Instalacion y Antenimiento de Motores Electricos Monofasicos 5

Electricista instalador domiciliar

Código: MT.3.4.2-41/02 • Edición 02 • Guatemala, 01 de marzo de 2002

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MÓDULO

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

1

COPYRIGHT Instituto Técnico de Capacitación y Productividad -INTECAP- 2002

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

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS Código: MT.3.4.2-41/02 Edición 02

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Instituto Técnico de Capacitación y Productividad División Técnica - Departamento de Industria Calle del Estadio Mateo Flores, 7-51 zona 5. Guatemala, Ciudad. Tel. PBX. 2331- 0117 Ext. 647, 644 www.intecap.org.gt [email protected]

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ELECTRICISTA INSTALADOR DOMICILIAR

SERIE MODULAR

BJETIVO DE LA SERIE: Con los contenidos de los manuales que comprenden esta serie modular, el participante será competente para realizar eficientemente las funciones del Electricista instalador industrial, de acuerdo a procedimientos y parámetros de calidad establecidos.

La serie “Electricista instalador domiciliar” comprende: MODULO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

TITULO Mecánica de ajustes Mediciones eléctricas básicas Instalaciones eléctricas residenciales Instalación de acometidas eléctricas Instalación y mantenimiento de motores eléctricos monofásicos Circuitos eléctricos de señalización Mediciones eléctricas industriales Instalación y mantenimiento de circuitos de capacitores y generadores Instalación y mantenimiento de circuitos de transformadores Instalación y mantenimiento de motores eléctricos trifásicos Controles lógicos programables básicos Circuitos electrónicos básicos


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INDICE Prerrequisitos Objetivo general Diagrama de contenidos Presentación Cómo utilizar este manual Preliminares

UNIDAD 1:

9 9 9 11 13 14

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO UNIVERSAL

OBJETIVOS DE LA UNIDAD

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1.1

MAGNETISMO 1.1.1 DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL MAGNETISMO 1.1.2 PRUEBAS SOBRE MAGNETISMO 1.1.3 MAGNITUDES MAGNÉTICAS 1.1.3.1 DEFINICIÓN DE MAGNITUDES MAGNÉTICAS 1.1.3.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LAS MAGNITUDES MAGNÉTICAS

25 25 32 41 41

1.2

ELECTROMAGNETISMO 1.2.1 DEFINICIÓN DE ELECTROMAGNETISMO 1.2.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL ELECTROMAGNETISMO 1.2.3 CAMPO MAGNÉTICO EN UN CONDUCTOR 1.2.4 CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA RECORRIDA POR CORRIENTE 1.2.5 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Y DEL GENERADOR

42 42 43 43 45 46

1.3

CÁLCULO PARA CIRCUITOS MAGNÉTICOS 1.3.1 FUERZA MAGNETOMOTRIZ (F.M.M) 1.3.2 INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO 1.3.3 COMPARACIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON LOS MAGNÉTICOS (LEY DE OHM PARA CIRCUITOS MAGNÉTICOS) 1.3.4 HISTÉRISIS MAGNÉTICA

50 50 50

1.4

1.5

CÁLCULO DE CONEXIÓN DE INDUCTORES 1.4.1 CONEXIÓN EN SERIE 1.4.2 CONEXIÓN EN PARALELO MAGNETIZADO DE PIEZAS METÁLICAS 1.5.1 PROCESO PARA MAGNÉTIZAR PIEZAS 1.5.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD


41

51 52 52 52 52 53 53 54

5

1.6

1.7

MOTOR MONOFÁSICO UNIVERSAL 1.6.1 DEFINICIÓN DE MOTOR ELÉCTRICO MONOFÁSICO UNIVERSAL 1.6.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL 1.6.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL 1.6.4 CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DEL MOTOR UNIVERSAL 1.6.5 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR UNIVERSAL 1.6.6 CONEXIÓN DEL MOTOR UNIVERSAL A TENSIONES DE 120 Y 220 VOLTIOS 1.6.7 REGULACIÓN DE VELOCIDAD DE GIRO EN EL MOTOR UNIVERSAL

54 54 54 56 56 58 58 59

PROCESO DE INSTALACION DEL MOTOR MONOFÁSICO UNIVERSAL Y CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO

60

1.8

PROCESO PARA VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR UNIVERSAL

61

1.9

MANTENIMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL 1.9.1 LIMPIEZA DEL MOTOR UNIVERSAL 1.9.2 MANTENIMIENTO DE LOS COJINETES DEL MOTOR UNIVERSAL 1.9.3 MANTENIMIENTO DE LOS CARBONES O ESCOBILLAS 1.9.4 MANTENIMIENTO DEL CONMUTADOR O COLECTOR 1.9.5 MANTENIMIENTO DE LOS DEVANADOS 1.9.6 ANÁLISIS DE FALLAS EN EL MOTOR UNIVERSAL

62 62 62 63 65 67 67

1.10

MAGNITUDES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS 1.10.1 MAGNITUDES MECÁNICAS 1.10.2 MAGNITUDES ELÉCTRICAS

71 71 72

ACTIVIDADES RESUMEN DE LA PRIMERA UNIDAD EVALUACIÓN DE LA PRIMERA UNIDAD

73 74 76

UNIDAD 2: INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN

OBJETIVOS DE LA UNIDAD

79

2.1

MOTORES MONOFÁSICOS 2.1.1 MOTOR DE FASE PARTIDA 2.1.2 DEFINICIÓN DE MOTOR DE FASE PARTIDA 2.1.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE MOTOR DE FASE PARTIDA 2.1.4 PARTES DEL MOTOR DE FASE PARTIDA 2.1.5 INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA

81 81 81 82 86 87

2.2 2.3

CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN INSTALACIÓN DE UN MOTOR DE FASE PARTIDA 2.3.1 MONTAJE DE MOTORES ELÉCTRICOS 2.3.2 CIMENTACIÓN

88 90 92 93

6


2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.4

2.5

2.6

2.7

VERIFICACIÓN DE UN BUEN SOPORTE O BASE PARA EL MOTOR COLOCACIÓN DEL MOTOR SOBRE LA BASE ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN ALINEACIÓN MECÁNICA

MANTENIMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO DE FASE PARTIDA 2.4.1 MATERIALES UTILIZADOS PARA EL MANTENIMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN 2.4.2 IMPACTO DE UN AMBIENTE AGRESIVO 2.4.3 SELECCIÓN INAPROPIADA DEL MOTOR ELÉCTRICO 2.4.4 INSTALACIÓN INADECUADA DEL MOTOR 2.4.5 PROCESO PARA PROPORCIONAR MANTENIMIENTO AL MOTOR 2.4.6 PROBLEMAS MECÁNICOS EN LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA 2.4.7 LOS PROBLEMAS ELÉCTRICOS EN LOS MOTORES DE FASE PARTIDA 2.4.8 MEDIDAS DE SEGURIDAD 2.4.9 PROTECCIÓN AMBIENTAL MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE 2.5.1 DEFINICIÓN DEL MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE 2.5.2 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR MONOFASICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE 2.5.3 PARTES DEL MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE 2.5.4 REVISIÓN DE FALLAS DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS CON CAPACITOR 2.5.5 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS CAPACITORES DE ARRANQUE Y RÉGIMEN PARA EL MOTOR CON CAPACITOR

94 95 96 97 98 99 103 103 104 105 109 114 121 122 123 123 124 124 128 132

PROCESO DE INSTALCIÓN DEL MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE 2.6.1 PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE UTILIZANDO UN ARRANCADOR TERMOMAGNÉTICO

133

MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.1 DEFINICIÓN DE MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.2 PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.3 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.4 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.5 MANTENIMIENTO BÁSICO DEL MOTOR DE REPULSIÓN 2.7.6 MEDIDAS DE SEGURIDAD

135 135 135 137 138 143 143

ACTIVIDADES RESUMEN DE LA SEGUNDA UNIDAD EVALUACIÓN DE LA SEGUNDA UNIDAD RESPUESTAS DE LA EVALUACIÓN DE LA PRIMERA UNIDAD RESPUESTAS DE LA EVALUACIÓN DE LA SEGUNDA UNIDAD GLOSARIO BIBLIOGRAFÍA poder estudiar este módulo, usted deberá pose


133

144 146 148 151 151 152 157

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PRERREQUISITOS

Para poder estudiar este módulo, usted deberá poseer conocimientos generales sobre electricidad básica, mediciones eléctricas básicas e instalaciones residenciales. Así mismo, para asegurar un entendimiento real de las técnicas presentadas en este manual y poder lograr un desempeño eficiente en un contexto laboral determinado, es necesario que se cumplan los siguientes requisitos: •

Haber aprobado el 6to. año de Educación Primaria

•

No tener impedimentos físicos que puedan limitar el desempeño normal en el trabajo

•

Ser mayor de 14 años

OBJETIVO DEL MANUAL

Con los contenidos de este manual, usted será competente para instalar y realizar mantenimiento a los motores eléctricos monofásicos, tales como los universales, de fase partida, con capacitor y de repulsión, basándose en procedimientos y parámetros de calidad establecidos, así como en medidas de seguridad personal y de protección ambiental.

UNIDAD 1

DIAGRAMA DE

Instalación y mantenimiento del Motor Eléctrico Monofásico Universal

CONTENIDOS UNIDAD 2 Instalación y mantenimiento del Motor Eléctrico de Inducción


9

PRESENTACIÓN

E

l presente Manual de Mantenimiento e Instalación de Motores Eléctricos Monofásicos constituye un material de apoyo para el paquete didáctico del evento del mismo nombre, cuyo contenido se determinó a partir de Normas Técnicas de Competencia Laboral establecidas por grupos de trabajo conformados por personal técnico del INTECAP. Este manual contiene información sobre el Magnetismo y Electromagnetismo, fenómenos utilizados como principio de los Motores Eléctricos Monofásicos en general y de otros componentes eléctricos, cuyo conocimiento le será muy útil para comprender el funcionamiento de los mismos. El contenido de este manual le dará un amplio conocimiento sobre los diferentes tipos de conexiones de los motores Monofásicos Eléctricos Universales y de Inducción. Al mismo tiempo usted aprenderá a identificar y conectar los dispositivos protectores de sobrecargas utilizados en la mayoría de estos motores. Este Módulo contiene las técnicas que usted debe aplicar al momento de dar mantenimiento a los motores monofásicos. A través del estudio y la práctica de los contenidos de este manual, usted adquirirá los conocimientos, habilidades y destrezas necesarias para realizar los diferentes tipos de mantenimiento a cada una de las partes de los motores. El manual consta de dos unidades. En la primera unidad se presentan principios relacionados al magnetismo y las magnitudes que intervienen. También se señala las diferencias que existen en los imanes y su utilización en la electricidad. Esta unidad también contiene información sobre las partes, usos y mantenimiento de los motores eléctricos monofásicos Universales incluyendo diagramas de su conexión y funcionamiento. La segunda unidad es una continuación del contenido del módulo de motores eléctricos monofásicos con la diferencia de que se trata de motores de Inducción, entre los que están los de fase partida, los de capacitor y los de repulsión. También se tratará el funcionamiento y la estructura básica de los mismos, así como su conexión y diagramación.


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CÓMO UTILIZAR ESTE MANUAL

E

l manual se ha dividido en Unidades, cada una contiene diversos temas y subtemas. Cada tema incluye una serie de teoría, ejemplos y explicaciones, las cuales, en su mayoría, vienen acompañadas de diagramas, esquemas o dibujos para mejor comprensión del mismo. Es importante que no continúe leyendo si no ha comprendido el contenido de cada tema, ya que la falta de comprensión de alguno de los temas puede limitar el aprendizaje de los temas subsiguientes. El propósito del manual es servirle como guía, para que usted solo, pueda ejecutar las instrucciones de cada práctica o proceso. Estudie con detenimiento la teoría para que le sirva de apoyo al desarrollar las prácticas relacionadas con el tema. Cuando realice el estudio, es conveniente anotar los puntos importantes que desee resaltar en el momento en que la actividad sea explicada o demostrada por el facilitador. Esta información le podrá ser de utilidad posteriormente como referencia, o le dará una visión clara de lo que el texto trata de enseñarle. No considere este manual como un libro ordinario, sino como un libro de trabajo donde usted puede realizar anotaciones durante las demostraciones o explicaciones de su facilitador sobre aspectos que considere importante destacar y ampliar, ó para esclarecer puntos de confusión y que así pueda servirle posteriormente como Bibliografía de Referencia sobre la Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos. En este manual existen algunas actividades y procesos que usted deberá realizar solo y otras que podrá realizar en equipo; en ambos casos, no dude en preguntar a su facilitador sobre todos los aspectos que no tenga claros e inquietudes que requieran una mayor explicación. Su facilitador le proporcionará tiempo para realizar cada proceso, y después, evaluará su comprensión sobre el tema y le observará realizándola. Cuando haya ejecutado con éxito la actividad, será competente para ejecutarla. Cada unidad le presentará una serie de objetivos que deberá alcanzar. Mantenga en mente estos objetivos y pregúntese usted mismo al final de cada unidad ¿Puedo realizar todas las actividades que los objetivos enumeran? Si la respuesta es afirmativa, significa que su preparación técnica para dicha unidad es aceptable.


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PRELIMINARES

Antes de comenzar el estudio de las 2 unidades que conforman este manual, usted encontrará tres secciones importantes que debe leer cuidadosamente. En primer lugar, encontrará lo que es la orden de trabajo, luego las normas y consideraciones importantes de seguridad que se deben tomar en cuenta en el desarrollo del trabajo y por último, las observaciones de protección ambiental. Es muy importante que no las tome a la ligera, tómese suficiente tiempo para analizarlas y comprenderlas, pues son de gran importancia para su salud y seguridad.

Fig. 1. Electricista instalador inspeccionando tablero de distribución.

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

1. ORDEN DE TRABAJO La orden de trabajo determina el momento y la forma en que debe realizar una tarea, rutina o mantenimiento; debe realizarlo por escrito para que los técnicos y los jefes del departamento de mantenimiento o taller, Fig. 1 Lectura de tengan un conocimiento plano de acuerdo con la orden de detallado sobre la tarea que trabajo. usted realizó. Vea la Figura 1. 1.1 DEFINICIÓN DE ORDEN DE TRABAJO La orden de trabajo u orden de servicio, es un documento que describe las tareas, instalaciones, mantenimiento, servicios, etc., que usted debe realizar dentro de las funciones, de un departamento de mantenimiento, de una empresa o taller.

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1.3 INTERPRETACIÓN DE LA ORDEN DE TRABAJO Para interpretar una orden de trabajo o cualquier tipo de documento interno, se desarrolla a continuación un proceso sencillo para poder interpretar la orden de trabajo: Paso 1: Dé un vistazo general al documento, a medida que hace esto, observe si le son familiares algunos puntos y si puede establecer una relación entre los puntos a tratar en la orden de trabajo.

Paso 2: Lea cuidadosamente cada párrafo de la orden para informarse a cerca de lo que se le está pidiendo que ejecute.


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

Fig. 2 Lea cuidadosamente las instrucciones de la orden de trabajo.

2. MEDIDAS DE SEGURIDAD

Paso 3:

Las medidas de seguridad que tiene que aplicar son:

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

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

Fig. 3 Libreta de apuntes y lapicero para tomar nota.

PRECAUCIÓN

Paso 4: Si no comprende una oración o alguna instrucción de la orden de trabajo, pida ayuda a su jefe inmediato, para que éste le explique la tarea que tiene que ejecutar. Paso 5: Si no tiene ninguna duda de lo que está escrito; como por ejemplo, donde está localizada la máquina o el equipo al que se le practicará el trabajo, el tipo de trabajo o servicio que practicará, el tiempo que se tiene que llevar en ejecutar el trabajo, el tipo de herramienta que debe usar para ejecutar el trabajo, el tipo de repuestos o lubricantes que tiene que utilizar para ejecutar el trabajo, etc. Después de realizar este paso estará en condiciones de ejecutar la orden de trabajo o servicio.

Fig. 4 No toque piezas en movimiento de motores y carga.

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


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2.1 PRECAUCIÓN

MEDIDAS GENERALES DE SEGURIDAD

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

Fig. 5 No use corbata, ni pelo suelto cuando esté cerca de motores funcionando.

1.

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

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

Fig. 6 Apriete bien los tornillos y no deje piezas sueltas cuando dé mantenimiento a motores y su carga.

Fig. 8 Descarga eléctrica por no desconectar el circuito al cambiar el conductor eléctrico.

Cuando revise un motor, desenergícelo para no recibir choques electricos. 2.

Fig. 7 Descarga eléctrica recibida por no desconectar la energía eléctrica cuando se hace mantenimiento.

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


CONTACTO DIRECTO Contactos de personas con partes activas de materiales y equipos. Los contactos directos pueden establecerse de tres formas: • Contacto directo con dos conductores activos de una línea. Fig. 9 Letrero para evitar reconexión de circuitos donde se trabaja.

3.

• Contacto directo con un conductor activo de línea y masa o tierra.

Compruebe la ausencia de tensión con la ayuda de un voltímetro, antes de empezar la instalación eléctrica o la rutina de mantenimiento descrita en la orden de trabajo.

4.

Ponga a tierra y cortocircuitado en el tablero de distribución o en la caja de registro el circuito que está reparando o realizando la rutina de mantenimiento de acuerdo con la orden de trabajo. Esta medida de seguridad se realiza por si hay una reconexión en el circuito.

5.

Tape o cubra con un material aislante las partes que tengan tensión, cuando usted esté realizando la instalación eléctrica o rutina de mantenimiento descrita en la orden de trabajo.

• Descarga por inducción.

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

a)

Protección contra contactos directos Pueden lograrse de tres formas:

2.2 ACCIDENTES ELÉCTRICOS

• Alejamiento de las partes activas • Interposición de obstáculos Los accidentes eléctricos se producen por el contacto de una persona, con partes activas en tensión. Se denomina parte activa al conjunto de conductores eléctricos y piezas conductoras bajo tensión en servicio normal. Pueden ser de dos tipos: • Contactos directos. • Contactos indirectos.

• Recubrimiento de las partes activas. b)

Alejamiento de las partes activas de la instalación Aleje las partes activas de la instalación a una distancia del lugar donde habitualmente las personas se encuentren o circulen, de tal forma que sea imposible un contacto fortuito con las manos.


