de Alimentación y ajuste a 120 V.C.D. Mida la velocidad del Motor con el Tacómetro. Velocidad en derivación (cero ohmios)=1300____R.P.M. Ajuste el Reóstato a la Resistencia máxima (aproximadamente 300 ohmios). Velocidad en derivación (300 ohmios)=_2250___R.P.M. Determine la dirección de rotación. 6
. Rotación =_cw__. Reduzca la Tensión a cero y desconecte la Fuente de Alimentación. Invierta la polaridad de la Tensión de entrada intercambiando solo los cables de conexión de la Fuente de Alimentación. Repita
el procedimiento (23) y compare los resultados: la rotación de dirección? NO Vario la velocidad? NO Reduzca la Tensión a cero y desconecte la Fuente de Alimentación. intercambie los cables de conexión que alimenta a la Fuente de Alimentación. El circuito debe quedar igual al que se ilustra en la figura #7. ahora invierta solo las conexiones de la Armadura. Repita el procedimiento (23) y compare la dirección de rotación con la que se encontró en el procedimiento (23). Rotación = SI mientras el Motor siga funcionando, abra momentáneamente el circuito del campo en derivación, quitando el cable de conexión de una de las terminales del devanado de campo en derivación (5 o 6). Tenga cuidado de no tocar ninguna de las otras conexiones de las terminales ni ningún metal mientras efectué este procedimiento. Este listo para cortar inmediatamente la energía aplicada al motor desconectando la Fuente de Alimentación. Explique lo que puede ocurrir colando un Motor de CCD. se pierde la alimentación al campo en derivación . SI Puede ocurrir lo mismo en un Motor de C.D. conectado en el campo en serie _______ . Explique por qué Porque al quitar el campo serie queda en paralelo la armadura. Conecte el circuito de la figura #8. Observe que la Armadura está conectada a la salida variable de 0− 120 V.C.D. (terminales (+)v y (−)v , en tanto que el campo en derivación está conectado a la salida fija de 120 Cambio
V.C.D. (terminales (+) y (−).
Conecte la Fuente de Alimentación y ajuste la Tensión de Armadura a 30 V.C.D. guiándose por las lecturas que del medidor. Use el tacómetro manual para medir la velocidad del motor. Anote en las tablas mediciones de velocidad. (espere hasta que la velocidad del Motor se estabilice antes de efectuar la medición.) Voltios 0 30 60 90 120 Velocidad R.P.M 0 300 600 1000 1400 Tabla #1. Repita (a) para cada uno de los valores de Tensión que se indican en la tabla. Marque los puntos obtenidos en la tabla #1, en la grafica ilustrada en la figura #9. luego trace una línea continua por los puntos marcados. 7
Es
un buen método de control de velocidad el hacer que varié la Tensión de la Armadla (mantenimiento constante la Tensión del campo en derivación?
Prueba
sería la intensidad de corriente del campo en derivación del motor, si el devanado de campo en derivación se excita mediante 120 V.C.D Como esta en paralelo el voltaje es el mismo y se divide entre la impedancia de la bobina mas el potenciómetro. 2).−Si se tiene una corriente de 3 A.C.D que fluye por el devanado de campo serie del motor. Cuál será la caída de Tensión resultante. Sería la corriente por la resistencia de la bobina 3).−si el reóstato se conectara en serie con el devanada de campo en d erivación y la combinación se conectara a una línea de 120. Que variaciones de intensidad de corriente del campo en derivación se podría obtener de su motor no tendría caída de corriente ya que el circuito esta en serie pero varia si aumentamos la resistencia del reóstato. I minima= " A.C.D I maxima= .24 A.C.D 1).−cual
porque. Por las características conductivas del cobre además es más barato que otros conductores. 5).−Por que las escobillas del motor están hechas de carbón y no de cobre. Para evitar el rozamiento y evitar calentamiento 6).−Si el devanado de campo en serie del motor se conectara directamente a la fuente de alimentación de 120 V.C.D que flujo de corriente tendría I = V/ resistencia de armadura cual seria la pérdida de potencia (en vatios) P = (V /resistencia de armadura) * V Se pierde toda esta energía solo en forma de calor NO Que cree que le sucedería al devanado si la intensidad de corriente se mantuviera durante algunos minutos. Se puede aterrizar y provocar un corto 4).−Todos los devanados, e incluso el conmutador del motor, están hechos de cobre.