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c)

Interposición de obstáculos Interponga obstáculos que impidan todo contacto accidental con las partes activas de la instalación. Estas deben estar fijadas de forma segura y resistir los esfuerzos mecánicos a que están sometidos. Estos pueden ser: tabiques, rejas, pantallas, cajas, cubiertas aislantes, etc.

d)

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

PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS

Recubra las partes activas de la instalación

• Ponga a tierra de las masas.

Esto lo realizará por medio de un aislamiento apropiado, capaz de conservar sus propiedades con el tiempo y que limite la corriente de contacto a un valor no superior a 1mA.

• Use transformadores de 24V. • Separe los circuitos de fuerza y alumbrado. • Utilice herramientas con doble aislamiento.

e)

Medidas complementarias • Interruptor diferencial • Evite el empleo de conductores desnudos.

PUESTA A TIERRA DE LAS MASAS • Cuando se utilice conductores eléctricos deberán estar eficazmente protegidos. • No utilice los interruptores de cuchillas que no estén debidamente protegidos. f)

Contactos directos protección • Fase + fase - Alejamiento de las partes activas • Fase + tierra - Interposición de obstáculos • Inducción - Recubrimiento de las partes activas.

CONTACTO INDIRECTO Es el se produce por efecto de un fallo en un aparato receptor o accesorio, desviándose la corriente eléctrica a través de las partes metálicas de éstos. Pudiendo por esta causa, entrar las personas en contacto con algún elemento que no forma parte del circuito eléctrico y que en condiciones normales no deberían tener tensión como: • Corrientes de derivación. • Situación dentro de un campo magnético. • Arco eléctrico.

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

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


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

2.3

PROTECCIÓN PERSONAL

Según la zona del cuerpo que va a proteger distinguiremos los siguientes tipos de equipos: A

SEPARACIÓN DE CIRCUITOS

B C

Consiste en separar los circuitos de utilización de la fuente de energía, por medio de transformadores, manteniendo aislado a tierra todos los conductores del circuito de utilización incluso el neutro. Este sistema es aconsejable en calderería, construcción naval, estructuras metálicas y en general en condiciones de trabajo donde el contacto del individuo con masa es muy bueno por encontrarse encima, junto o en el interior de piezas metálicas de grandes dimensiones. Este sistema de protección dispensa de tomar otras medidas contra contactos indirectos.

DOBLE AISLAMIENTO Consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamiento de protección o reforzadas, entre sus partes activas y sus masas accesibles. Es un sistema económico puesto que exige la instalación de un conductor de protección. Su eficacia no disminuye con el tiempo al no verse afectado por problemas de corrosión. Todos los aparatos con doble aislamiento llevan el símbolo. Entre sus amplias y variadas aplicaciones se pueden citar: tableros de distribución, herramientas manuales, pequeños electrodomésticos, batidoras, molinillos, exprimidores, máquinas de oficinas, calculadoras eléctricas, máquinas de escribir eléctricas, etc.

Interruptor diferencial Protege contra contactos indirectos a las personas, por falta o fallo de aislamiento.

D E F G H

-

La ropa de trabajo. Protección de extremidades superiores. Protección de la cabeza. Protección de extremidades inferiores. Protección del aparato visual. Protección del sistema respiratorio. Protección del aparato auditivo. Cinturón de seguridad.

LA ROPA DE TRABAJO Los vestidos de trabajo proporcionan una protección indudable contra manchas, polvos, productos corrosivos, etc. Debe cuidarse que la ropa de trabajo esté limpia y en buenas condiciones de conservación, sin roturas que puedan ser motivo de enganches con la máquina provocando el accidente. Existen ropas especiales para trabajos especiales, tales como: • Los vestidos ignífugos que protegen contra los riesgos de inflamación. • Los vestidos de caucho para proteger contra las radiaciones. • Vestidos de amianto para trabajos próximos a fuentes de calor. También se utiliza el cuero para la confección de mandiles y delantales. La ropa que debe utilizarse en invierno bajo condiciones climáticas extremas ha de reunir las siguientes cualidades: 1. Poder de retención de calor. 2. Capacidad de eliminación del calor. 3. Facilidad de aireación.


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a)

Protección de la cabeza

La necesidad de llevar un casco protector, resulta de la gravedad que conllevan los accidentes producidos por caídas de objetos. Existe en el mercado una gran variedad de cascos protectores construidos a base de materias plásticas y tela impregnada o cartón endurecido, aluminio, fibra de vidrio, etc.

Deben tener un campo de visión amplio. No han de estar construidas con material inflamable. No debe producir irritaciones ni ningún otro tipo de molestia al usuario. c)

Cuando el nivel de ruido en un puesto o área de trabajo sobrepase los 80 (db) decibeles será obligación el uso de elementos o aparatos individuales de protección auditiva. Vea la Figura 12.

Fig. 10 Debe realizar los trabajos con equipo de protección personal.

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

b)

Fig. 12 Equipo de protección auditivo.

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

Protección del aparato visual

Los elementos de protección auditiva serán siempre de uso individual.

Los accidentes de ojos pueden ser evitados mediante el uso de gafas o caretas protectoras. Cualquier gafa de seguridad debe reunir una serie de requisitos: d) Se han de limpiar con facilidad, por lo que no deben tener pliegues ni ranuras de difícil acceso.

Fig. 11 Lentes de protección o gafas protectoras.

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Protección del aparato auditivo

Protección de extremidades superiores

La protección generalmente aceptada por su eficacia es el guante independientemente de la existencia de mangas, cremas, etc., que pueden emplearse en casos especiales. Las protecciones de extremidades superiores suelen fabricarse en goma, caucho, cuero, etc. Según el trabajo a desarrollar utilizaremos los siguientes tipos de guantes: De tejido, son adecuados para trabajos que requieren una protección ligera, como en trabajos de construcción.


De cuero, son resistentes a las chispas, al calor y a los objetos rugosos proporcionando además, amortiguación a los choques, como en procesos de soldaduras. De amianto, aíslan del calor y son incombustibles protegiendo contra quemaduras. Presentan el inconveniente de deteriorarse con facilidad. De caucho, son utilizados cuando sea necesario el aislamiento eléctrico. Presentan el inconveniente de no permitir la transpiración ni proteger contra la acción mecánica. Vea la Figura 13.

Fig. 14 Calzado de protección con punta de acero.

También se suelen utilizar plantillas metálicas que impidan las heridas cortantes o punzantes en la planta de los pies. Para completar dicha protección, es aconsejable utilizar botas que protejan los tobillos. La protección de las extremidades inferiores puede completarse con rodilleras, polainas, etc. f)

Para proteger el aparato respiratorio debe seguir un procedimiento que incluye los siguientes puntos:

Fig. 13 Guantes de protección.

De materia plástica, son utilizados en la industria química por resistir a los productos químicos corrosivos, así como a los disolventes industriales.

Protección del aparato respiratorio

1.

Identifique la sustancia contra la que se necesita protección o vea la Figura 15.

De cota de malla, son indicados para trabajos con elementos cortantes. La protección de manos y brazos contra productos corrosivos puede realizarse mediante pastas, pomadas o cremas especiales que forman una película protectora sobre la piel sin reducir la sensibilidad táctil del usuario.

Fig. 15 Mascarilla, equipo de protección respiratorio.

2.

Valore el riesgo que conlleva cada una de las sustancias identificadas estableciendo su grado de peligrosidad.

3.

Determine las condiciones de exposición a esos riesgos, tales como proximidad con los puntos de alta concentración, existencia o falta de oxígeno, etc.

e) Protección de extremidades inferiores La protección puede lograrse mediante calzado con puntera de acero, para prevenir la caída de material pesado sobre los dedos. Vea la Figura 14.


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3. PROTECCIÓN AMBIENTAL Es necesario que usted como trabajador esté

conciente de que todos los tipos de materiales que se aplican en el mantenimiento de los motores eléctricos como lacas, barnices, solventes o diluyentes, etc., poseen ciertos químicos, todos en diferentes cantidades, que dañan mucho el medio ambiente y por consiguiente la salud suya y de las personas que permanecen alrededor. Todos los solventes, pinturas, barnices, lacas, etc., se consideran materiales peligrosos porque son tóxicos para la salud y para el ambiente, por ser productos químicos que no pueden reintegrarse a éste en forma natural, y requieren otro proceso industrial para poder ser reutilizados. Deterioran el ambiente y destruyen la capa de ozono. Aunque algunos envases traen una etiqueta que indica que el material no daña la capa de ozono, siempre debe tomar precauciones y cuidados al desecharlos. Es importante que en todo taller eléctrico o electromecánico, sean establecidas políticas y normas orientadas a la protección ambiental, las cuales deben explicarle claramente a usted y a todos sus compañeros lo que deben hacer para su protección y la del medio ambiente cuando se trabaja con sustancias peligrosas. Es conveniente disponer de recipientes con tapaderas para almacenar todos los materiales que se han usado en el mantenimiento de los motores, tales como: wipe o mota sucios, restos de aislantes plásticos, papeles aislantes, alambre magneto o esmaltado, conductores de cobre o aluminio e instrumentos desechables que se utilizan para la aplicación de barnices o solventes. Esto servirá para prevenir cualquier tipo de accidente por contaminación o el inicio de incendios debido a lo

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inflamable de los materiales. Por otro lado, se deben diseñar las cabinas de tratamiento para que cuenten con todas sus comodidades y que no produzcan daños ambientales. Según las normas de seguridad y de control ambiental de la Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA), en las áreas utilizadas para trabajos de este tipo, donde la contaminación por desechos de gases y líquidos es muy notoria, se debe contar con el equipo adecuado que ayude a reducir el esparcimiento en toda su magnitud de estos desechos. Las cabinas de tratamiento deben contar con un extractor de gases, una ventilación adecuada y principalmente el equipo de seguridad del trabajador. A continuación le presentamos una relación de las responsabilidades y obligaciones que la industria de muebles debería cumplir en materia de residuos peligrosos: • • • •

•

Llevar un registro mensual de los residuos peligrosos que genera. Realizar un manejo reglamentario de los residuos. Manejar separadamente los residuos que son incompatibles. Envasar los residuos en recipientes seguros, debidamente identificados, etiquetados y bien cerrados. Almacenar de manera segura los residuos en un lugar previamente establecido para ello.

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



UNIDAD 1 Instalación y Mantenimiento del

MOTOR MONOFÁSICO UNIVERSAL OBJETIVOS DE LA UNIDAD Con el contenido de esta unidad, usted será competente para:

Comprobar el comportamiento de imanes de acuerdo a la ley de los polos y características del campo magnético. Construir electroimanes de acuerdo a procesos técnicos y especificaciones de los materiales. Identificar las partes del Motor Universal de acuerdo a procesos de trabajo establecidos y especificaciones del fabricante. Instalar Motor Universal en base a procedimientos técnicos de trabajo, medidas de seguridad y a parámetros de calidad establecidos. Conectar Motores de tipo Universal en base a procedimientos técnicos establecidos y medidas de seguridad. Proporcionar mantenimiento preventivo al Motor Universal de acuerdo a procedimientos técnicos de trabajo, medidas de seguridad y protección ambiental. Diagnosticar fallas del Motor Universal de acuerdo a procesos de trabajo. Corregir fallas de Motores de tipo Universal de acuerdo a procedimientos técnicos establecidos, medidas de seguridad y de protección ambiental.


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1.1 MAGNETISMO El magnetismo representa una parte importante en casi todos los dispositivos que se usan en la actualidad en la industria, por ejemplo en los generadores, motores, transformadores, interruptores de circuitos, teléfonos, etc, los cuales utilizan imanes permanentes o Electroimanes, como lo muestra la Figura 1.1.

El magnetismo es parte fundamental en los conocimientos técnicos de todo electromecánico debe tener. 1.1.1

DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL MAGNETISMO

Se llama magnetismo, al conjunto de fenómenos invisibles, capaces de realizar un trabajo mecánico de atracción y repulsión y que lo presentan ciertos cuerpos metálicos llamados imanes. El magnetismo es producido por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones.

ELECTRÓN PROTONES NEUTRONES Fig. 1.1 Generador, teléfono y transformadores. Estos utilizan imanes permanentes o electroimanes.

El nombre de magnetismo proviene de la antigua ciudad de Magnesia, en Asia menor, lo que actualmente es Manisa, en Turquía. Se dice que en este lugar se encontraba un mineral que contenía hierro, mineral cuyos trozos se adherían unos con otros. Existe una gran similitud en el análisis de los circuitos eléctricos y los circuitos magnéticos.

1. Circuito magnético 2. Circuito eléctrico primario 3. Circuito eléctrico secundario

Fig.1.2 Tipos de circuito en un transformador de voltaje.

NÚCLEO ELECTRÓN

Fig. 1.3 Estructura del átomo.

Los electrones describen órbitas alrededor del núcleo atómico, además, efectúan un movimiento de rotación, alrededor de su propio eje. Ambos movimientos dan lugar a la formación de un campo magnético que se manifiesta en el exterior del átomo, siempre que no se anulen los diferentes campos mutuamente. Los materiales ferrosos como el acero, hierro fundido, y además el níquel y cobalto reciben el nombre de materiales magnéticos, todos los demás metales y no metales reciben el nombre de materiales no magnéticos (Amagnéticos).


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TIPOS DE IMANES IMÁN: Es un cuerpo que atrae hierro, níquel y cobalto.

Si divide por la mitad un imán recto (vea la Figura 1.6) se forman nuevos polos opuestos en el punto de separación, que anteriormente no existían, cada uno de los dos imanes parciales tiene un Polo Norte y un Polo Sur.

Si acercara un imán a objetos metálicos, todos los que contengan Hierro, Níquel o Cobalto serían atraídos y quedarían adheridos a él. Todo imán tiene dos extremos opuestos denominados POLOS DEL IMÁN (Polo Norte y Polo Sur). En estos dos polos la fuerza magnética es máxima, como lo demuestra la Figura 1.4

Fig. 1.4 En los polos del imán la fuerza magnética es mayor.

El imán también posee una sección neutra en su centro, llamada ZONA NEUTRA como lo indica la Figura 1.5, en esta zona la fuerza magnética es nula.

Fig. 1.6 División de un imán en varias partes.

Si continuara dividiendo el imán en partes cada vez mas pequeñas, hasta sus moléculas, estas también estarían magnetizadas. A estas fracciones ínfimas se les llama IMANES MOLECULARES O IMANES ELEMENTALES. De acuerdo con lo anterior, todos los materiales magnéticos están constituidos a base de dichos Imanes Elementales. Cuando los materiales no están imantados, los imanes elementales se encuentran en desorden, por lo que no exteriorizan efecto magnético alguno.

ZONA NEUTRA

Fig. 1.7 Los imanes elementales se encuentran en desorden en un material no imantado. Fig. 1.5 En la zona neutra de un imán, la fuerza magnética es nula.

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Al acercar un imán permanente que magnetiza el material, los imanes elementales se ordenan en un



número cada vez mayor, en el mismo sentido. Cuando esto sucede el material se vuelve magnético.

2. IMANES ARTIFICIALES: Se les denomina así, a aquellos imanes que el hombre ha hecho, utilizando procedimientos artificiales como la fricción, la electricidad etc, para comunicarles su poder magnético. Entre los imanes artificiales están los electroimanes y los imanes permanentes.

N • ELECTROIMANES:

Fig. 1.8 Los Imanes Elementales se alinean en un material imantado.

Cuanto mayor sea el número de imanes elementales orientados en un material, mas intenso será su efecto magnético. Cuando están ordenados todos los imanes elementales, no es posible incrementar el efecto magnético, en este caso, se dice que el material está MAGNÉTICAMENTE SATURADO.

Estos imanes artificiales, son bobinas a través de las cuales circula una corriente. El efecto magnético se presenta en el centro de la bobina siempre que circula una corriente por la misma. Los electroimanes son muy poderosos y tienen una gran aplicación en la industria eléctrica y electromecánica, ejemplos de ellos son los motores eléctricos, relés y contactores.

Existen dos grandes clases de imanes: Los imanes Naturales y los imanes Artificiales. 1. IMANES NATURALES: Son aquellos que poseen en forma n a t u r a l propiedades magnéticas, y se les encuentra en forma de óxidos. Ejemplos de imanes Naturales son la Magnetita o Piedra imán (óxido férrico y ferroso) y el planeta tierra.

Fig. 1.10 Contactor y relé, aplicaciones prácticas de los electroimanes.

• IMANES PERMANENTES:

Fig. 1.9 La tierra es una gran imán natural.

Los imanes permanentes se hacen de materiales duros, magnetizados (imantados) por inducción, un material magnéticamente duro, como por ejemplo el acero al cobalto, posee una estructura cristalina que precisa


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de una fuerza magnetizante intensa para mover los imanes elementales y producir, como consecuencia, polos magnéticos por inducción. No obstante, cuando se les retira la fuerza magnetizante, los imanes elementales permanecen orientados en la misma posición que han tomado. Esta inducción (consecuencia de la fuerza magnetizante) es llamada INDUCCIÓN RESIDUAL O MAGNETISMO REMANENTE, y es la que hace que el imán quede transformado en un imán permanente. Un material muy empleado para la fabricación de los imanes permanentes es el Álnico, que es una aleación comercial de Aluminio, Níquel y Hierro con adición de Cobalto, Cobre y Titanio. El grado Álnico V se emplea generalmente para los altavoces (Bocinas) de imán permanente, pues proporciona un campo magnético intenso en un pequeño volumen. Otros materiales para fabricar imanes permanentes son el Alcomax, Indox y el Cúnico.

LEY DE LOS POLOS: Como anteriormente se observó, los extremos del imán son los puntos de mayor atracción y se denominan, POLOS DEL IMÁN: Polo norte y Polo Sur, respectivamente. La tierra misma, es un gigantesco imán natural, que tiene su mayor intensidad magnética en los polos Norte y Sur. Si coloca una pequeña barra magnética (imán recto o brújula) suspendido de manera que pueda girar libremente, debido a la existencia de polos magnéticos terrestres uno de los extremos del imán se dirigirá siempre hacia el norte. Este extremo de la barra magnética se denomina como El POLO BUSCADOR DEL NORTE mientras que el extremo opuesto se designa como EL POLO BUSCADOR DEL SUR.

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Fig. 1.11 Imán recto suspendido de manera que pueda girar libremente.