7).−que significa ¨¨ intensidad de corriente nominal ¨¨ y ¨ tensión nominal ¨¨
es la corriente a la cual el motor opera a su máxima eficiencia. 8).−Si el devanado de la Armadura y el campo en ser ie del motor se conectaran en serie a una fuente de 12. V.C.D , cuál sería la intensidad de corriente. 120/(devanado de armadura + devanado campo serie) 8
9).−En este motor, Es la resistencia de la armadura (mas las escobillas) substancialmente la misma para
cualquier posición de rotación de la armadura NO Explique por qué: Porque debemos de ubicar el plano neutro 10).−Explique cómo se localiza la posición neutra de las escobillas en un motor de C.D 11).−Girara el motor si solo se excitara la armadura (se le aplicara una Tensión) SI 12.−Por que es peligroso aplicar energía a un motor de C.D en serie si n ninguna carga.
Por que se dispara su velocidad. 13).−Cuales son las dos formas en que se puede invertir la rotación de un motor de C.D conectado en
derivación. Cambiando la polaridad de la excitación. Cambiando la polaridad del inducido.
Motores de corriente alterna. Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador. En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de corriente continua, o donde se desea un gran margen, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna. Existe una gran variedad de motores de c-a, entre ellos tres tipos básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla. ;...
Motores universales Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierra eléctrica, taladro, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas débiles o pequeñas fuerzas. Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales se distinguen por su conmutador devanado y las escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos (estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del motor). El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para uso continuo o permanente. Otra dificultad de los motores universales son las emisiones electromagnéticas. Las chispas del colector (chisporroteos) junto con su propio campo magnético generan interferencias o ruido en el espacio radioeléctrico. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF,
conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando ésta a masa. Éstos motores tienen la ventaja de que alcanzan grandes velocidades pero con poca fuerza. Existen también motores de corriente alterna trifásica que funcionan a 380 V y a otras tensiones.
Motores síncronos Implicando, se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la máquina no arrancará. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un 9
semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que la máquina permanece parada. La máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará. Para generar el campo magnético del rotor, se suministra una CC al devanado del campo; esto se realiza frecuentemente por medio de una excitatriz, la cual consta de un pequeño generador de CC impulsado por el motor, conectado mecánicamente a él. Se mencionó anteriormente que para obtener un par constante en un motor eléctrico, es necesario mantener los campos magnéticos del rotor y del estator constantes el uno con relación al otro. Esto significa que el campo que rota electromagnéticamente en el estator y el campo que rota mecánicamente en el rotor se deben alinear todo el tiempo. La única condición para que esto ocurra consiste en que ambos campos roten a la velocidad sincrónica:
Es decir, son motores de velocidad constante. Para una máquina sincrónica de polos no salientes (rotor cilíndrico), el par se puede escribir en términos de la corriente alterna del estator, is(t ), y de la corriente continua del rotor, i f :
donde γ es el ángulo entre los campos del estator y del rotor El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo de c-a. Debe girar 60 veces por segundo (si la frecuencia fuera de 60 Hz), o 3.600 revoluciones por minuto (rpm), para producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal alternador por medio de algún aparato mecánico, como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido con una c-a de 60 Hz, continuará girando como un motor síncrono. Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona con una c-a de 50 Hz, su velocidad de sincronismo será de 3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor síncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad. Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los motores síncronos de este tipo requieren todos una excitación de c-c para el campo (o rotor), así como una excitación de c -a para el estator. Se puede fabricar un motor síncrono construyendo el rotor cilíndrico normal de un motor tipo jaula de ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor síncrono es el reloj eléctrico, que debe arrancarse a mano cuando se para. En cuanto se mantiene la c-a en su frecuencia correcta, el reloj marca el tiempo exacto. No es importante la precisión en la amplitud de la tensión.