Cuando en un imán se indican las polaridades, el extremo que busca el norte es el Polo Norte y el extremo opuesto es el Polo Sur. Entre los polos magnéticos existe una fuerza que da lugar a la atracción entre polos opuestos y a la repulsión entre polos iguales, de allí la ley de los Polos: • LOS POLOS DE DISTINTO NOMBRE (ES DECIR EL POLO NORTE Y EL POLO SUR) SE ATRAEN. • LOS POLOS DE IGUAL NOMBRE (ES DECIR DOS POLOS NORTE O DOS POLOS SUR) SE REPELEN.

Conviene hacer notar, que cuando uno de los imanes es la tierra, el polo Norte de ésta, atrae al polo del otro imán que busca el Norte, o sea que la tierra debería poseer un polo magnético Norte en el Sur y un polo magnético sur en el Norte. Los polos de los imanes se caracterizan por medio de colores, el Polo Norte es de color Rojo y el Polo Sur es de color Verde o Azul.



CAMPO MAGNÉTICO Es toda región de influencia que rodea a un imán, existe un campo magnético invisible, que se representa mediante líneas llamadas LÍNEAS DE CAMPO MAGNÉTICO. Las líneas de campo no terminan en los polos del imán o sea que tienen ciclos continuos. Vea Figura 1.12

MATERIALES MAGNÉTICOS Y NO MAGNÉTICOS Existe una gran cantidad de materiales magnéticos y no magnéticos también llamados amagnéticos. Cada uno de estos tiene diferentes propiedades, las cuales se describirá a continuación. MATERIALES MAGNÉTICOS Los materiales ferromagnéticos reúnen una serie de propiedades importantes. •

El material del núcleo eléctrico debe reforzar el campo magnético de la bobina, y solo debe existir durante el tiempo en que circule una corriente por ella.

•

En los imanes se precisan en cambio, materiales que presenten una gran inducción magnética después de suprimir la fuerza inductora. En ellos deberá desaparecer el mínimo magnetismo posible.

Fig. 1.12 Espectro magnético mostrando que las líneas en el imán tienen ciclos continuos.

Las líneas de campo magnético van del Polo Norte al Polo Sur, en el exterior del imán, y del Polo Sur al Polo Norte, en el interior del imán. Observe la Figura 1.13 la fuerza de un campo magnético en una sección particular es directamente proporcional a la densidad de las líneas de campo en esa región. Por ejemplo en la siguiente figura la fuerza del campo magnético en “a” es el doble de la de “b”, puesto que “a” existe el doble de líneas de campo magnético asociadas con el plano perpendicular que en “b”, o sea la fuerza de los imanes es siempre más fuerte cerca de los polos.

Todos los imanes descritos se componen de los mismos materiales: Hierro, Cobalto y Níquel. En algunos casos se emplean aleaciones de Cobre que contienen Manganeso. Los imanes comerciales permanentes duran indefinidamente, si no se les somete a altas temperaturas, ni a campos desmagnetizadores intensos.

Fig. 1.13 La Fuerza de los imanes es siempre mas fuerte cerca de los polos.

Cada línea de campo tiende a ser lo mas corta posible y a separarse de las colindantes.

Esta pérdida es completa, por encima de una temperatura conocida como punto de Curie, llamada así en honor al físico francés Pierre Curie, que descubrió este fenómeno en 1895. El punto de Curie del hierro metálico es de unos 770°C. Cuando el imán se calienta se hace un reajuste en su estructura molecular, de la que resulta una pérdida de


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magnetismo, que no se recupera cuando el imán se enfría. Los golpes y su empleo permanente no agotan ni producen ningún efecto sobre las

770°C El punto de Curie

propiedades del imán.

También bajo la influencia de un campo magnético exterior, muestra una imanación reforzada en la dirección del campo. Es la diferencia de dos campos antiparalelos y, por tanto, más débil que en los materiales ferromagnéticos. La mayoría de las ferritas pertenecen a este grupo.

MATERIAL FERROMAGNÉTICO Este tipo de material muestra, bajo influencia de un campo magnético exterior, una imantación reforzada en la dirección del campo, como lo muestra la siguiente figura. Fig. 1.16 Imanes elementales antiparalelos de diferentes valores.

MATERIALES MAGNÉTICOS BLANDOS Fig. 1.14 Imanes elementales Orientados en dirección del campo Magnético.

MATERIAL ANTIFERROMAGNÉTICO También existen materiales que forman paredes de imanes elementales de sentidos opuestos y son fundamentalmente los lantánidos, sus compuestos y el óxido de manganeso (MnO).

Fig. 1.15 Pares de imanes elementales de sentidos opuestos.

MATERIALES FERRIMAGNÉTICOS Estos materiales tienen sus imanes elementales antiparalelos y son de diferentes valores, esto causa una imantación en una determinada dirección, esta imantación se debe a la diferencia entre dos campos magnéticos.

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Estos materiales también son llamados “materiales magnéticos dulces” y se emplean en circuitos magnéticos, en los que el sentido del campo magnético varía continuamente, como en transformadores y máquinas eléctricas. Debido a las inversiones magnéticas, el hierro se calienta; se producen por tanto, pérdidas por inversión magnética. Dichas pérdidas están formadas, a su vez, por pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes parásitas las cuales deben ser lo más pequeñas posibles. Las pérdidas por histéresis son pequeñas, si el material que forma el núcleo es magnéticamente blando, es decir, si su curva de histéresis es estrecha. El tema de histéresis se tratará en la sección 1.5.4. Las pérdidas por corrientes parásitas puede reducirlas, aumentando la resistencia específica del material y dividiendo los núcleos en chapas, aisladas unas de otras. Como aislamiento entre tales chapas magnéticas, emplee capas de óxidos o fosfatos, vidrio soluble, barniz aislante o papel. El espesor de dichas capas aislantes debe variar entre 2 y 20 µm.



La calidad de las chapas magnéticas viene determinada por las pérdidas por inversión magnética, V. Por ejemplo V10 indica que la potencia de pérdidas por Kg. del material del núcleo, para una densidad de flujo* ß=10 KG (1 Wb/m2) y 60 Hz. Unas pérdidas por inversión magnética elevadas suponen una disminución del rendimiento del aparato eléctrico afectado.

*El tema de flujo magnético y densidad de flujo, lo tratará en la sección de magnitudes magnéticas (sección 1.1.3).

Por ejemplo en un transformador grande, con 50000 Kg, de chapa magnética, cuyas pérdidas son V 15 = 2.5 W/Kg, la potencia de pérdida es de 125 Kw y la energía perdida en un año (8000 horas de servicio), 1000000 Kwh.

OTROS MATERIALES MAGNÉTICOS También existen otros materiales magnéticos importantes como los que aprenderá a continuación.

1

CHAPAS MAGNÉTICAS DE ALEACIÓN DE SILICIO

Generalmente las chapas magnéticas son construidas con acero de construcción, al que se añade un 4.5 % de silicio para aumentar su resistencia específica. Un contenido mayor en silicio haría al material demasiado frágil para el mecanizado. Las pérdidas por histéresis* también dependen, en gran medida, del procedimiento de fabricación de las chapas. En las chapas magnéticas laminadas en caliente las pérdidas por inversión magnética valen V 10 ≈ 1 W/Kg y V 15 ≈ 2.2 W/Kg. Dichas chapas se fabrican en espesores de 0.5 a 1 mm (Chapas de dínamos o generadores y 0.35 mm (chapa de transformadores), las formas en las que se laminan, las muestra la Figura 1.17.

Fig. 1.17 Diferentes laminaciones para transformadores.

El material magnético está formado por cristales; cada cristal se magnetiza fácilmente a lo largo de sus bordes. Por medio del laminado en frío y del tratamiento térmico, todos los cristales se disponen de tal forma (orientación del grano), que sus bordes están en una misma dirección. De este modo, la chapa presenta una dirección magnética preferente. La chapa de grano orientado es muy fácil que la magnetice, en la dirección de laminación. Por lo tanto, para que obtenga una densidad de flujo dada, en dicha dirección magnética preferente, es necesario utilizar menor corriente magnetizante, que en el caso de una chapa de grano no orientado. En dicha dirección magnética preferente, las pérdidas, por inversión magnética son especialmente reducidas (V 10 ≈ 0.4 W/Kg, V 15 ≈ 1 W/Kg). Debido a lo liso de la superficie y a lo delgado del aislamiento ( 2 a 10 µm) las chapas laminadas en frío presentan un alto factor de llenado. El factor de llenado es la relación entre la sección de hierro y la sección del núcleo; puede alcanzar, para la chapa de grano orientado, valores de hasta 0.97, frente a 0.90 para la chapa laminada en caliente, de grano no orientado.


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2

ALEACIONES HIERRO-NÍQUEL

Para la fabricación de transformadores de medida, transmisores etc, necesita materiales que tengan una alta permeabilidad inicial. Para los núcleos de los transductores precisa una curva de histéresis lo más rectangular posible. Estas exigencias las cubren las aleaciones hierro-níquel. Dichas aleaciones están formadas por un 30 a 80% de níquel como componente principal, hierro y otros componentes como manganeso, cromo, cobre y silicio. Su densidad de flujo de saturación vale de 6000 a 15000 Gauss (0.6 a 1.5 Tesla), para una intensidad de campo de 0.01 a 0.15 Oersted (≈ 0.8 a 12 A/m) Estas aleaciones puede emplearlas para fleje de núcleo de banda y partidos, por ejemplo para transformadores de medida, interruptores de protección por corriente de defecto y transductores y se encuentran bajo los nombres comerciales Hyperm, Mumetal, Ultraperm, Permenorm, etc.(Fabricación de núcleos de fleje partidos).

3

MATERIALES MAGNÉTICOS DUROS A los materiales magnéticos duros, se les exige una intensidad de campo o coercitividad lo más elevada posible, a fin de que los imanes con ellos fabricados, sean poco sensibles a las vibraciones, a posibles campos extraños y a una alta remanencia. Tales exigencias las cubren los materiales cuya curva de histéresis es a la vez ancha y alta. Los materiales para imanes Alni y Álnico, pueden ser fundidos (G+Alni) o bien prensados, a partir de metal pulverizado y sinterizados a continuación (S-Alni). Su mecanizado se efectúa por rectificado. Por el contrario, los materiales magnéticos de cromocobalto se laminan y forjan. Una vez templados, sólo se pueden mecanizar por rectificado. De lo anterior se puede concluir los siguiente: Los materiales magnéticos duros precisan un campo intenso para invertir el sentido de la imanación.

FERRITAS

Las ferritas son materiales sinterizados (cerámicos), formados por mezclas de óxido de hierro con otros óxidos metálicos. Estas ferritas son muy duras y frágiles y solo se puede mecanizarlas por rectificado. Como su resistencia específica es de 105 a 1015 veces superior a las de los metales, dichas ferritas son aislantes, por lo que en las mismas no se originan corrientes parásitas. Existen varias ferritas magnéticas entre las cuales están las siguientes: Ferritas blandas, ferritas magnéticas blandas, ferritas manganeso-zinc (MnO,ZnO,Fe O ) y 2 3 ferritas níquel-zinc (NiO,ZnO,Fe O ). 2

1.1.2 PRUEBAS SOBRE MAGNETISMO Para que pueda verificar algunas propiedades del magnetismo, a continuación observará algunas pruebas sencillas para realizar. Si tiene alguna duda en cuanto al procedimiento, consulte a su facilitador.

PRUEBA 1: ESTUDIO DE LOS IMANES

3

Objetivos

Las ferritas magnéticas blandas emplean se emplean principalmente en componentes de alta frecuencia para telecomunicaciones.

1. Identificar los polos de un imán.

En resumen los materiales blandos permiten fácilmente invertir el sentido de la imantación.

2. Estudiar la forma como interactúan los polos de los imanes.

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3. Medir la fuerza que se ejercen dos imanes entre sí al variar su separación.

Vuelva a girar el imán y déjelo que se estabilice. Observe si la misma cara del imán es la que apunta hacia el norte geográfico.

Equipo y materiales 1. 2. 3.

4. 5. 6. 7. 8. 9. 1

Dos imanes en forma de anillo. Un imán en forma de barra. 7 Cilindros huecos de aluminio, cuyo diámetro interno sea de una a dos pulgadas. La longitud de éstos de al menos 4 centímetros. No es necesario que todos sean iguales. Una balanza granataria de 0.1 gramo. Un metro de alambre de cobre delgado, número 38 aproximadamente. Base y barra vertical de aluminio para los imanes. Base y soporte universal. Cinta adhesiva (que pueda escribir sobre ella). Regla de 30 centímetros.

P ROCESO

DE

PASO 4

COMPROBACIÓN

PASO 5 Gire el soporte universal y deje que el imán se vuelva a estabilizar. Observe si la misma cara del imán apunta en el sentido indicado anteriormente. Si es así al pedazo de cinta adhesiva póngale la letra N indicando que ese es el Polo Norte del imán. A la cara opuesta, que apunta hacia el sur geográfico, péguele otro pedazo de cinta y escriba en ella la letra S indicando que ese es el Polo Sur del imán. PASO 6 Repita los pasos anteriores para el segundo imán en forma de anillo.

DEL

COMPORTAMIENTO DE LOS IMANES

Identificación de los polos de un imán. PASO 1

De ese modo quedan determinados los polos Norte y Sur de cada imán, lo cual servirá para desarrollar el siguiente paso.

PASO 7

Prepare el equipo, herramientas y materiales de acuerdo a la orden de trabajo. PASO 2

Almacene adecuadamente el equipo y herramienta utilizada en esta práctica. Limpie y ordene el área de trabajo al finalizar la práctica.

Con uno de los extremos de un pedazo de alambre cobre de 50 centímetros de longitud, sujete un imán y enseguida cuélguelo del soporte universal, procurando que la parte que cuelga sea de unos 25 centímetros de longitud. Observe la figura 1.18. PASO 3 Gire un poco el imán y déjelo que oscile hasta que prácticamente quede en reposo. Observe qué cara del imán apunta hacia el norte geográfico y póngale un pedazo pequeño de cinta adhesiva para distinguirla. Fig. 1.18


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2

ESTUDIO DE

LA FORMA COMO INTERACTÚAN LOS

PASO 5

POLOS DE LOS IMANES

PASO 1 Prepare el equipo, herramientas y materiales que utilizará en esta practica.

A partir de los resultados obtenidos en los pasos 2 y 3, determine los polos del imán de barra. Para llevarlo a cabo, acerque el imán de barra al imán que cuelga del alambre y basado en el efecto que observe, determine dónde está el polo norte y dónde el polo sur de dicho imán. Guíese por la Figura 1.20 para llevarlo a cabo.

PASO 2 PASO 6 Uno de los imanes usados en el objetivo previo, cuélguelo en el soporte universal mediante el hilo de cobre, procurando que la longitud que cuelgue sea de unos 30 centímetros. Vea la figura 1.18 para llevarlo a cabo.

Limpie y ordene el área de trabajo, almacene en un lugar adecuado los materiales y herramientas utilizadas.

PASO 3 IMAN DE BARRA

Al imán que cuelga acérquele el segundo imán a unos 10 centímetros de separación, procurando que queden frente a frente los polos opuestos. Observe el efecto que se produce en el imán que está colgado y a partir de ello deduzca cómo interaccionan los polos opuestos. Fig. 1.20

PASO 4 Repita el paso 2, pero ahora acercando el segundo imán de tal modo que queden frente a frente polos iguales. Observe el efecto que se produce en el imán colgado y a partir de ello deduzca la forma cómo interaccionan los polos iguales de un imán.

Medición de la fuerza que ejercen dos imanes entre sí al variar su separación. PASO 1 Prepare el equipo, herramientas y materiales de acuerdo al orden de trabajo. PASO 2 En la barra vertical de aluminio coloque el primer imán en forma de anillo, de tal modo que descanse en la base de aluminio. Puede ser cualquiera de los dos. PASO 3

Fig. 1.19

34

Con la balanza mida la masa del segundo imán en forma de anillo.



PASO 4 Enseguida, coloque este segundo imán en la barra vertical de aluminio, procurando que queden frente a frente polos iguales. Es decir que entre el primero y segundo imán exista repulsión. No deje caer los imanes porque pueden quebrarse.(Figura 1.21)

BARRA VERTICAL

PASO 5

DISTANCIA A

Cuando ambos queden estables en la barra vertical de aluminio, mida la separación entre los polos que están frente a frente. Procure que la medición de la separación se lleve a cabo entre las dos superficies de los imanes y no entre sus protecciones, si es que éstos poseen.

IMANES

MEDIR

BASE DE ALUMINIO

Figura 1.21

PASO 6 Enseguida, mida la masa (peso) a uno de los cilindros huecos de aluminio. Ahora agréguelo suavemente a la barra vertical de aluminio, de tal modo que descanse sobre el segundo imán. Guíese por la Figura 1.22 para llevarlo a cabo.

CILINDRO HUECO

d

IMANES

PASO 7 Repita el pasos 5 y 6 para un segundo cilindro hueco, sin quitar el primero.

BASE DE ALUMINIO Figura 1.22

PASO 8 Siga agregando cilindros huecos de aluminio, uno por uno, y repita los pasos 5 y 6 de este objetivo. Deje de agregar cilindros hasta que la separación de los imanes sea de 0.5 centímetros aproximadamente.

PASO 9 Limpie y ordene el área de trabajo al finalizar la práctica.


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R esultados de las pruebas No. 1 1

¿Se orientaron siempre los dos imanes en la misma dirección o se orientaban en diferentes direcciones?

2

Cuando acercó los imanes con los polos diferentes frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado?

3 4

36

Cuando acercó los imanes con los polos iguales frente a frente ¿qué fenómeno observó en el imán colgado?

Mida la fuerza magnética del primer imán sobre el segundo, calculando el peso de los objetos que flotan, para cada una de las separaciones. Es decir que las masas serán el segundo imán y los cilindros de aluminio que se agreguen en cada caso.



Preguntas y conclusiones

1

¿Qué fenómeno es el que origina que los imanes (que pueden girar sin fricción) se orienten siempre en la dirección norte-sur? fue descubierto este fenómeno estudiado ¿a qué 2dispositivoCuando dio origen? ¿para qué sirvió?

3 4 5

A partir de los efectos observados en el imán colgado cuando se ponen frente a frente polos distintos ¿Qué conclusión obtiene sobre las fuerzas que se ejercen polos diferentes? En base a los efectos observados en el imán colgado cuando se ponen frente a frente polos iguales ¿Qué conclusión obtiene sobre las fuerzas que se ejercen polos iguales? ¿Cómo determinó los polos del imán de barra?

6

¿Cómo fue la fuerza magnética entre los imanes conforme la separación entre ellos decrece?

7

¿Si la separación disminuye a la mitad, la fuerza crece el doble?


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PASO 4

PRUEBA NO. 2:

Oriente al azar los alfileres magnetizados. CARACTERÍSTICAS DE LAS LÍNEAS DEL CAMPO MAGNÉTICO

Objetivos 1. INVESTIGAR CÓMO SON LAS LÍNEAS DE INDUCCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO B.

PASO 5 Presione el botón eléctrico que está en el gabinete del dispositivo, para aplicar una diferencia de potencial de 6 voltios a la bobina, lo que producirá una corriente eléctrica en ella.

Equipo y Materiales 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8.

Una bobina rectangular de 90 vueltas. Veinte agujas magnetizadas, tipo compás. Un solenoide de 50 vueltas. Una fuente de voltaje de 6 Voltios y 3 amperios ó su equivalente 1 batería de 6 voltios para cada aparato. Un alambre conductor recto. Una espira. Una bobina circular de 50 vueltas. Una bobina alargada.

ALFILERES

ALAMBRE RECTO

PROCESO DE ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL CAMPO MAGNÉTICO

Fig. 1.23

PASO 1

Paso 6

Prepare el material, equipo y herramientas según los requerimientos de la práctica. PASO 2 Seleccione la bobina rectangular de 90 vueltas, la cual servirá para observar el campo magnético que produce un alambre recto. PASO 3 Coloque los alfileres magnetizados sobre las agujas del aparato que hacen las veces de punto de apoyo y de eje.

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Observe qué configuración adoptan los alfileres y tome nota de ella. Si tiene dudas sobre la misma, vuelva a orientar al azar los alfileres y luego presione el botón interruptor para aplicar el voltaje a la bobina. PASO 7 Al finalizar la práctica almacene el material, herramientas y equipo. Ordene y limpie el área de trabajo al finalizar la prueba.



BOBINA CIRCULAR

PASO 1 Prepare equipo, materiales y herramientas que utilizará en ésta práctica, según lo indique los procesos. PASO 2 Fig. 1.25 Solenoide

Seleccione ahora la bobina circular de 50 vueltas.

PASO 3 Siga los pasos 3, 4, 5 y 7 para observar las líneas de campo de la bobina circular.

Fig. 1.24 Bobina circular

SOLENOIDE

PASO 1 Prepare el material, equipo y herramienta según se lo indiquen los procesos. PASO 2 Para el tercer elemento que es el solenoide de 50 vueltas, siga los pasos 2, 3, 4 y 5 para observar las líneas de campo magnético, producido por esta disposición.


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R esultados de las pruebas No. 2 1

En el siguiente espacio en blanco dibuje las líneas de campo magnético que observó para el alambre recto.

2

En el siguiente espacio en blanco dibuje las líneas de campo magnético que observó para la bobina circular.

3

En el siguiente espacio en blanco dibuje las líneas de campo magnético que observó para el solenoide.

Preguntas y conclusiones 1

¿Cuáles son las principales características que observó de las líneas de campo magnético para: a) El alambre recto. b) La bobina circular. c) El solenoide.

2 ¿Qué relación existe entre las líneas de campo magnético y el campo magnético en cuanto a su magnitud y dirección?

3

¿Qué tipo de fuerza es la que orienta a los alfileres magnetizados? ¿De dónde proviene esta fuerza?

4

40

Si el campo magnético terrestre fueran suficientemente intenso ¿Hacia dónde se orientarían los alfileres?



1.1.3 MAGNITUDES MAGNÉTICAS Para que usted pueda especificar la intensidad de un imán y su campo magnético, es necesario que defina las magnitudes magnéticas. Además, dichas magnitudes le permitirán la comparación de los distintos materiales magnéticos.

Las unidades relativas al campo magnético son válidas, tanto si el campo es producido por un imán permanente, como si lo es por un electroimán.

1.1.3.1 DEFINICIÓN DE MAGNITUDES MAGNÉTICAS Las magnitudes magnéticas son aquellas características del magnetismo susceptibles de ser medidas. A continuación estudiará las magnitudes magnéticas más importantes. 1.1.3.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LAS MAGNITUDES MAGNÉTICAS Existen imanes más potentes que otros, esto da lugar a los tipos y características de las magnitudes magnéticas.

INDUCCIÓN MAGNÉTICA Si aproxima un imán a las limaduras de hierro, la mayoría de ellas quedan adheridas en la parte de los polos del imán. A partir de una determinada distancia del imán las limaduras ya no se orientan porque las

fuerzas que actúan son débiles. Por tanto, el efecto del campo magnético disminuye con la distancia. Las líneas de campo de un imán pueden discurrir con mayor o menor densidad. La densidad de las líneas de campo diminuye al aumentar la distancia al imán o a la bobina. La magnitud física que permite cuantificar este efecto es la densidad de flujo magnético o inducción magnética. Su unidad es el TESLA, en honor al físico croata, Nicola Tesla. El símbolo de la inducción magnética es “B” , y el símbolo de la unidad es “T”.

1T = 1Vs m2 B = Vs m2

La inducción magnética indica la densidad del flujo magnético en un determinado punto. A continuación se le proporcionan algunos valores aproximados de inducciones magnéticas medidos por un instrumento indicador y una sonda de Hall:

•

Campo magnético de la tierra

•

Campo de un conductor recto

0.00005 T 100 A = 0.00025 T •

Imán Permanente.

•

Electroimán potente.

0.1 T 100 T


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FLUJO MAGNÉTICO Es el conjunto de todas las líneas de fuerza del campo magnético que puede considerarse, salen hacia el exterior, procedentes del polo norte de un imán. Esta magnitud se representa por la letra griega (fi) y su unidad es el Weber, en honor al físico alemán Wilhelm Eduard Weber. El flujo magnético es el producto de la inducción magnética (Densidad de flujo magnético) por la superficie polar del imán. Por tanto la unidad de flujo magnético es igual al producto de las unidades de inducción y de superficie.

= B*A 1 Wb = 1 Vs * m2 m2 1 Wb = 1 V s

El símbolo que se emplea para la permeabilidad es la letra griega µ (mu),

µ= V s Am Para la permeabilidad del Vacío µ

0

µ = 1.257 * 10-6 V s 0

Am

Para la permeabilidad relativa µ

r

µ =µ r µ

0

No existe ninguna unidad para la permeabilidad (para la permeabilidad relativa) ya que es el cociente de dos densidades de flujo.

1.2 ELECTROMAGNETISMO

PERMEABILIDAD Es la capacidad de concentrar las líneas de fuerza magnéticas. Por ejemplo el hierro dulce es muy eficaz para concentrar por inducción las líneas magnéticas dentro de su masa y, en general, toda sustancia que se magnetiza con facilidad concentra el flujo magnético. Por tanto, el hierro dulce tiene una gran permeabilidad. En resumen la permeabilidad es el coeficiente entre la inducción magnética y la intensidad de campo magnético (Ver Sección 1.3 Calculo para circuitos magnéticos.) Los valores numéricos de la permeabilidad para las distintas sustancias se dan en comparación con la del aire o la del vacío. Como el aire, el vacío, o cualquier otro material no magnético, no pueden afectar al

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campo magnético por inducción, su permeabilidad tiene el valor relativo de 1, es decir, el valor de referencia. La permeabilidad de un material magnético es, entonces, igual al número de veces mayor que es la densidad del flujo en él comparada con la densidad del flujo del aire. (Permeabilidad Relativa.)

El fundamento de todos los motores eléctricos es la reacción de un conductor en un campo magnético exterior, la cual produce movimiento. Los generadores se basan también en el mismo fenómeno, pero en sentido inverso, pues en ellos el movimiento de un conductor, dentro de un campo magnético exterior, es el que produce tensión y corriente en dicho conductor.

1.2.1 DEFINICIÓN DE ELECTROMAGNETISMO Existe una relación entre la electricidad y el magnetismo. A esta relación se le llama Electromagnetismo.



1.2.2 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL ELECTROMAGNETISMO La relación entre la electricidad y el magnetismo fue descubierta en 1824 por Oersted, un físico y químico danés . Este observó que la corriente, al circular por un conductor, podía mover a la aguja de una brújula magnética situada exteriormente a dicho conductor. Unos años más tarde, se descubría también el fenómeno inverso: que un campo magnético en movimiento era capaz de obligar a los electrones a desplazarse, produciendo así una corriente. Este importante hecho fue descubierto en 1831, independientemente, por Faraday y Henry. El Electromagnetismo trata de los efectos magnéticos debidos a la corriente eléctrica. Los electrones en movimiento llevan ligado consigo un campo magnético. Y un campo magnético en movimiento es capaz de producir corriente. Estos efectos electromagnéticos tienen muchas aplicaciones en la electricidad moderna. 1.2.3

Entre los puntos c y d del conductor, el campo circular está en planos horizontales porque dicho conductor es vertical, y la misma situación se tendrá en los otros puntos verticales entre los puntos e y f, y a y b. Donde el conductor es horizontal, como entre b y c y entre d y e, el campo magnético estará en planos verticales. Las líneas de fuerza son circulares porque el campo es simétrico respecto al conductor recto, el cual pasa por su centro. La intensidad del campo es máxima en este punto y disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia al conductor. El efecto del campo magnético creado por una corriente se manifiesta también, como se indica en la Figura 1.27, por las limaduras de hierro, que son atraídas por el conductor.

CAMPO MAGNÉTICO EN UN CONDUCTOR

En la Figura 1.26 todas las limaduras de hierro alineadas en anillos concéntricos alrededor del conductor recorrido por corriente, demuestran que: Alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica se forma un campo magnético. El campo magnético consiste en líneas de fuerza circulares, en planos perpendiculares a la corriente.

Fig. 1.26 Limaduras de hierro alineadas según el campo magnético que existe en torno a un conductor por el que circula corriente.

LIMADURAS DE HIERRO Fig. 1.27 Las limaduras de hierro son atraídas por el conductor recorrido por una corriente.

El polo norte de la aguja magnética señala en dirección de las líneas de campo, como lo muestra la Figura 1.28.

Fig. 1.28 El polo norte de las agujas indican la dirección de las líneas de campo magnético en un conductor recorrido por una corriente.


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La dirección del sentido de la corriente en un conductor es señalada por un punto (.) o por una equis (X). Como lo indica la Figura 1.29.

Fig.1.29 Diferentes direcciones de la corriente en dos conductores.

Con ayuda de la regla del tornillo con rosca a mano derecha, puede determinar la dirección de las líneas de campo en torno al conductor como lo indica la Figura 1.30.

Las líneas de c a m p o tienden a acortarse y por e l l o aparece u n a fuerza de atracción. Si hace circular Fig. 1.32 Dos conductores corriente en ambos recorridos por corriente en conductores en diferentes sentidos. sentidos contrarios, las líneas de campo entre los conductores tienen la misma dirección, observe la Figura 1.32. Las líneas de campo ejercen una fuerza transversal y los conductores se repelen.

Fig. 1.30 Tornillo con rosca a mano derecha, indicando el sentido de la corriente (avance del tornillo) y el sentido del campo magnético (sentido de giro).

De manera similar se forma un campo magnético en torno a conductores por los que circula la corriente alterna. El campo magnético varía continuamente de dirección, al igual que la corriente.

Las barras colectoras y devanados que conducen grandes corrientes y no están debidamente afianzadas, se deforman bajo la influencia del campo magnético. la fuerza ejercida es tanto mayor, cuanto mayor es la corriente y cuanto menor es la distancia entre los conductores. Este peligro es aún mayor en caso de cortocircuitos. La Figura 1.33 muestra un motor dañado por un corto circuito.

Si hace circular la corriente en el mismo sentido a través de dos conductores, el campo común envuelve ambos conductores, vea la Figura 1.31.

Fig. 1.31 Dos conductores recorridos por corriente en el mismo sentido.

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Fig. 1.33 Arrollamiento dañado por corto circuito.



1.2.4 CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA RECORRIDA POR CORRIENTE Como se mencionó anteriormente, alrededor del conductor aparece un campo magnético como lo indica la Figura 1.34.

Fig. 1.36 Entrada y salida de las líneas de campo en una espira.

En una bobina usted puede determinar la dirección del campo total en la bobina y con ello, sus polos. Fig. 1.34 Campo magnético resultante, del recorrido de corriente en los conductores.

La espira que forma el conductor se comporta como un imán. En una bobina los campos de las espiras dan lugar a un campo magnético total como lo muestra la Figura 1.35.

Existe otra forma mediante la cual puede determinar la dirección del campo, y es la Regla de la mano Derecha. REGLA DE LA MANO DERECHA: Si se coloca la mano derecha sobre una bobina de modo que los dedos señalen en el sentido de la corriente, el dedo pulgar estirado señala la dirección y sentido de la líneas de campo en el interior de la bobina. Fig. 1.37 Posición de la mano derecha para determinar la dirección del campo.

Fig. 1.35 Formación del campo magnético en el interior de una bobina.

En el interior de la bobina las líneas de campo son paralelas y tienen la misma densidad. El campo allí es homogéneo (o semejante). El lugar de salida de las líneas de campo de la espira es el polo norte, el lugar de entrada es el polo sur de la espira, como lo muestra la Figura 1.36.

LA BOBINA CON NÚCLEO DE HIERRO La causa del refuerzo del flujo magnético es la orientación de los imanes elementales en el hierro. Por esta causa aparecen líneas de campo adicionales en el hierro. Las líneas de campo de la bobina se concentran en el hierro.


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El hierro conduce las líneas de campo mejor que el aire. Mediante un revestimiento con conductor magnético puede proteger, por ejemplo, aparatos de medida muy sensibles contra campos magnéticos externos (Fig. 1.38).

Fig. 1.39 Diagrama de magnetización del hierro y del aire.

Fig. 1.38. Protección con un conductor magnético, en el centro no hay circulación de flujo magnético.

LÍNEAS DE MAGNETIZACIÓN

1.2.5 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR Y DEL GENERADOR La aplicación de los principios del magnetismo y del electromagnetismo permite comprender el funcionamiento del motor y del generador.

PRINCIPIO DEL MOTOR

Cuanto mayor es la corriente, tantos más imanes elementales se orientan en el núcleo.

La densidad de flujo magnético de una bobina sin hierro aumenta en la misma proporción que la corriente de excitación y por consiguiente, con la intensidad de campo. Pero ya no es éste el caso si aumenta el campo de la bobina mediante un núcleo de hierro.

Cuando finalmente están ya todos los imanes elementales orientados, el hierro no puede continuar contribuyendo al flujo magnético, está ya magnéticamente saturado. Si en una gráfica se toman las intensidades de campo H como abscisas y las correspondientes densidades de flujo B como ordenadas, se obtienen las llamadas líneas de magnetización.

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Como ya ha aprendido anteriormente, los polos del mismo nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen. La acción de las fuerzas se presenta, tanto en los imanes permanentes como en los electroimanes. Sobre un conductor recorrido por una corriente y situado en un campo magnético actúa una fuerza. El sentido de esta fuerza depende del sentido de la corriente del conductor y del sentido del campo magnético. Para que tenga una mejor comprensión sobre el fenómeno que estudió anteriormente observe el modelo de las líneas del campo magnético de la Figura 1.40, la composición de los dos campos, el del conductor y el del imán, da lugar a un campo total.



El sentido de la fuerza que actúa sobre el conductor varía también, cuando se modifica el sentido de la corriente. La fuerza, la dirección de la corriente y las líneas de campo son todas perpendiculares entre sí. Si conoce los sentidos de las líneas de campo y de la corriente puede obtener el sentido de la fuerza, con ayuda de la regla de la mano izquierda. Fig.1.40 A la izquierda del conductor las líneas de los dos campos tienen diferentes sentidos y se anularán parcialmente, con lo que el campo será débil. A la derecha del conductor las líneas de los dos campos tienen el mismo sentido por lo que discurrirán más apretadas, obteniéndose un campo más fuerte.

A la izquierda del conductor las líneas de los dos campos tienen diferentes sentidos y se anularán parcialmente, con lo que el campo será débil. A la derecha del conductor las líneas de los dos campos tienen el mismo sentido por lo que discurrirán más apretadas, obteniéndose un campo más fuerte. Como las líneas de campo tienden a ser lo más cortas posibles y a separarse de las otras líneas colindantes, sobre el conductor actuará una fuerza hacia la izquierda (saliendo del imán). El conductor se desviará hacia la zona del campo más débil. Si ahora invierte el sentido del campo del imán de herradura, el campo resultante tendrá una mayor densidad de líneas a la izquierda del conductor, sobre el que actuará una fuerza en sentido contrario o sea hacia la derecha como lo indica la Figura 1.41.

Fig.1.41 El campo resultante tendrá una mayor densidad de líneas a la izquierda del conductor, sobre el que actuará una fuerza hacia la derecha.

REGLA DE LA MANO IZQUIERDA Si coloca la mano izquierda de manera que las líneas de campo entren por la palma de su mano y que los dedos extendidos indiquen el sentido de la corriente, el pulgar extendido le señalará el sentido de la fuerza Fig.1.42 Regla de la mano que actúa izquierda para conocer el sentido sobre el de la fuerza del conductor. conductor. Mientras más conductores recorridos por corriente coloque dentro del campo magnético, mayor será la fuerza que actuará como lo muestra la Figura 1.43.

Fig 1.43 Mas conductores recorridos por corriente dentro de un campo magnético provocará que actúe una fuerza mayor.


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Ahora observe como se comporta una bobina recorrida por una corriente situada en un campo magnético. Una bobina recorrida por una corriente y situada en un campo magnético efectúa un movimiento de giro. El sentido del giro depende del sentido de la corriente en la bobina y del campo magnético. La bobina recorrida por la corriente es un electroimán y tiene por tanto, un polo norte y un polo sur. Como la bobina se encuentra situada en el campo de un imán, los polos de igual nombre se repelen, los polos de distinto nombre se atraen, sobre la bobina actuarán fuerzas que la harán girar. La bobina sólo podrá girar hasta aquella posición en la que coincidan los sentidos de su campo y del imán, como lo indica la Figura 1.44.

Fig. 1.45 Bobina dispuesta para girar hacia la derecha de acuerdo al sentido de la corriente de la bobina y del campo magnético.

La superposición de ambos campos da lugar al espectro magnético representado en la Figura 1.46.