Motores de jaula de ardilla La mayor parte de los motores que funcionan con c-a de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un núcleo de hierro laminado. Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de campos electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno. 10
Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo. Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberían alimentar por c-a bifásicas y producir un campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase, la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie con los arrollamientos de fases distintas. Con ello se puede desplazar la fase en más de 20° y producir un campo magnético máximo en el devanado desfasado que se adelanta sobre el campo magnético del devanado principal. Desplazamiento real del máximo de intensidad del campo magnético desde un polo al siguiente, atrae al rotor de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos, haciéndole girar. Esto hace que el motor se arranque por sí mismo. El devanado de fase partida puede quedar en el circuito o puede ser desconectado por medio de un conmutador centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona mejor sin el devanado de fase partida. De hecho, el rotor de un motor de inducción de fase partida siempre se desliza produciendo un pequeño porcentaje de reducción de la que sería la velocidad de sincronismo. Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta carga, podría girar a 1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor, más se desliza el rotor. En condiciones óptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75%. Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo magnético de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo. Mientras la corriente en la bobina de campo está en la parte creciente de la alternancia, el campo magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto produce un campo magnético alrededor del anillo que contrarresta el magnetismo en la parte del polo donde se halla él. En este momento se tiene un campo magnético máximo en la parte de polo no sombreada y un mínimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un máximo, el campo magnético ya no varía y no se induce corriente en el anillo de cobre. Entonces se desarrolla un campo magnético máximo en todo el polo. Mientras la corriente está decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en la parte sombreada del polo. De esta forma el campo magnético máximo se desplaza de la parte no sombreada a la sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente. Este movimiento del máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos de inducción sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100. Una de las principales ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre de interferencias cuando se utilizan tales motores. Estos motores también son utilizados en la industria. El mantenimiento que se hace a estos motores es fácil. II.-Transformadores Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.
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Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Funcionamiento
Representación esquemática del transformador. Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario ( Np) y secundario ( Ns) .
La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica : al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.
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Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación. Ahora bien, como la potencia de la eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
Tipos de transformadores
Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.
Según sus aplicaciones Transformador elevador/reductor de voltaje
Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí. Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador. Transformador trifásico
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella ( Y) (con hilo de neutro o no) o delta ( Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
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Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220. Transformador de línea o flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transformador con diodo dividido
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión contínua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n². Estabilizador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética. Transformador híbrido o bobina híbrida
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. Balun
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transformador electrónico
Esta compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.
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Transformador de frecuencia variable
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Según su construcción
Transformador de grano orientado
Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Transformador toroidal
Pequeño transformador con núcleo toroidal.
El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. 15
Como caracterizar un núcleo toroidal.
Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su i nductancia. Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión. Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.
III.- Tableros de control y sistema de Fuerza. CONTROLAR LA ENERGIA ELECTROMAGNETICA Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos electrónicos. En las instalaciones eléctricas, todos los circuitos, de tomas, luz, o especiales, están controlados por su respectiva TM, y todas estas, van montadas sobre un riel, concentradas, en uno o más tableros, por ejemplo:
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Las TM, tiene la propiedad, que la colocación, o reposición, en circuito, es manual, pero el corte de energía es automático, producido, por la temperatura, (proceso Térmico), y por el electromagnético (CEM ), o variaciones rápidas, o bruscas, de tensión. Las normas, de la instalaciones, , te dan la libertad, de colocar, todo en un solo Tablero, incluido el Diferencial, o el DI a la entrada de la línea, denominado Tablero principal, y las TM, en un segundo tablero, llamado Tablero secundario, o distribuidor.
Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de i ncluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, en cada circuito, y un control general, que anteriormente, lo hacían dos fusibles, en caso de cortocircuito, se destruía. 1. Fuente de fuerza electromotriz, de 220 monofásica, o 440 trifásica. 2. Carga o resistencia (lámpara). 3. Flujo de la corriente eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible, interruptor, y / o control automático. Si por casualidad en un circuito eléctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula, y la corriente tiende a aumentar rápidamente, lo que hay que limitarlo, y prevenirlo, por medio de protecciones.
IV.- CCM (Cuarto de control de motores) Se trata de un armario eléctrico para el accionamiento de máquinas. Suele estar formado por módulos o cajones llamados cubículos. En la industria, se suelen ubicar la maniobra de cada motor en un cubículo extraíble, en cada uno se instala el disyuntor, el térmico, los contactores y relés. Pueden ser maniobrados desde una botonera a pie de máquina o desde un pupitre y por u n autómata programable que ejecuta las diferentes maniobras y genera avisos a una pantalla de una sala de control que puede estar a gran distancia de los motores. El cubículo, al ser extraíble se puede intercambiar en un momento dado con otro de igual car acterísticas en caso de avería, por lo que se adelanta la puesta en marcha de la instalación. Para la r eparación de un elemento del aparellaje no tendríamos que quitar tensión a todo el armario, bastaría con seccionar el 17
interruptor o seccionador del cubículo con problemas y tras extraerlo repararlo cómodamente. El CCM en combinación de un autómata programable permite minimizar el aparellaje evitando la maniobra a base de relés y temporizados, además de que señales analógicas como por ejemplo termopares los convierte en grados de temperaturas que salen en la pantalla del ordenador del operador de sala. En principio tiene muchas ventajas. Aparellaje (Conjunto de aparatos y accesorios dispuestos para un uso preferentemente industrial. El aparellaje de una central eléctrica.)