Fig 1.46. Espectro magnético de la superposición de los campos de la bobina y del imán de herradura. Fig.1.44 Bobina dispuesta para girar hacia la izquierda de acuerdo al sentido de la corriente de la bobina y el sentido del campo magnético.

Si ahora se invierte el sentido de la corriente de la bobina, el polo norte de la bobina se convertirá en polo sur y viceversa, con lo que se invertirá el sentido de giro, como lo muestra la Figura 1.45. Este movimiento de giro puede entenderlo también, con la ayuda del campo total resultante de la superposición de los campos del imán de herradura y de la bobina.

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Cada línea de campo tiende a ser lo más corta posible y a separarse de las colindantes. Por tanto actuarán fuerzas que harán girar la bobina en el sentido correspondiente. Cuando modifica la intensidad de la corriente de la bobina o la inducción magnética también variará el ángulo de giro de la bobina. El principio de acción de fuerzas sobre bobinas recorridas por corrientes y situadas en campos magnéticos, los podrá observar en los instrumentos de cuadro móvil, de medida electrodinámicos y principalmente en los motores eléctricos.



PRINCIPIO DEL GENERADOR

En el apartado anterior del principio del motor, estudió las fuerzas que actúan en un campo magnético. Estudió que un conductor movible, situado en un campo magnético, se movía cuando por él circulaba una corriente, es decir, la energía eléctrica se convertía en energía cinética o de movimiento. El principio de un generador es el opuesto. A partir de energía cinética se obtiene energía eléctrica. A continuación aprenderá como se produce exactamente este fenómeno. En el generador fuerzas mecánicas hacen girar espiras conductoras situadas en un campo magnético, por lo que en los terminales del generador aparece una tensión. Cuando en un campo magnético se mueve un conductor, cortando las líneas de campo, en el conductor se inducirá una tensión. El sentido de esta tensión inducida, depende del sentido de movimiento del conductor y del sentido de las líneas del campo magnético. El fenómeno de la inducción de una tensión puede entenderlo de una mejor forma, con ayuda del modelo de las líneas de campo. Al mover el conductor los electrones libres existentes en él también se verán forzados a moverse. El movimiento de cargas eléctricas da lugar a un campo magnético.

Al momento de mover un conductor a través de un c a m p o magnético, aparecerá una fuerza sobre los electrones libres que dará lugar a un desplazamiento de éstos, como lo indica la Figura 1.48.

Fig.1.48 Desplazamiento de electrones en un conductor, al moverlo dentro de un campo magnético.

Los núcleos atómicos positivos se encuentran fijados en la estructura atómica y no pueden desplazarse. De este modo se obtiene una separación de cargas, por lo que aparecerá una tensión. Si se mueve el conductor en el campo magnético de un lado a otro se induciría en aquél, una tensión alterna. Para determinar el sentido de la tensión inducida puede utilizar la regla de la mano derecha, también llamada regla del generador. REGLA DE LA MANO DERECHA Si coloca la mano derecha de modo que las líneas de campo entren a través de la palma de su mano y el pulgar extendido indique el sentido de movimiento del conductor, los demás dedos señalarán el sentido de la corriente que circulará por el conductor.

Aparecen así, campos magnéticos circulares, como se muestra en la figura 1.47.

Fig. 1.47 Campos magnéticos circulares en un conductor recorrido por corriente.

Fig. 1.49 Regla de la mano derecha, para determinar el sentido de la tensión inducida.


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El desplazamiento o movimiento de los electrones hacia uno de los extremos del conductor provocará, alrededor de éste, la aparición de un campo magnético concéntrico, que será de sentido contrario al campo del imán permanente, y por tanto, se opondrá al movimiento del conductor. La ley de Lenz describe éste fenómeno.

La fuerza magnética o inducción magnética de una bobina aumenta con la intensidad de la corriente y con el número de espiras. Por tanto la Fuerza Magnetomotriz depende del producto de la intensidad I por el número de espiras N. Este producto se denomina fuerza magnetomotriz (f.m.m.) Su símbolo es la letra griega que se lee teta y se calcula según la fórmula = I * N

LEY DE LENZ La ley de Lenz denominada así en honor al físico alemán Heinrich Friedrich Emil Lenz, establece que: La corriente inducida por el movimiento de un conductor en un campo magnético tendrá un sentido tal, que se oponga al movimiento que originó dicha corriente. Si ahora modifica la inducción magnética, la longitud efectiva del conductor y la velocidad del conductor, podrá observar que la tensión inducida será tanto mayor, cuanto mayor sea la: Inducción magnética Longitud efectiva del conductor Velocidad del conductor Si utiliza un mayor número de conductores y mantiene constantes las demás condiciones, notará que la tensión inducida también depende del número de conductores.

1.3 CÁLCULO PARA CIRCUITOS MAGNÉTICOS En esta parte observará las magnitudes que intervienen en un circuito magnético generado por medio de una bobina recorrida por una corriente. 1.3.1

FUERZA MAGNETOMOTRIZ (f.m.m.)

Al igual que un imán permanente también una bobina recorrida por una corriente puede originar un campo magnético.

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I = Intensidad de la corriente. N = Número de espiras. La unidad de fuerza magnetomotriz es el amperio, pues el número de espiras es un número sin unidades.

E

jemplo: ¿Calcule la fuerza magnetomotriz de una bobina de 300 espiras, por la que circula una intensidad de corriente igual a 2 Amperios?

Datos: N = 300 Espiras.

I = 2 Amperios.

Solución: = I * N = 300 A * 2 = 600 A. Resultado: La fuerza magnetomotriz es de 600 amperios.

1.3.2 INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO La intensidad del campo de la bobina aumenta si coloca las espiras en forma muy estrecha, puesto que así las líneas de fuerza se juntan en poco espacio. Si las espiras tienen gran separación entre sí, las líneas de flujo magnético también llamadas de campo magnético, deben vencer mayor distancia en el aire y además están más separadas, por lo que se reduce la intensidad de campo.



De ello se deduce que la intensidad de campo de una bobina, depende del número de amperios por cm de longitud media de las líneas de flujo.

El símbolo de la intensidad de campo magnético es la letra H.

La intensidad de campo magnético es el cociente entre la f.m.m. y la longitud de las líneas de campo. H =

l H = Intensidad de campo magnético. = Fuerza magnetomotriz. l = Longitud de las líneas de campo.

En la Figura 1.50 la fuerza magnetomotriz produce el flujo magnético a lo largo del camino o circuito magnético que presenta el núcleo de hierro y el entrehierro (cuando existe) y la reluctancia es la oposición total al flujo. En la reluctancia es muy pequeña en el circuito cerrado de hierro y es necesaria poca fuerza magnetomotriz, para tener una determinada cantidad de flujo magnético. En cambio en b, el entrehierro presenta una gran reluctancia y se necesita mucha mas fuerza magnetomotriz para conseguir la misma cantidad de flujo que en a.

1.3.3 COMPARACIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON LOS MAGNÉTICOS (LEY DE OHM PARA CIRCUITOS MAGNÉTICOS) En el estudio de los electroimanes, puede resultar muy útil establecer ciertas comparaciones con los circuitos eléctricos. El flujo de corriente puede compararlo con el flujo magnético. El flujo magnético es producido por la fuerza magnetomotriz, por tanto si aumenta la fuerza magnetomotriz aumenta el flujo magnético, con lo que puede comparar la fuerza magnetomotriz con la tensión eléctrica, dado que en el circuito eléctrico la intensidad de la corriente es directamente proporcional a la tensión. La oposición a la producción de flujo en un material se denomina Reluctancia, que es comparable con la resistencia óhmica. La reluctancia es inversamente proporcional a la permeabilidad. Así, el hierro tiene una gran permeabilidad y una reluctancia pequeña, mientras que el aire o el vacío poseen poca permeabilidad y una reluctancia grande.

a)

b) Fig. 1.50 Circuito magnético a) El núcleo de hierro tiene poca reluctancia y precisa poca fuerza magnetomotriz. b) La gran reluctancia del circuito con entrehierro necesita más fuerza magnetomotriz.

Estos tres factores: 1. 2. 3.

Flujo Magnético. Fuerza magnetomotriz. Reluctancia.


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Están relacionados por la fórmula siguiente.

= f.m.m. =

I*N

En donde = Flujo Magnético f.m.m. = Fuerza magnetomotriz. = Reluctancia.

1.3.4 HISTÉRISIS MAGNÉTICA Cuando hace circular una corriente en una bobina con núcleo de hierro y luego la desconecta, queda en el hierro una pequeña parte de magnetismo, es decir que algunos de los imanes elementales siguen alineados aún. Este magnetismo residual recibe el nombre de magnetismo remanente. Si desea anular este magnetismo remanente, hay que invertir el sentido de la corriente, aumentando la intensidad hasta anular dicho magnetismo remanente, esta intensidad se llama intensidad coercitiva de campo. Estos procesos de inversión de corriente y sus efectos los puede graficar por medio de una curva llamada de Histéresis. La palabra histéresis proviene del griego HISTÉRISIS y significa “Permanencia” o “Retraso a”.

De la curva se desprende que el hierro completamente desimanado (punto A) presenta con creciente intensidad de campo, una inducción cada vez mayor hasta llegar a la saturación en el punto B. Si interrumpe la corriente eléctrica, desaparece la intensidad de campo de la bobina, pero queda un magnetismo

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remanente R que puede anularse por la intensidad del campo contrario (inversión de la corriente) siendo K la intensidad coercitiva de campo. Si nuevamente aumenta la corriente y con ello la intensidad de campo, el punto c llega por segunda vez a la saturación pero con polaridad inversa. Una reducción en la intensidad de campo produce en R’ nuevamente la remanencia, que se elimina por la intensidad coercitiva de campo K. Un aumento ulterior de la intensidad de la corriente en el nuevo sentido hace subir la inducción magnética hasta el punto de saturación B. El trayecto inicial de A hasta B ya no se alcanza. Esta parte de la curva se llama la curva nueva, puesto que sólo se presenta en materiales nuevos amagnéticos. La magnitud de la superficie circunscrita por la curva es una característica para calificar el trabajo empleado en la inversión de la imantación.

1.4 CÁLCULO DE CONEXIÓN INDUCTORES Los inductores los puede conectar en serie o en paralelo, al igual que las resistencias ohmicas puras. Conexión de Inductancias Las inductancias reaccionan como las resistencias óhmicas si sus campos magnéticos no se inducen mutuamente. 1.4.1 CONEXIÓN EN SERIE La inductancia total es igual a la suma de inductancias parciales. LG = L1 + L2 + L3 + ...

1.4.2 CONEXIÓN EN PARALELO El valor recíproco de la inductancia total es igual a la suma de los valores recíprocos de las inductancias parciales.

1 = 1 + 1 + 1 + ... LG L1 L2 L3



1.5 MAGNETIZADO DE PIEZAS METÁLICAS En la sección 1.4 pudo observar que alrededor de un conductor recorrido por corriente aparece un campo magnético, las líneas de inducción magnética son círculos con centro en el alambre. La intensidad de este campo magnético depende de la intensidad de corriente que circule por el conductor y si fuera el caso de una bobina, esta también aumentaría con el número de vueltas que tenga la misma.

Paso 2 Envuelva la parte metálica del destornillador con el papel Mylar y sujete el papel con el Masking Tape. Paso 3 Sujete la parte del destornillador que no está envuelta con papel, en la prensa mecánica, para que este no tenga movimiento. Paso 4

A continuación podrá comprobar este principio.

1.5.1 PROCESO PARA MAGNETIZAR PIEZAS

MATERIALES Y EQUIPO

El alambre magneto calibre No. 25 es un alambre con un revestimiento de barniz aislante. Tome un extremo del alambre magneto y con la cuchilla quítele 2 centímetros del revestimiento aislante. Paso 5

1. 3 onzas de alambre magneto calibre No. 25. 2. Un destornillador con alto contenido de carbono (Acerado) 3. Papel Mylar de 15 X 25 Cm. 4. Masking tape. 5. Una cuchilla. 6. Una brújula. 7. Un fusible de 20 amperios de vidrio. 8. Un porta fusible. 9. Una prensa mecánica. 10. Una fuente de tensión regulable de 0-120 voltios, corriente continua y alterna.

Empiece a bobinar el destornillador con el alambre y deje una punta saliente de aproximadamente 20 centímetros.

PROCESO DE EJECUCIÓN:

Envuelva parcialmente la bobina con el Masking Tape, para evitar que se afloje.

Para magnetizar piezas metálicas proceda de la siguiente manera: Paso 1

La bobina debe estar los suficientemente apretada y bobinada en orden, solo en la parte aislada por el papel. Recuerde que debe evitar el contacto directo entre el alambre y el hierro. Cuando todo el alambre forme parte de la bobina, vuelva a dejar el extremo final saliente igual que el inicial y quite el aislante. Paso 6

Paso 7 Conecte un extremo de la bobina al porta fusible e introduzca el fusible.

Prepare el material, herramienta y equipo de acuerdo a la orden de trabajo.


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Paso 8 Luego Conecte los dos extremos a la fuente de tensión de 100 V. Paso 9 Desconecte la bobina de la fuente de tensión. Paso 10 Acerque la brújula a cualquiera de los extremos de la pieza, cuando no esté conectada a la fuente de tensión. Paso 11 Almacene en el lugar adecuado el equipo, herramienta y materiales utilizados en esta práctica.

1.6 MOTOR MONOFÁSICO ELÉCTRICO MONOFÁSICO El Motor Universal es similar al de corriente continua con excitación en serie, pero está construido con chapas magnéticas, como los motores de corriente alterna. Esto es, porque en la en corriente alterna, debido a la frecuencia, se calentaría demasiado un núcleo de hierro sólido. Al motor monofásico universal se le puede regular muy bien la velocidad, tanto en corriente alterna, como en corriente continua. Este tipo de motores se emplea, por ejemplo, para accionar electrodomésticos como: aspiradoras, licuadoras, procesadores de alimentos, etc., y máquinas herramientas como: barrenos, sierras caladoras, etc.

1.5.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD CON LA CUCHILLA Cuando esté trabajando con la cuchilla para quitar el revestimiento aislante del alambre magneto, hágalo de forma que cuando ésta realice la operación siempre se aleje de usted. Un descuido puede causarle cortadas profundas y dolorosas.

CON LA FUENTE DE TENSIÓN

Recuerde que la circulación de corriente eléctrica en el cuerpo produce un efecto fisiológico, de manera que debe evitar cualquier contacto directo con el alambre magneto o la fuente de tensión. También evite que circule una intensidad demasiado elevada por la bobina, recuerde que podría dañar la fuente de tensión o cualquier aparato de medición.

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Fig. 1.51 Símbolo que representa al Motor Universal.

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

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



Y desde un punto de vista eléctrico, consta de:

ROTOR, INDUCIDO O ARMADURA DEL MOTOR UNIVERSAL

• Inductor e • Inducido. El rotor del Motor Universal es análogo al de las demás máquinas de corriente continua y se compone de varias bobinas de espiras de alambre esmaltado, situadas en las ranuras del paquete de chapas del rotor. Las terminales de las bobinas se sueldan a las delgas del colector o conmutador. A cada segmento o delga del colector está unido el principio de una bobina y el final de otra. Por lo tanto, la corriente introducida a través de dos escobillas se reparte en dos ramales conectados en paralelo. El devanado del rotor es del tipo llamado de tambor. Fig. 1.52 Componentes del Motor Universal.

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

Fig. 1.54 Partes del Rotor o Inducido.

Fig. 1.53 Composición del Estator.

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


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El aro interior y las bolas de acero giran junto con el eje. Es importante que los cojinetes estén bien engrasados, de lo contrario se sobrecalentaran.

Fig. 1.56 Partes Básicas de un Cojinete.

Fig. 1.55 Partes del conmutador o colector y los carbones.

Las Escobillas se encuentran en la zona neutra del colector, pues aquí la tensión entre dos delgas colindantes es aproximadamente nula.

LOS ESCUDOS O TAPADERAS DEL MOTOR UNIVERSAL Las tapaderas es una placa metálica donde se encuentran montados los cojinetes y las escobillas o carbones.

Las escobillas de carbón tienen un tamaño tal, que abarca dos delgas, con lo que se evita una interrupción de la circulación de la corriente. Los Portaescobillas sujetan las escobillas, de modo que estas puedan frotar la superficie del colector, con presión regulable. Las escobillas se fabrican de carbón o de grafito.

Cuando el Motor Universal está funcionando, el rotor está girando. El eje del rotor es soportado en cada extremo por dos cojinetes que se encuentran en los escudos o tapaderas, de modo que pueda girar libremente. El cojinete permite el libre desplazamiento del rotor sobre su eje, evitando el sobrecalentamiento del eje y su desgaste. Algunos aparatos pequeños con motor universal en lugar de cojinetes utilizan bushings. El bushing se fabrica de bronce para facilitar el deslizamiento del eje del motor. Cuando estos se desgastan, se compran nuevos para el repuesto. Un cojinete está formado por dos aros o anillos de acero, entre los cuales se alojan varias bolas de acero. Fig. 1.57 Partes del Portaescobillas.

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1.6.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL

1.6.4 CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS DEL MOTOR UNIVERSAL

Los Motores Universales tienen prácticamente la misma construcción que los motores de corriente directa, ya que tienen un devanado estator, un rotor con escobillas y un conmutador.

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

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

Esta acción de empujar y halar produce la acción de giro del rotor a través del campo magnético del devanado del estator, estableciendo de esta manera la operación del motor.

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

Fig. 1.58 Conexión de devanados del Motor Universal (Simbología Europea) y sus partes.

1) Red de Alimentación. 2) Fusible de Protección. 3) Interruptor de encendido y apagado. 4) Caja de bornes. 5) Devanados del Estator. 6) Carbones o Escobillas. 7) Rotor, Inducido o Armadura.


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de un motor, debe analizar cuidadosamente las consecuencias. El cambio de sentido de giro del motor universal, lo puede realizar cambiando las conexiones de los carbones o escobillas, tal como se ve en la Figura 1.60. Otras veces, se montan dos devanados en el estator por los que la corriente circula en sentido opuesto, y se invierte el sentido de giro con un conmutador exterior (Fig. 1.61). Fig.1.59 Conexión de devanados del Motor Universal. (Simbología americana).