V-. Protecciones. Si por casualidad en un circuito eléctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula y el equilibrio que pr oporciona la Ley de Ohm se pierde. El resultado se traduce en una elevación brusca de la intensidad de la corriente, un incremento violentamente excesivo de calor en el cable y la producción de lo que se denomina "cortocircuito". La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en ampere cuando ocurre un cortocircuito es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio. El cortocircuito producido por la unión accidental de dos cables o conductores de polaridades diferentes, es el más difícil de controlar, por su enorme intensidad, por eso decimos como ley primera de seguridad que: SIEMPRE TENEMOS, QUE ASEGURARNOS, QUE ENTRE DOS POLOS ELECTRICOS, O FASE Y NEUTRO EN C.A., TIENE QUE HABER UNA CARGA (LUZ, MOTOR, ECT.), QUE REGULE NATURALMENTE, LA INTENSIDAD, O CAUDAL DE ELECTRONES. Todos los controles, están ubicados, en un tablero, o varios, según la complejidad de la instalación, por ejemplo:
Es decir, cada circuito, es controlado, por su protección automática, que actúa instantáneamente, desconectando solo el circuito, donde se origino la falla, o cortocircuito, los otro circuitos, controlados, por su respectiva TM, siguen con la energía. Todo esto ocurre, si los tiempos de corte están regulados (temporizado, se dice), como luego veremos, porque si están con mayor tiempo, va a cortar, el diferencial, dejando sin energía toda la instalación. Precisamente, para evitar este problema, es que se protege, cada circuito, en forma individual. En general, a nuestro hogar, llega una fase y el neutro, pero en el centro distribuidor, en general, llegan más 10 KV, y luego, se reduce, a 220, cada fase, o 380 entre dos Fase, como el siguiente ejemplo:
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La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en ampere cuando ocurre un cortocircuito, es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio. Todos estos posibles problemas, los tenemos que controlar, en forma individual, para que el resto de la instalación, funcione normalmente. Luego, cada trabajo, (elemento o artefacto), fijado al circuito, tiene que tener un interruptor, que permita controlarlo.
VI-. Distribución. 1.1.- ESPECIFICACION TECNICA DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCION. Los principales datos de sistema eléctricos son la tensión nominal, la frecuencia nominal y su comportamiento en caso de cortocircuito. Los sistemas de distribución de energía eléctrica comprenden niveles de alta, baja y media tensión. 1.1.1.- Sistema de distribución. Un sistema de distribución de energía eléctrica es un conjunto de equipos que permiten energizar en forma segura y confiable un número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión, ubicados generalmente en diferentes lugares. 1.1.2.- Clasificación de los Sistemas de Distribución. Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados, y las condiciones de confiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se clasifican en: Industriales. Comerciales. Urbana. Rural. 1.1.2.1- Sistemas de distribución industrial. Comprende a los grandes consumidores de energía eléctrica, tales como las industrias del acero, químicas, petróleo, papel, etc.; que generalmente reciben el suministro eléctrico en alta tensión. Es frecuente que la industria genere parte de su demanda de energía eléctrica mediante procesos a vapor, gas o diesel. 1.1.2.2.- Sistemas de distribución comerciales. Es un término colectivo para sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos comerciales y municipales, tales como edificios de gran altura, bancos, supermercados, escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos, etc. Este tipo de sistemas tiene sus propias características, como consecuencia de las exigencias especiales en cuanto a seguridad de las personas y de los bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de emergencia. 1.1.2.3.- Sistemas de distribución urbana. Alimenta la distribución de energía eléctrica a poblaciones y centros urbanos de gran consumo, pero con una densidad de cargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante la adecuada selección en los equipos y el dimensionamiento. 1.1.2.4.- Sistemas de distribución rural. Estos sistemas de distribución se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidad de cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto a equipos y a tipos de red. Debido a las distancias largas y las cargas pequeñas, es elevado el costo del kWh consumido. 19