Para conseguir que el comportamiento de régimen del Motor Universal sea el mismo para corriente continua que para alterna, utilice la conexión de la Figura 1.60, en la cual, el número de espiras del devanado principal para conexión a corriente continua será mayor que el del devanado para conexión en corriente alterna.

Fig. 1.61 Modo de invertir el sentido de giro en un motor universal, conmutando las conexiones de las escobillas o carbones.

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

Fig. 1.60 Motor Universal de igual comportamiento en corriente alterna que en continua.

1.6.5 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR UNIVERSAL El sentido de rotación o giro de algunos Motores Universales de aparatos accionados con ellos no puede ser cambiado, ya que al hacerlo, podrían dañarse dichos aparatos o las personas que los operan, por lo que antes de efectuar un cambio de sentido en la rotación

58

Fig. 1.62 Motor Universal con dos devanados del estator para invertir el sentido de giro utilizando un conmutador.

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



1.6.7 REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD DE GIRO EN EL MOTOR UNIVERSAL La Regulación de la frecuencia de giro o velocidad de giro de un Motor Universal puede ajustarla con un autotransformador con varias salidas y un conmutador de varias posiciones. El autotransformador es una máquina eléctrica estática con un circuito magnético, igual al del transformador, y su circuito eléctrico único, primariosecundario, del que se sacan tomas para obtener tensiones, en este caso inferiores a la red, para aplicaciones diversas, según las necesidades. Para el control de la velocidad aplique la siguiente regla: • Más espiras, menos velocidad y • Menos espiras, más velocidad. Como ejemplo de aplicación de esta forma de regulación de velocidad está la licuadora eléctrica (Fig. 1.64) Fig. 1.63 Diagrama de conexión de un Motor Universal para dos tensiones y sus partes.

A. Devanado del Estator. B. Rotor y Carbones. C. Capacitor para filtrar corrientes parásitas. D. Resistencia. E. Conmutador de 2 posiciones. F. Conexión a la red 120 ó 220 voltios.

1 6

En la Figura 1.63, el conmutador selecciona los circuitos 1 o 2. En la posición 1, la tensión de 120 voltios de la red llega directamente. En la posición 2, La tensión de 220 voltios de la red queda reducida por medio de una resistencia R, conectada en serie, de forma que la tensión que le llegará al motor universal será únicamente 120 voltios, como en el caso 1, de alimentación directa.

5

2

3 4 Fig. 1.64 Partes principales de una Licuadora Eléctrica.


59


1.

Vaso plástico o de vidrio donde se licua el producto, desmontable del soporte. Soporte.

2. 3.

Tablero de mando para encender, apagar y seleccionar velocidad. 4. Cable de conexión a la Red.

5. 6.

Motor Universal, en la parte interna.

Cuchillas que realizan el licuado.

Fig. 1.66 Forma de variar la velocidad del Motor Universal con un Reóstato.

1.7

Fig. 1.65 Diagrama eléctrico de una licuadora de varias velocidades y sus partes.

1. Devanado del Estator. 2. Rotor y Carbones o escobillas. 3. Devanado del Estator funcionando como Autotransformador. 4. Conmutador de varias posiciones. 5. Capacitor actuando como filtro antiparásito. 6. Pulsador de encendido y apagado. 7. Conexión a la red eléctrica.

PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR UNIVERSAL Y CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO

Para conectar un motor universal proceda de la siguiente forma:

Paso 1 Prepare el equipo, la herramienta y los materiales a utilizar. Paso 2

O

tras formas de variar la velocidad de un Motor Universal incluyen la utilización de: • Diodos • Resistencias fijas • Reóstatos • Triac

60

Mida el voltaje de la fuente de alimentación a la cual desea conectar el motor universal. El voltaje de la fuente debe ser ± 7.5% del voltaje de la placa de datos del motor universal. Si no respeta este valor de tensión, el motor universal puede funcionar con ciertos inconvenientes, o quemarse. Paso 3 Verifique que el interruptor, para accionar el motor universal esté en la posición de apagado.



Paso 4 Conecte la espiga de su motor universal a la fuente de tensión. Si no tiene espiga, conecte los cables de alimentación del motor a la fuente de tensión, asegurándolos firmemente.

1.8 PROCESO PARA VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR UNIVERSAL

Paso 5

Para variar la velocidad de un motor universal, consiga una licuadora de varias velocidades y proceda de la siguiente forma:

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

Paso 1

Paso 6

Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar.

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

Paso 2

Paso 7 Pare el motor, regresando el interruptor a la posición de apagado.

Mida el voltaje de la fuente de alimentación a la cual desea conectar el motor universal. El voltaje de la fuente debe ser ± 7.5% del voltaje de la placa de datos del motor universal. Si no respeta este valor de tensión, el motor universal puede sufrir daños especialmente cuando tiene la carga instalada, o no funcionar adecuadamente. Paso 3

Paso 8

Verifique que el interruptor esté en la posición de apagado.

Desconecte el motor universal de la fuente de tensión.

Paso 4

Paso 9

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

Para invertir el sentido de giro del motor universal, asegúrese de que el motor esté diseñado para girar a la derecha y a la izquierda. Luego, destape el motor universal y conmute las conexiones de las escobillas o carbones, tape de nuevo el motor y repita los pasos del 2 al 8. Paso 10 Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

Paso 5 Seleccione y accione una velocidad de la licuadora. Paso 6 Observe que el motor arranca correctamente, se queda funcionando sin producir ruidos extraños, ni humo y compruebe el sentido de giro del motor. Mida corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación y compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o de datos del motor.


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Paso 7 Paso 2 Pare el motor, regresando el interruptor a la posición de apagado.

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

Paso 8 Paso 3 Desconecte la licuadora de la fuente de tensión. Colóquese gafas protectoras y mascarilla para protegerse los ojos y pulmones del polvo y suciedad que saldrán del motor.

Paso 9 Destape la licuadora y compare las conexiones con las de la Figura 1.65. Luego vuelva a tapar la licuadora. Paso 10 Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

Paso 4 Con un compresor de aire o con una secadora de pelo (teniendo cuidado de no calentar demasiado el motor con aire caliente), sople el motor.

Paso 5

1.9 MANTENIMIENTO DEL MOTOR UNIVERSAL Una vez en funcionamiento el aparato que contenga el motor universal, revise de tiempo en tiempo sobre todo, las partes del aparato que están sujetas a desgaste; por ejemplo, cojinetes, carbones, colector, etc. Durante estas revisiones reponga los elementos que haya sufrido un desgaste exagerado. 1.9.1

LIMPIEZA DEL MOTOR UNIVERSAL

Uno de los factores que puede evitar que el Motor Universal o cualquier otro motor funcione normalmente, es debido a una suciedad excesiva de polvo, grasa, harina, humos o vapores corrosivos y otros agentes contaminantes. Por lo que, se le recomienda efectuar una limpieza periódica del motor. PROCESO DE LIMPIEZA DEL MOTOR UNIVERSAL Para limpiar el motor proceda de la siguiente forma:

Con una brocha de mano de 1.25 cm, limpie los lugares que quedaron sucios. Paso 6 Si el motor contiene grasa que no sale con la brocha, ni soplándolo, utilice un atomizador especial para limpieza de motores y siga cuidadosamente las instrucciones de este. Paso 7 Si no cuenta con un atomizador especial, puede utilizar detergente con agua aplicado a presión y luego aplique aire seco para quitar la humedad.

1.9.2 MANTENIMIENTO DE LOS COJINETES DEL MOTOR UNIVERSAL Los cojinetes facilitan el deslizamiento del rotor, evitando el sobrecalentamiento del eje y su desgaste. La lubricación consiste en el engrasado o aceitado de los cojinetes. Los motores universales utilizan

Paso 1 Desconecte el motor de la fuente de tensión.

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chumaceras,otros motores tienen cojinetes sellados que no necesitan que se les aplique grasa. La grasa dentro de los soportes sellados se endurecerá si el Es importante aparato no se usa que los durante un período cojinetes estén relativamente largo de bien tiempo y el cojinete engrasados, de completo deberá lo contrario se cambiarse. Otros sobrecalentarán. cojinetes necesitan aceitarse o rellenarse con grasa de alta velocidad. Es importante que sepa que el exceso de grasa es tan malo como la falta de ella. Los cojinetes engrasados con exceso expulsarán el exceso de grasa dentro del motor. La grasa o aceite llegará a las escobillas, al conmutador, al interruptor del motor, a los devanados, etc. Recuerde que el aceite o grasa ataca y puede destruir los aislamientos. Cuando observe que los cojinetes están limpios y en buen estado, no necesita removerlos.

PROCESO DE REVISIÓN DE LOS COJINETES DEL MOTOR Para observar si los cojinetes están en buen estado, desconecte el motor de la fuente de tensión, y utilice las siguientes técnicas: 1. Gire el rotor sobre su eje con la mano. Detecte que no existan rozamientos entre el rotor y el estator ni atrancamiento. Debe haber un deslizamiento libre y suave del rotor. 2. Mueva hacia arriba y abajo el extremo libre del eje del motor del lado del accionamiento (Fig. 1.67). Si el eje se mueve, el cojinete o el mismo eje pueden estar desgastados y deberá sustituir uno o ambos.

3. Otra forma de verificar que los cojinetes están en buen estado es la siguiente: haga que el motor universal se mueva a una velocidad muy baja, (sin la carga instalada) alimentándolo solamente con 35 voltios de corriente alterna. Si el cojinete está dañado hará un ruido estridente y deberá cambiarlo.

Fig. 1.67 Comprobación del estado de los cojinetes, moviendo el eje hacia arriba y abajo. Si el eje se mueve, el cojinete o el mismo eje están desgastados.

1.9.3 MANTENIMIENTO DE LOS CARBONES O ESCOBILLAS Como las escobillas rozan con el conmutador, se desgastan y se acortan de la misma manera que la punta de un lápiz cuando se escribe con él. Compruebe siempre que las escobillas se muevan libremente en sus soportes o portaescobillas. Si están muy apretadas o pegajosas, el resorte tensor no alcanza a empujarlas hasta el conmutador. Si los carbones y el conmutador no están en contacto, el motor se detendrá. Cuando los carbones están pegajosos, retírelos del portaescobillas y limpie ambos con un trapo con gasolina. Sea cuidadoso. Tome todas las precauciones contra incendios. Revise la longitud de los carbones, cuando los carbones se van acortando el resorte no alcanza a presionarlos contra el conmutador. Esto puede causar un falso


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contacto, provocando calentamiento y daños en el motor o simplemente, que deje de funcionar. Cuando las escobillas resultan muy cortas sustitúyalas por otras nuevas. Cuando cambie los carbones o escobillas, debe arreglarlas de modo que al tocar el conmutador hagan un contacto máximo. La Figura 1.68 muestra la forma correcta de adaptar los carbones o escobillas al conmutador y la Figura. 1.69 muestra la forma incorrecta. Note cómo la forma correcta sigue la curva del conmutador. La adaptación de los carbones a la curvatura del conmutador se hace mediante papel de lija de grano fino. Cuando el carbón o escobilla están mal adaptados esto causa chispas y fuego en el colector.

PROCESO DE ADAPTACIÓN DE CARBONES O ESCOBILLAS

Para adaptar los carbones o escobillas a la curvatura del conmutador proceda de la siguiente forma:

Paso 1 Desconecte el motor de la fuente de tensión. Paso 2 Coloque los carbones nuevos en el portaescobillas, bajo la tensión normal del resorte. Paso 3 Corte una tira de papel de lija fina, del tamaño del conmutador. Paso 4 Separe un carbón del conmutador y coloque la lija entre el carbón y el conmutador con la cara áspera hacia la escobilla.

Fig. 1.68 Forma correcta de adaptar los carbones al conmutador.

Paso 5 Suelte el carbón para que el resorte la presione contra la lija. Paso 6

Fig. 1.69 Forma incorrecta de adaptar los carbones al conmutador.

Hale el papel de lija de modo que el conmutador gire primero en un sentido, y después en sentido opuesto; la lija hará una curva en la escobilla igual a la del conmutador. Esto se logra con cuatro o cinco vueltas del conmutador (Fig. 1.70). Luego, realice el mismo procedimiento con el otro carbón.

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

64



Cuando el conmutador está sucio, pero no picado ni áspero, límpielo con una tela suave y vaselina. La vaselina elimina el polvo de carbón sin dañar la superficie del conmutador. Elimine el sobrante de vaselina con una tela seca y limpia. La limpieza del conmutador puede realizarla también con una lija muy fina, pero tomando la precaución de no lijar duro y demasiado, para no dañar el conmutador.

PROCESO DE LIMPIEZA DEL CONMUTADOR Si la superficie del conmutador está raspada o picada, debe pulirla con un taladro utilizando papel de lija fina, proceda de la siguiente forma: Paso 1:

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

Paso 7

Paso 2:

Coloque el rotor con el conmutador cerca del porta brocas.

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

Paso 3:

Haga girar el taladro a la velocidad mínima.

Fig. 1.70 Forma de adaptar los carbones al conmutador con papel de lija fina.

Paso 8

Paso 4:

Sostenga el papel de lija fina, frotando en forma uniforme alrededor de todo el conmutador. (Fig. 1.71)

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

1.9.4

MANTENIMIENTO DEL CONMUTADOR O COLECTOR

Los conmutadores deben limpiarse a fondo, a cada cierto tiempo, quitándoles todo, el polvo o suciedad que los recubra, sobre todo se recomienda que efectúe esta limpieza cada vez que cambie los carbones o escobillas. En muchos motores pequeños es necesario quitar el rotor para limpiar el conmutador. Al desmontarlo debe tomar la precaución de comprobar el orden de las piezas, para que al volver a armar el motor deje todo como estaba.

Fig. 1.71 Forma correcta de limpiar un conmutador utilizando papel de lija fina.


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Paso 5:

Observe que el conmutador haya quedado bien en todo su contorno y desmonte el rotor del taladro.

Si este tratamiento no elimina las asperezas o el conmutador no está perfectamente cilíndrico, debe ser rebajado en un torno por un tornero experimentado. Es importante que no existan raspaduras en los segmentos de cobre de un conmutador porque arrancarían pedazos de carbón de las escobillas y el conmutador quedaría cubierto por una capa negra en pocas horas de trabajo. Cuando un motor universal está funcionando se producen chispas en cantidad moderada, entre las escobillas y los segmentos del conmutador. Esto desgasta los segmentos de cobre hasta quedar por debajo del nivel de aislante de mica (Fig. 1.72). Cuando sucede esto, la mica impide el contacto eléctrico satisfactorio entre las escobillas y los segmentos de cobre. Esta situación se conoce como mica elevada.

Fig. 1.73 Conmutador de forma correcta, con los segmentos de cobre con un nivel más alto que el de la mica.

PROCESO DE DERRUBIADO DEL CONMUTADOR Cuando sea necesario realizar el derrubiado proceda así: Paso 1 Sujete el rotor de manera que el conmutador quede dispuesto para la limpieza. Paso 2 Tome una cuchilla previamente fabricada con hoja de sierra (Fig.1.74) o bien con fresas especiales para el efecto.

Fig. 1.72 Mica elevada en un conmutador.

La mica elevada puede evitarse muchas veces con sólo asegurarse que los carbones o escobillas sean adaptados correctamente al poner nuevos. Los segmentos de mica deben rebajarse tan pronto como el cobre dé señales de acercarse al nivel de la mica. Esta operación se conoce como derrubiado y consiste en rebajar la mica para que su nivel sea inferior al de los segmentos de cobre (Fig. 1.73).

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Fig. 1.74 Forma de fabricar una cuchilla para el derrubiado del conmutador.

Paso 3 Pase la cuchilla cuidadosamente a lo largo de la mica hacia el lado del eje, hasta que su altura esté de



1 a 1.5 mm debajo del nivel de los segmentos de cobre (Fig. 1.75).

adecuada ventilación del motor y ocasiona calentamientos anormales.

1.9.6

ANÁLISIS DE FALLAS EN EL MOTOR UNIVERSAL

A pesar de las precauciones que se puedan tomar, los motores universales, sufren averías, es decir, fallas en su funcionamiento y deben repararse. En la mayoría de los casos, las averías se originan por circunstancias fortuitas. Es necesaria, para la reparación, una previa localización de la avería, utilizando para ello instrumentos y métodos adecuados. Fig.1.75 Forma de realizar el derrubiado.

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

Para fines de análisis de fallas de un motor universal se debe considerar que consta de cinco componentes principales que son:

Paso 4

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

Haga lo mismo con los demás espacios de mica. Paso 5 Pula el conmutador con papel de lija fina para eliminar cualquier aspereza, es decir, que debe quedar libre de rebabas. Paso 6 Limpie el conmutador y su área de trabajo del polvillo de mica y cobre.

1.9.5

MANTENIMIENTO DE LOS DEVANADOS

El cuidado de los devanados se limita a mantenerlos siempre limpios, utilizando en su limpieza periódica chorros de aire que se lanzan sobre las diversas partes de los arrollamientos, como se indica en el proceso de limpieza del motor universal. La suciedad impide la

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE AVERIAS EN APARATOS CON MOTOR UNIVERSAL

Cuando ocurre un problema en un motor universal, es necesario determinar primero cual de estos componentes no EN funciona. Para S OR A T M O localizar averías E L M B se le recomienda O UN el siguiente PR proceso: Paso 1 Cuando reciba el aparato que contenga el motor universal pregunte la posible causa de fallo del aparato. Escuche, anote y analice la información. Haga una revisión general de aparato observándolo


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CORDONES Y CONTROLADORES

cuidadosamente. Si el motor huele a quemado y los devanados se ven negros, este tendrá que rebobinarse o cambiar el devanado quemado por uno nuevo.

Los cordones y controladores de los aparatos electrodomésticos y de herramientas eléctricas que es donde más se utiliza el motor universal, son las partes que reciben el peor trato.

Paso 2 Si el motor no está quemado, pruebe el aparato en un tomacorriente con una tensión acorde al aparato para que esté protegido adecuadamente. Si el aparato funciona correctamente, esto indica que no se estaba utilizando en una tensión o tomacorriente apropiados. Si este no funciona adecuadamente, deberá observar donde puede estar la falla y desconectar inmediatamente.

Los cordones son arrastrados alrededor de los muebles, torcidos y estirados, pisados, se les jala en lugar de desconectar de la clavija (espiga) y son tratados como un pedazo de cuerda. Además, se tiene la mala costumbre de desconectar la espiga antes de apagar el aparato con el controlador y esto causa que se dañe el cordón.

Paso 3 Si la protección de su tomacorriente se dispara inmediatamente, significa que hay un cortocircuito.

P

O AS

S

Recomiende siempre a las personas que utilizan estos aparatos que antes de desconectar el cordón, los apague con el controlador y halen de la espiga y no el alambre. Además que traten con cuidado el cordón y no lo coloquen en cualquier lugar donde pueda sufrir daños.

Paso 4 Con el aparato desconectado mida la continuidad para verificar circuitos abiertos en el cordón (alambre o cable de conexión a la red).

Los controladores son utilizados para encender y apagar constantemente los aparatos, es cierto que están diseñados para esto, pero tienen un tiempo de vida el cual no permite que sigan funcionando.

Paso 5 Si el cordón está en buen estado prosiga a medir continuidad al controlador o interruptor de encendido y apagado.

La falla del cordón y del controlador se puede determinar midiendo continuidad con una lámpara de prueba o con el multímetro según lo aprendido en el módulo de Mediciones Eléctricas Básicas.

LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN EL DEVANADO DEL

Paso 6

ESTATOR

Observe el estado de los carbones y el conmutador. Las causas de falla en el devanado del estator o inductor pueden ser: un alambre roto, espiras en corto circuito, falla a tierra y falsos contactos.

Paso 7 Verifique el estado de los cojinetes, chumaceras o bushings.

PROCESO DE CIRCUITOS ABIERTOS EN EL DEVANADO DEL ESTATOR

Paso 8 Verifique el estado de los devanados, tanto del estator como del rotor.

68

Para la localización de un alambre roto o un circuito abierto en el devanado del estator con una lámpara de prueba, proceda de la siguiente forma (Fig. 1.76):



Paso 1

Paso 1

Desconecte los campos 1 y 2 del resto del circuito.

Desconecte los campos 1 y 2 del resto del circuito.

Paso 2

Paso 2

Quite el aislamiento de las conexiones.

Quite el aislamiento de las conexiones.

Paso 3

Paso 3

Conecte una punta de su lámpara de prueba a un extremo del devanado del estator y la otra como muestra la figura 1.76 en posición A.

Vea la figura 1.77 y conecte una punta de su lámpara de prueba a la carcasa del motor (3) y la otra en la posición A.

Paso 4

Paso 4

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

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

Paso 5

Paso 5

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

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

Paso 6 Si por ejemplo el devanado 2 tiene falla, la lámpara no encenderá aunque la coloque en las posiciones A o B.

Fig. 1.76 Localización de alambres rotos o cirucuitos abiertos en los devanados del estator. Si hay una rotura en el devanado 2, la lámpara no encenderá ni en la posición A ni en la B.

Paso 6 Si la lámpara prende o chispea, esto indica que hay falla.

Fig. 1.77 Localización de fallas a tierra en los devanados del estator. Los devanados se prueban por separado, si la lámpara prende o chispea, esto indica que hay falla.

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE FALLAS A TIERRA Para localizar una falla a tierra utilizando la lámpara de prueba proceda de la siguiente forma:

Para determinar si hay espiras en corto circuito, mida la resistencia de cada bobina del devanado por separado, debiendo tener estas el mismo valor.


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LOCALIZACIÓN DE FALLAS EN EL ROTOR O INDUCIDO Las causas de falla en el rotor o inducido pueden ser falla a tierra, corto circuito o circuito abierto.

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE FALLAS A TIERRA EN EL INDUCIDO

demás y corta el aislamiento del conductor. Observe cuidadosamente las esquinas de las ranuras, comprobando si las tiras aislantes de ellas se han deslizado, ocasionando algún contacto directo con el núcleo; si tal cosa sucede, repare la avería, colocando un trozo de tira aislante en el sitio averiado y sujetándolo al arrollamiento.

PROCESO DE LOCALIZACIÓN DE CORTOCIRCUITO

Para localizar una falla a tierra o contacto a masa del rotor o inducido con la lámpara de prueba, proceda de la siguiente forma: Paso 1 Desmonte el inducido y colóquelo en una posición segura, lista para realizar la medición. Paso 2

EN EL INDUCIDO

Para localizar cortocircuitos en el inducido con el Growler y una hoja de sierra, proceda de la siguiente forma: Paso 1 Coloque el inducido sobre el Growler (Fig. 1.79). Paso 2

Vea la figura 1.78 y conecte uno de los extremos de la lámpara de prueba a una delga del conmutador y el otro extremo al eje. Paso 3 Si la lámpara se enciende o produce chispa, entonces hay una falla a tierra o contacto a masa.

Conecte el Growler a la fuente de tensión. Paso 3 Coloque la hoja de sierra en forma longitudinal sobre el inducido. Paso 4 Si siente que la hoja de sierra vibra y escucha un zumbido, quiere decir que en la ranura superior correspondiente hay una bobina en falla. Paso 5

Fig. 1.78 Localización de falla a tierra o contacto a masa del inducido. Si la lámpara se enciende o produce chispa, entonces hay falla.

La falla a tierra o contacto a masa, muchas veces podrá encontrarlos a simple vista. Estos contactos se forman, por lo general, en las esquinas de las ranuras al doblar las bobinas del inducido, o bien, dentro de las ranuras si alguna chapa del núcleo sobresale de las

70

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

Fig. 1.79 Localización de cortocircuito en el inducido, mediante Growler y hoja de sierra.



1.10 MAGNITUDES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS El motor eléctrico es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Por lo tanto, usted deberá comprender las magnitudes eléctricas y mecánicas, que se presentan al trabajarlos. 1.10.1 MAGNITUDES MECÁNICAS En la sociedad moderna, altamente industrializada, se precisan máquinas motrices de propiedades muy variadas. Estas deben funcionar produciendo un mínimo ruido y contaminar al mínimo el ambiente. Por otro lado, es conveniente que su construcción sea compacta y su manejo fácil. Además de que su precio de adquisición no es excesivo, deben trabajar económicamente y con un mínimo mantenimiento. Según su campo de aplicación se precisan de diversas potencias. Por otra parte, la gama de velocidades de giro es también muy amplia. Para que emplee los motores eléctricos monofásicos correctamente, son de suma importancia sus magnitudes mecánicas, tales como: • la velocidad de giro o frecuencia de giro, • el par y la potencia mecánica.

VELOCIDAD O FRECUENCIA DE GIRO

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

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

El concepto de par motor o par de rotación es equiparable al de fuerza. Sin embargo, el término fuerza se emplea al hablar de movimiento rectilíneo, y el de par se utiliza en relación con un movimiento rotatorio. El par es el movimiento de una fuerza, es


71


decir, el producto de la fuerza por la longitud del brazo de palanca se denomina par de la fuerza.

M= Fx s M= Par motor en Nm F = Fuerza en Newton s = Longitud del brazo de palanca en metros Los valores de par mas empleados en los motores monofásicos son el par de arranque y el par normal o a plena carga. El par de arranque, conocido también como par a rotor bloqueado, es el que desarrolla el motor, al ser puesto en marcha. Es importante que el par de arranque de un motor sea adecuado, para poder mover una carga de inercia elevada sin que el motor tienda a frenarse o sufrir calentamiento excesivo. El par normal o a plena carga es el que desarrolla el motor para proporcionar la potencia nominal a la velocidad nominal a plena carga.

POTENCIA La potencia mecánica de un motor está determinada por el par y la velocidad de giro.

La potencia nominal viene indicada en la placa de datos del motor y se indica en HP (Caballo de fuerza) o en KW (Kilovatios). El motor desarrolla la potencia nominal en su eje cuando, se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factor de servicio de 1.0.

Cuando el motor trabaja a su potencia nominal correcta, se obtiene un costo total mínimo por el trabajo realizado. Si el motor trabaja con una carga mayor que la de su capacidad, esta sobrecargado, y su vida útil se reduce. Cuando trabaja constantemente con poca carga se desperdicia la capacidad instalada del motor.

FACTOR DE SERVICIO Cuando en la placa de datos de un motor se señala un factor de servicio mayor de 1.0, este factor indica la capacidad de sobrecarga del motor a la tensión y frecuencia nominales. Puede decirse que un motor con factor de servicio de 1.15 tiene un margen en cuanto a su elevación de temperatura al 100% de carga, lo cual le permite operar con sobrecargas hasta del 115% sin exceder la capacidad térmica de aislamiento. Sin embargo, debe tener presente que el funcionamiento continuo dentro del intervalo del factor de servicio hará que se reduzca la duración esperada del sistema de aislamiento. 1.10.2 MAGNITUDES ELÉCTRICAS

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

Casi todos los datos de placa se relacionan con las características eléctricas del motor, de manera que es importante que lea siempre estos datos para poder instalar correctamente un motor.

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

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1.

P R O P I E D A D E S MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES En grupos de 5 personas comprueben con un imán, las propiedades magnéticas de los siguientes materiales: hierro dulce, acero, aluminio, cobre, bronce, plata, plástico, papel, madera y concreto. Tomen 15 minutos para que cada uno explique a los demás integrantes de su grupo el comportamiento de los distintos materiales. Luego elaboren una tabla que indique el tipo de material y su respectivo comportamiento en una hoja de rotafolio y realicen una exposición oral ante los demás grupos de trabajo.

2.

VERIFICACIÓN LOS POLOS MAGNÉTICOS DE LA TIERRA

En grupos de 3 personas determinen el polo norte y polo sur magnético de la tierra, utilizando una brújula. Observen el comportamiento de la brújula y verifiquen el resultado con un mapa de su región. Luego discutan el resultado con los demás grupos de trabajo.

3.

APLICACIÓN DEL ELECTROIMAN

Elabore una lista de 10 accesorios que funcionen con electromagnetismo y a la par describa el principio de funcionamiento y la función que realiza el electroimán en cada uno de los aparatos. Presente un reporte a su facilitador.

4.

5.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE UN MOTOR UNIVERSAL

En grupos de 3 personas elaboren un resumen del mantenimiento que debe realizarse a las partes de un motor universal. Asimismo, describan el proceso de análisis de las fallas de los componentes principales e indiquen las acciones correctivas que deben aplicarse.

6.

TIPOS DE ESCOBILLAS Y BUSHINGS

Investigue en distribuidores locales de repuestos para motores universales, los distintos tipos, marcas y características de escobillas (carbones) y de los bushing (bujes) que existen en el mercado. Elabore un listado de los mismos, escríbalos en una hoja de papel rotafolio y déjela en un lugar visible dentro del aula o taller donde se realiza la capacitación.

7.

MEDIDAD DE SEGURIDAD PERSONAL Y PROTECCIÓN AMBIENTAL

Elabore un listado de las medidas de seguridad personal y de protección ambiental que usted considera que deben tomarse durante la reparación de un motor universal, relacionadas al uso de equipo, herramientas, materiales e instalaciones de trabajo en la empresa. Luego escríbalas en una hoja de papel rotafolio y déjela en lugar visible dentro del aula o del taller donde se realiza la capacitación.

FUNCIÓN DE LAS PARTES DEL MOTOR UNIVERSAL

Forme grupos de 5 personas y nombre un expositor, tomando 15 minutos de trabajo en equipo, dibujen en una hoja de papel rotafolio el esquema de un motor universal indicando el nombre de cada parte. El expositor deberá pasar frente a todos los demás grupos y explicar la función de cada una de las partes del motor universal.


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RESUMEN

1

UNIDAD

S

e le llama magnetismo al conjunto de fenómenos invisibles, capaces de realizar un trabajo mecánico de atracción o repulsión. El magnetismo es producido por el movimiento de partículas cargadas y lo manifiestan unos cuerpos llamados imanes. Un imán es un cuerpo que atrae hierro níquel y cobalto. Todo imán tiene dos puntos opuestos llamados Polos del Imán. En estos dos puntos la fuerza magnética es máxima. Los imanes se dividen en dos grandes grupos que son los imanes naturales y los imanes artificiales. De las fuerzas magnéticas resulta la ley de polos, la cual dice: Los polos de distinto nombre se atraen. Los polos de igual nombre se repelen. En toda región que rodea a un imán, existe un campo magnético invisible, que se representa mediante líneas llamadas Líneas de campo magnético. Las líneas del campo magnético van del Polo Norte al Polo Sur, en el exterior del imán, y del Polo Sur al Polo Norte, en el interior del imán. Generalmente se fabrican aleaciones para aumentar la permeabilidad, como por ejemplo el acero al silicio, del que son fabricadas las chapas para transformadores.

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La permeabilidad es la capacidad de un material de concentrar las líneas de fuerza magnética. El electromagnetismo es la relación entre la electricidad y el magnetismo. Alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica se forma un campo magnético. Su campo magnético consiste en líneas de fuerza circulares, en planos perpendiculares a la corriente. Si la corriente fluye hacia el observador, esto se indica con un punto en la sección del conductor (.), si la corriente se aleja del observador, se indica con una equis (X). La espira que forma el conductor se comporta como un imán. En una bobina los campos de las espiras dan lugar a un campo magnético total. En el interior de la bobina las líneas de campo son paralelas y tienen la misma densidad. El campo allí es homogéneo. El motor universal es un motor monófasico con devanados en el estator y rotor, conectados en serie, que opera de igual forma, conectado a una fuente de corriente directa o alterna. Desde un punto de vista mecánico, consta de: estator (parte fija), rotor (parte giratoria) y dos escudos o tapaderas. Desde el punto de vista eléctrico consta de inductor e inducido. El cambio de giro de rotación en un motor universal se realiza conmutando la conexión de las escobillas o utilizando un devanado de conmutación. La variación de velocidad del motor universal se puede realizar, utilizando diodos, resistencias fijas, reóstatos, autotransformadores, etc. El valor de la tensión que aparece en la placa de datos del motor es la de diseño, que debe ser medida en las terminales del motor y no la de la línea. Las tensiones comunes para los motores monofásicos de inducción son 120 y 220 voltios.



INTENSIDAD DE LA CORRIENTE El amperaje mostrado en la placa de datos del motor es la corriente nominal, que indica la intensidad de la corriente que toma el motor, al voltaje y frecuencia nominales, cuando funciona a plena carga. Cuando el motor consume menos corriente que la nominal o de placa, no se está utilizando a su máxima potencia, no hay problema de calentamiento y no existen daños. Sin embargo, cuando consume más, está sobrecargado o existe cualquier otra falla. Si se eleva el amperaje, desconéctelo inmediatamente para que el motor no sufra daños. La intensidad de la corriente nominal o de placa de los motores, depende de la potencia y del voltaje para la que están diseñados. FRECUENCIA Los hertz (Hz) de la placa de datos del motor indican la frecuencia de la red de alimentación a la que debe conectarse el motor.

La frecuencia mas común para la que vienen fabricados los motores es de 60 hertz en América y de 50 hertz en Europa. El mantenimiento preventivo del motor universal se efectúa principalmente en el cambio de los cojinetes o bushings (bujes), en el cambio de los carbones cuando estos se desgastan y en la limpieza del conmutador. Las fallas principales en el motor universal ocurren en el cordón de alimentación y el controlador. Cuando no se ha efectuado un mantenimiento preventivo las fallas ocurren también en el conmutador, los cojinetes o bujes y en los devanados. Las magnitudes mecánicas principales de los motores eléctricos son: la frecuencia de giro o velocidad de giro (rpm), el par motor (M), la potencia (P) en caballo de fuerza o kilovatios. Las magnitudes eléctricas principales son: la tensión eléctrica, la intensidad de la corriente eléctrica y la frecuencia en Hz.


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DE LA PRIMERA UNIDAD 1. El magnetismo se produce en los átomos gracias a dos movimientos de que efectúan los electrones. a) Rotación y traslación b) Rotación y avance c) Traslación y giratorio d) Avance y alterno 2. A los extremos del imán en donde la fuerza magnética es máxima se les denomina: a) Extremos magnéticos b) Polos geográficos c) Polos norte y sur d) Polos neutros 3. Forma en la que se encuentran los imanes elementales cuando un material no está imantado. a) Ordenados de norte a sur b) En desorden c) A elevada temperatura d) Orientados según el norte de la tierra 4. Sentido en que discurren las líneas de Campo magnético, en el exterior de un imán. a) Del polo sur al polo norte b) No tienen un sentido definido c) En línea recta d) Del polo norte al polo sur 5. Conjunto de todas las líneas de fuerza del campo magnético que puede considerarse salen al exterior, procedentes de un extremo de un imán. a) Densidad de flujo magnético b) Flujo magnético c) Permeabilidad d) Densidad de campo magnético

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6. Aparece alrededor de un conductor eléctrico, cuando éste es recorrido por una corriente eléctrica. a) Corriente eléctrica contraria b) Espectro electromagnético c) Campo eléctrico d) Campo magnético 7. Forma en la que están dispuestos los imanes elementales en un material magnéticamente saturado. a) Todos están orientados b) La mayoría están orientados c) Todos están en desorden d) Están ordenados por pares 8. El flujo magnético producido por una bobina recorrida por una corriente al introducirse un núcleo de hierro. a) Disminuye totalmente b) Se mantiene constante c) Aumenta d) Se neutraliza con el núcleo de hierro 9. Ley de indica, que la corriente inducida por el movimiento de un conductor en un campo magnético tendrá un sentido tal, que se opone al movimiento que originó dicha corriente. a) Ohm b) Watt c) Lenz d) Kirchhoff 10. Parte pequeña de magnetismo que queda en el núcleo de hierro de una bobina por la que se hace circular una corriente después de desconectarla. a) Sobrante b) Remanente o residual c) Equipotencial d) Nula 11. Al motor eléctrico monofásico con devanados en el estator y rotor, conectados en serie que opera de



igual forma, conectado a una fuente de corriente directa (CD) o de corriente alterna (AC) se le llama Motor.

15. El devanado excitador y el devanado del inducido de un motor universal están conectados en: a) Paralelo b) Serie c) Delta d) Estrella

a) De fase partida b) Con capacitor c) Trifásico d) Universal 12. Parte del rotor de un motor universal, marcada con el número 1 en la figura.