En muchos casos es justificado, desde el punto de vista económico, la generación local, en una fase inicial, y sólo en una fase posterior, puede resultar económica y práctica la interconexión para formar una red grande. 1.1.3.- Características de operación. Para comprobar las características de operación, confiabilidad y seguridad de un sistema de distribución industrial, es necesario efectuar una serie de estudios analíticos; los cuales entregan índices de funcionamiento, cuya exactitud dependerá del modelo empleado en la representación del sistema. Los estudios típicos que se efectúan en un SDI son los siguientes: Flujos de potencia. Cálculo de corrientes de cortocircuito. Regulación de tensión y compensación de reactivos. Partida de motores. 1.2.- CLASIFICACION DE LAS REDES. Según el Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos (Decreto Supremo Nº 327), las concesiones de servicio público de distribución son aquellas que habilitan a su titular para establecer, operar y explotar instalaciones de distribución de electricidad dentro de una zona determinada (llamada comúnmente zona de concesión), y efectuar suministro de energía eléctrica a usuarios finales ubicados dentro de dicha zona y a los que, ubicados fuera de ella, se conecten a sus instalaciones mediante líneas propias o de terceros. Este suministro puede ser de dos niveles: alta tensión o baja tensión (tabla Nº 1.1). Las redes de las empresas eléctricas concesionarias (figura Nº 1.1) tienen como punto de partida las denominadas subestaciones de distribución primaria, cuyo objetivo es el de reducir el voltaje desde el nivel de transporte al de alta tensión de distribución. Las redes de alta tensión de distribución de las empresas eléctricas son llamadas comúnmente en esta parte de los sistemas como: “alimentadores”, las
que pueden ser tanto aéreas como subterráneas, y que a la vez, pueden alimentar directamente a clientes de grandes potencias que cuentan con trasformadores propios (llamados clientes de AT), o bien, a sub redes por medio de transformadores de baja tensión de distribución, a las que se conectan clientes que poseen niveles de potencia bajos y medianos. A estas redes de baja tensión normalmente se les llama: circuitos. Tabla Nº 1.1 Tensiones normales para sistemas e instalaciones NSEG 8.En.75 Nivel de tensión Campos Tensión nominal “V” (KV)
Tensión extra alta V > 220 Tensión alta 60 < V ≤ 220
Alta tensión Tensión media 1 < V ≤ 60
Tensión baja 0.1 < V ≤ 1
Baja tensión Tensión reducida V ≤ 0.1
VIII-. Diagnostico y corrección de fallas La implementación de los sistemas de información para la gestión de activos es una nueva herramienta que contribuye con la optimización de las tareas de mantenimiento en plantas industriales, ha sido hoy en día, una de las razones para que las empresas realicen investigaciones en el mejoramiento continuo de sus instalaciones, y garantizar así la continuidad operativa de los procesos buscando el coste beneficio de la inversión. En la actualidad uno de los grandes retos que están afrontando las organizaciones, independientemente del tamaño, es la reducción en el coste del mantenimiento. Creo que la industria está en una encrucijada, 20
los usuarios están bajo presión para aumentar la rentabilidad de las inversiones y a la vez mejorar la productividad de las organizaciones. Muchas empresas están revisando sus organizaciones y procesos, lo que muchas veces implica acabar con estructuras tradicionales en busca de mayor productividad y definitivamente la reducción de los costes por mantenimiento. Durante años las empresas de manufactura al realizar mantenimientos a sus equipos; típicamente el grupo de mantenimiento y producción desmontan los equipos para su reparación en cada mantenimiento mayor. La razón por la cual hacen esto, es basados en el hecho de que no pueden diagnosticar cuáles de las activos necesitan bajarse y repararse.
MONITOREO POR CONDICIÓN Monitoreo (monitoring) es la medición de una variable física que se considera representativa de la condición del equipo y su comparación con valores que indican si el equipo está en buen estado o deteriorado. Los objetivos del monitoreo por condición es indicar cuándo existe un problema, para diagnosticar entre condiciones buena y mala; y si es mala indicar cuán mala es. Evitando fallos catastróficos, diagnosticar fallos con problemas específicos, pronosticar la vida útil y cuánto tiempo más podría funcionar el equipo sin riesgo de fallo. Esta técnica permite el análisis paramétrico de funcionamiento cuya evaluación permite detectar un fallo antes de que tenga consecuencias más graves. En general, consiste en estudiar la evolución temporal de ciertos parámetros y asociarlos a la evolución de fallos, para así determinar en qué período de tiempo ese fallo va a tomar una relevancia importante, para así poder planificar todas las intervenciones con tiempo suficiente para que ese fallo nunca tenga consecuencias graves. Una de las características más importantes es que no debe alterar el funcionamiento normal de los procesos, la inspección de los parámetros se pueden realizar de forma periódica o de forma continua, dependiendo de diversos factores como son: el tipo de planta, tipos de fallos a diagnosticar y la inversión que se quiere realizar.
Aplicación en Sistemas Expertos En el campo del monitoreo por condición los sistemas expertos Figura 1. se utilizan fundamentalmente como herramientas de diagnóstico. Se trata de que el programa pueda determinar en cada momento el estado de funcionamiento de sistemas complejos, anticipándose a los posibles incidentes que pudieran acontecer. Así, usando un modelo computacional del razonamiento de un experto humano, proporciona los mismos resultados que alcanzaría dicho experto.
Beneficios del Monitoreo por Condición Una forma en la que se podría intentar evaluar los ahorros que se obtendrían al implementar una estrategia de mantenimiento de monitoreo por condición es confeccionando una lista de las detenciones producidos en los últimos años en conjunto con sus causas. Con esto se podría determinar:
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Cuáles intervenciones podrían haber resultado más económicas si se hubiera detectado, el fallo en una etapa más incipiente, evitando que la máquina funcionara hasta la rotura. Qué averías podrían haber sido reparadas más rápidamente si se hubiese conocido bien, antes de abrir la máquina, cuál era el elemento defectuoso. Cuáles serían los ahorros si después de efectuado un mantenimiento se controla la calidad del mantenimiento realizado. Para esto se evalúa la condición mecánica en que quedó la máquina a través del análisis de las mediciones realizadas inmediatamente después de la reparación. Las técnicas actuales del mantenimiento permiten verificar si un elemento reemplazado quedó disminuido debido a un procedimiento de montaje inadecuado (por ejemplo, un rodamiento con sus pistas de rodadura sin dientes). Evalúe así las economías que se obtendrían por ese concepto si los elementos reemplazables de las máquinas de su planta duraran lo especificado en las normas bajo las cuáles fueron compradas las máquinas. El coste del mantenimiento debe considerar: Costes directos (repuestos, materiales, mano de obra, etc.), costes de movilización de repuestos, costes de lucro cesante o pérdidas por no producción, costes por falta de calidad del producto.
Clave del Éxito Dada la creciente sofisticación de las tecnologías de mantenimiento y los requerimientos de diagnósticos certeros y oportunos, la industria de servicios de mantenimiento ha venido creciendo sostenidamente en las economías rápidas. Especialistas apoyados por computadores conectados remotamente a los sensores de los equipos monitorean signos vitales acumulando una experiencia y conocimientos imposibles de lograr en cada planta por separado. La visión tradicional del mantenimiento y el diagnóstico industrial está cambiando radicalmente. Hoy en día, el mantenimiento según condición se está convirtiendo en una poderosa herramienta de productividad, clave para enfrentar la creciente competitividad de mercados irregulares en expansión. Este cambio es parte de una transformación global que abarca toda la industria.
Los Objetivos del Mantenimiento según Condición
Vigilancia de máquinas. Indicar cuándo existe un problema. Debe distinguir entre condición buena y mala, y si es mala indicar cuán mala es. Protección de máquinas. Evitar fallas catastróficas. Una máquina está protegida, si cuando los valores que indican su condición llegan a valores considerados peligrosos, la máquina se detiene automáticamente. Diagnóstico de fallos. Definir cuál es el problema específico. Pronóstico de la esperanza de vida. Estimar cuánto tiempo más podría funcionar la máquina sin riesgo de fallos catastróficos.
La finalidad del monitoreo según condición (Condition monitoring) es obtener una indicación de la condición (mecánica) o estado de salud de la máquina, de manera que pueda ser operada y mantenida con seguridad y economía, la Figura 2 muestra un operador tomando los datos para el análisis y diagnostico de fallos del activo.
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