16. Sucede cuando conecta un motor universal a su tensión nominal y previamente le conmuta las conexiones de los carbones o escobillas. a) El motor gira mas rápido b) El motor ya no gira c) El motor cambia de sentido de giro d) El motor se quema 17. Elementos con los que se puede variar la velocidad de un motor universal son:

1 a) Núcleo b) Eje c) Devanado d) Conmutador

13. Partes principales del motor universal desde el punto de vista mecánico. a) Estator, rotor y tapaderas b) Inductor, inducido y colector c) Devanados, conmutador y colector d) Cojinetes, rotor y carbones

a) Interruptor, conmutador y devanado b) Autotransformado, reóstato y diodo c) Fusible, conmutador y termostato d) Termostato, interruptor y fusible 18. Las escobillas o carbones mal adaptados en el colector del motor universal causan: a) Chispas y fuego b) Suciedad c) Aislamiento y grasa d) Cortocircuito 19. En la siguiente figura, si la lámpara no se enciende en la posición A, pero si en la posición B, esto le indica a usted que:

14. Material que aisla las delgas unas de otras y del eje de un rotor. a) Mica b) Ventilador c) Plástico d) Esmalte

a) Existe un rotura en todo el devanado b) Existe una rotura en el devanado 1 c) Existe una rotura en el devanado 2 d) No existe rotura en todo el devanado


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20. En la siguiente figura, si la lámpara se enciende o produce chispa, le indica a usted que en el inducido:

a) Existe una falla a tierra o contacto a masa b) No existe falla c) Las delgas están en cortocircuito d) Las bobinas están en cortocircuito 21. Unidad de medida en la que viene indicada la potencia de los motores eléctricos. a) Caballos de fuerza b) Voltio c) Amperio d) r.p.m

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INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN

UNIDAD 2

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO

DEL MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN OBJETIVOS DE LA UNIDAD Con el contenido de esta unidad, usted será competente para: Instalar Motores Monofásicos de Inducción de acuerdo a procesos técnicos establecidos, medidas de seguridad y protección ambiental. Conectar Motores Monofásicos de Inducción de acuerdo a procesos técnicos establecidos, medidas de seguridad y protección ambiental. Proporcionar mantenimiento correctivo a Motores Monofásicos de Inducción de acuerdo a procesos técnicos establecidos, medidas de seguridad y protección ambiental. Realizar el montaje de Motores Monofásicos de Inducción de acuerdo a procesos técnicos establecidos, medidas de seguridad y protección ambiental.


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2 MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN Los Motores monofásicos que trabajan con corriente alterna, son los de inducción (rotor jaula de ardilla) llamados de fase partida, los de capacitor de arranque y los de rotor bobinado, llamados de repulsión.

2.1 MOTOR DE FASE PARTIDA El motor de fase partida es un motor de corriente alterna de potencia equivalente a una fracción de caballo, que se emplea para accionar aparatos como lavadoras, quemadores de aceites pesados, pequeñas bombas de agua, taladros, sierras para madera, etc. Este tipo de motor se conecta normalmente a una red monofásica de alumbrado o de fuerza, y se utiliza cuando el par de arranque necesario es moderado.

su eje magnético y conectado en paralelo con el devanado de trabajo.

2.1.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA El objeto del devanado auxiliar también llamado de arranque, es conseguir el arranque del motor monofásico. Para ello es preciso que los flujos magnéticos engendrados por los dos devanados (auxiliar y de trabajo) del estator estén desplazados en el espacio y desfasados en el tiempo. La primera condición se cumple disponiendo geométricamente cada devanado en posición adecuada con respecto al otro, 90 grados en el estator.

1

La segunda condición se logra variando la resistencia y la reactancia inductiva del devanado auxiliar.

2

Para obtener una diferencia de fases entre dos devanados conectados en paralelo, ambos devanados tendrán que diseñarse de tal manera que su resistencia óhmica y su reactancia sean tan diferentes como sea posible.

Fig. 2.1 Motor de Fase Partida

2.1.1

DEFINICIÓN DE MOTOR DE FASE PARTIDA

La “National Electrical Manufactures Association” (NEMA) define el motor de fase partida en estos términos: Motor de inducción monofásico provisto de un devanado auxiliar desplazado magnéticamente respecto al devanado de trabajo y conectado en paralelo con este último. La American Standars Association (ASA) en su definición para un Motor de fase partida lo cataloga como un motor de inducción monofásico con un devanado auxiliar desplazado en

La resistencia de un devanado es directamente proporcional al número de espiras. Si el número de espiras en el devanado auxiliar se reduce, su reactancia se hace menor que la del devanado de trabajo, y si se utiliza un conductor más delgado se incrementa la resistencia, con lo cual la corriente en las dos ramas se desfasa en un ángulo suficiente para obtener el par de arranque necesario. La Figuras 2.2 y 2.3 muestra en forma esquemática la relación entre las corrientes en ambos devanados de motor de fase partida. La corriente en el devanado auxiliar tendrá respecto al voltaje aplicado V un ángulo de atraso menor que el correspondiente a la corriente It que circula por el devanado de trabajo, de modo que el ángulo a entre ambas corrientes tenga un valor adecuado. Una diferencia de fases entre devanado de trabajo y de arranque de 25 a 30º suele dar resultados satisfactorios.


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mayor. Para evitar que el devanado auxiliar se sobrecaliente, es de comprender que sólo sirve para arrancar el motor, por lo tanto, se le retira del circuito una vez que el rotor ha alcanzado cierta velocidad.

Fig. 2.2 Esquema de las Intensidades que circulan en un motor de fase partida.

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

Fig. 2.3 Angulo entre las corrientes en un motor de fase partida.

V = Voltios. Ia = Intensidad de arranque. It = Intensidad de trabajo. a = Angulo de desfase,

El devanado auxiliar está hecho de un conductor mucho más delgado que el del devanado de trabajo y conduce una corriente de intensidad comparable

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El sistema de fase partida es por tanto un medio económico de obtener el par de arranque necesario de un motor de inducción monofásico, y por tal motivo este tipo de motor es uno de los más utilizados. Cabe mencionar que el par que puede obtenerse con este tipo de motor es relativamente reducido, puesto que está limitado por el ángulo de desfasamiento entre la corriente del devanado de trabajo y la del devanado auxiliar, y este valor no puede incrementarse mas allá de cierto límite. Por esta causa, en algunas aplicaciones que requieren un elevado par inicial es necesario utilizar un motor de arranque por capacitor. Para tener una idea de las magnitudes que intervienen enseguida se examinan los datos de diseño de un motor de fase partida de 1/3 hp, cuatro polos, 1725 rpm, 120 V y 60 Hz. En este motor se utiliza un volumen de hierro en el núcleo de casi 900 cm cúbicos, lo que equivale al material activo necesario para un motor trifásico de 1/2 hp. Esto es indicativo del mayor contenido de material que se requiere en un motor monofásico. El devanado de trabajo consta de 316 espiras de alambre magneto de cobre calibre 17 (de 1.2 mm de diámetro), con un peso total de 0.690 kg, en tanto que el devanado auxiliar está constituido por 212 espiras de alambre magneto de cobre calibre 23 (de 0.617 mm de diámetro) y con un peso total de apenas 0.136 kg. Este motor desarrolla un par de arranque equivalente al 196% del nominal, y un par máximo del 264%, lo que resulta satisfactorio en la mayor parte de las aplicaciones. 2.1.3 PARTES DEL MOTOR DE FASE PARTIDA Este motor consta de cuatro partes principales que son:



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

chapas. La tercera es el arrollamiento OTOR llamado “de jaula de tiene 3 partes ardilla” (Fig. 2.6), fundamentales que consiste en una serie de barras de cobre de gran El núcleo sección, alojadas en sendas ranuras El eje mediante dos gruesos aros de cobre, Arrollamiento situados una a cada llamado “de jaula de extremo del núcleo. ardilla” En la mayoría de los motores de fase partida el arrollamiento rotórico es de aluminio y está fundido de una sola pieza. De este tipo es el rotor que aparece en la figura 2.5.

R

Fig. 2.4 Esquema de conexiones de un motor de fase partida y partes (Simbología Europea)

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

Fig. 2.5 Rotor tipo jaula de ardilla.

ROTOR El rotor (Fig 2.5) se compone de tres partes fundamentales. La primera de ellas es el núcleo, formado por un paquete de láminas o chapas de hierro de elevada calidad magnética. La segunda es el eje, sobre el cual va ajustado a presión el paquete de

Fig. 2.6 Jaula de Ardilla de un rotor de motor de inducción.


83


ESTATOR El Estator se compone de un núcleo de chapas de acero con ranuras semicerradas, de una pesada carcasa de acero o de fundición dentro STATOR de la cual está introducido a presión se compone de el núcleo de chapas, y de dos devanados de hilo de cobre El núcleo de aislado alojados en las chapas de acero ranuras y llamados respectivamente Una carcasa devanado de trabajo de acero y devanado auxiliar. Al 2 devanados devanado de trabajo de hilo de cobre también se le da los nombres de devanado principal y devanado de régimen. Al devanado auxiliar también se le da el nombre de devanado de arranque. La Figura 2.7 muestra el aspecto exterior de un estator, y la Figura 2.8 el esquema de ambos devanados. En el instante del arranque están conectados uno y otro a la red de alimentación; sin embargo, cuando la velocidad del motor alcanza un valor prefijado el devanado de arranque es desconectado automáticamente de la red por medio de un interruptor centrífugo montado en el interior del motor.

E

Fig. 2.8 Esquema de los devanados de un motor de fase partida.

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

Fig. 2.7 Estator de motor de fase partida.

A. Devanado Auxiliar o de Arranque. B. Devanado de trabajo de régimen o principal.

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El interruptor centrífugo va montado en el interior del motor. Su misión es desconectar el devanado auxiliar o de arranque en cuanto el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. El tipo más corriente consta de dos partes principales, un fija (Fig. 2.9), y otra giratoria. La parte fija esta situada por lo general, en la cara interior del escudo frontal del motor y lleva dos contactos, por lo que su funcionamiento es análogo al de un interruptor unipolar, en algunos motores modernos la parte fija del interruptor está montada



en el interior del cuerpo del estator. La parte giratoria va dispuesta sobre el rotor.

En otro tipo de interruptor centrífugo, más antiguo, la parte fija está formada por dos segmentos semicirculares de cobre, montados en la cara interior del escudo frontal y aislados uno de otro. La parte giratoria se compone de tres láminas de cobre que deslizan sobre el borde de los segmentos durante la fase de arranque. Ambas partes se ha representado en la Figura 2.11, Mientas el motor arranca, las tres láminas permanecen en contacto con los segmentos y los cortocircuitan, con lo cual el devanado de arranque queda conectado a la red, En cuanto el rotor alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, la fuerza centrífuga hace que se levanten las láminas y éstas, al separarse de los segmentos, desconectan el del devanado de arranque.

Fig. 2.9 Parte fija del interruptor centrífugo, montado sobre la placa de bornes.

El funcionamiento de un interruptor centrífugo es el siguiente (Fig. 2.10): mientras el rotor está en reposo o girando a poca velocidad, la presión ejercida por la parte móvil del interruptor mantiene estrechamente cerrados los dos contactos de la parte fija. Cuando el rotor alcanza aproximadamente el 75% de su velocidad de régimen, la parte giratoria cesa de presionar sobre dichos contactos y permite por tanto que se separen, con lo cual el devanado auxiliar o de arranque queda automáticamente desconectado de la red de alimentación.

Fig. 2.10 Funcionamiento del interruptor centrífugo.

A) Contactos cerrados durante el arranque. B) Los contactos se abren al llegar al 75% de la velocidad de régimen.

Fig. 2.11 Partes giratoria y fija de un interruptor centrífugo de tipo antiguo.

Existen ciertas aplicaciones, por ejemplo los compresores herméticos para refrigeración, en los que no sería factible tener un interruptor centrífugo dentro del motocompresor. En este caso se extraen las tres terminales del motor y se instala un relevador (relé) electromagnético externo para desconectar el devanado auxiliar. En el tipo de relevador accionado por corriente (Fig. 2.12), se tiene una bobina de control B en serie con el devanado de trabajo, que acciona un juego de contactos (c-c) normalmente abiertos intercalado en el circuito del devanado auxiliar. Cuando se aplica el voltaje de línea al devanado de trabajo, la corriente de arranque que toma es elevada y el campo magnético que se genera en la bobina B es lo bastante


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intenso para atraer el núcleo (n) hacia arriba y cerrar los contactos (c-c), alimentando así al devanado. Una vez que el motor se ha puesto en marcha, la corriente que toma el devanado de trabajo será apenas 1/5o1/6 de la inicial, y por tanto la fuerza que ejerce la bobina (B) sobre el núcleo (n) ya no es capaz de retenerlo levantando en la parte superior, de modo que los contactos se abren al bajar el núcleo. Generalmente la bobina B actúa contra la gravedad, por lo que el relevador debe instalarlo en posición vertical, auque hay algunos diseños de relés que mediante un resorte pueden operar en cualquier posición.

Fig.2.13 Motor de fase partida con interruptor de arranque de estado sólido.

2.1.4 INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR DE FASE PARTIDA La inversión del sentido de giro resulta una operación muy sencilla en un motor de fase partida, pues basta que permute la conexión de los terminales (T) del devanado de trabajo o del devanado de arranque, La Fig. 2.14 muestra esquemáticamente el mismo motor representado en la Fig. 2.15, pero con la conexión de los terminales del devanado de arranque permutada.

Fig. 2.12 Motor de fase partida con relevador de arranque del tipo corriente.

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

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Fig. 2.14 Motor de fase partida con conexión del devanado de arranque (auxiliar) para giro a la derecha.

Fig. 2.15 Motor de fase partida con conexión del devanado de arranque (auxiliar) para giro a la izquierda.



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

para la red de alimentación a la que se va a conectar el motor de fase partida. La Figura 2.16 le muestra un motor de fase partida para dos tensiones de servicio, las conexiones se efectúan para que funcione a 120 V y con un sentido de giro hacia la izquierda. Note que el motor posee dos devanados de trabajo, los que le servirán para que funcione con una u otra tensión. Para que el motor funcione con 120 V, conecte estos dos devanados en paralelo. Para que funcione a 220 V, conéctelos en serie. (Fig. 2.17). Si desea cambiar el giro del motor basta con permutar T5 y T8.

Fig. 2.16 Motor de fase partida previsto para funcionar con dos tensiones de servicio distintas. La conexión esta para que funcione con 120 V y con giro a la izquierda.

A. Devanado de trabajo, parte 1. B. Devanado de trabajo, parte 2. C. Devanado auxiliar o de arranque.

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

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

Fig. 2.17 Designación y conexión de los terminales en un motor de fase partida para dos tensiones de servicio. En la parte de arriba para 120 V y abajo para 220 V.


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Cuando la distancia del motor al centro de carga o alimentación no exceda a los 15 metros de longitud, no tome en cuenta la caída de tensión, ya que esta es despreciable. El material mas utilizado para los conductores eléctricos es el Cobre Cu. Fig. 2.18 Esquema que muestra la disposición y conexión de los devanados en un motor tetrapolar de fase partida, previsto para dos tensiones de servicio. El esquema reproduce las conexiones para la tensión más baja (120 V) y un sentido de giro a la izquierda.

A. Devanado de trabajo, parte 1. B. Devanado de trabajo, parte 2. C. Devanado auxiliar o de arranque.

2.2 CÁLCULO DE CONDUCTORES PARA MOTORES MONOFÁSICOS DE INDUCCIÓN Al realizar el cálculo de conductores se debe tomar en cuenta dos situaciones: 1. El consumo de corriente del motor a plena carga. 2. La distancia a la que se encuentre el motor del centro de carga o alimentación. El consumo de corriente de un motor lo sabrá, inspeccionando la placa de datos o bien realizando el cálculo con la fórmula siguiente. I=

HP * 746 V * % Ef * Fp

Los motores eléctricos monofásicos de inducción no se fabrican en potencias grandes ya que mientras más grande sea el motor, mayor corriente tomará de la red, resultando muy caro su funcionamiento. En la tabla 2.1 observará las capacidades de carga, secciones y calibres de conductores comúnmente utilizados en la instalación de motores eléctricos monofásicos, esta tabla le ayudará para seleccionar el conductor adecuado. Recuerde que no todos los conductores tienen el mismo material de aislamiento, por lo que no se puede utilizar el mismo tipo de conductor en todas las instalaciones, ya que los ambientes a los que son sometidos los motores eléctricos no son iguales.

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

Solución:

En donde: HP V % Ef Fp I 746

= Potencia en caballos de fuerza. = Voltaje. = Eficiencia en por ciento. = Factor de Potencia. = Intensidad en amperios. = Constante de conversión.

Averigüe la Intensidad de la corriente de este motor. I = HP * 746 V * % Ef * Fp I = 10 * 746 220* 0.9 * 0.85 I = 44.32 Amperios.

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con una eficiencia del 90 %, y un factor de potencia de 0.85. El motor está a una distancia de 20 metros del centro de carga.

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

Solución: Calcule el 1.5 % de caída de tensión admisible. Esto puede calcularlo muy fácilmente con una regla de tres. 220 Voltios ____ 100 % X ____ 1.5 %

Respuesta Si fuera TW en conduit utilizaría un No. 6. Si fuera THW en conduit utilizaría un No. 8. Si fuera THHN en conduit utilizaría un No. 8.

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

Cuando la distancia excede a los 15 metros del centro de carga o del alimentador, simplemente utilice la formula: A = 2 * l * I * Cos j U% * k

U% = 3.3 Voltios Con la fórmula I=

En dónde: l = Longitud en metros. I = Intensidad de la corriente en amperios. Cos j = Factor de potencia. k = Conductividad. A = Sección en mm2. U % = Caída de tensión en porcentaje. Nota: Para instalaciones eléctricas se acepta el 3 % de caída de tensión. Para instalaciones eléctricas de motores monofásicos se acepta el 1.5% de caída de tensión.

HP * 746 V * % Ef * Fp

Averigüe la Intensidad de la corriente del motor. I= 3 * 746 220 * 0.90 * 0.85 I = 13.30 Amperios. Con la fórmula A = 2 * l * I * Cos ø U% * k Averigüe el No. del conductor. A = 2 * 20 * 13.30 * 0.85 3.3 * 56

Ejemplo:

A = 2.44 mm2 Calcule el conductor que utilizará al conectar un motor monofásico de CA, de 3 HP que opera a 220 Voltios


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La sección que debe utilizar es de 2.44 mm2. Observe en la tabla 2.4.1 ¿cuál de todos los conductores cumple con tener una sección de 2.44 mm2 o más?.

Tabla 2.1 Tabla de capacidad de carga de conductores según aislamiento y temperatura.

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

DIÁMETRO EN mm CON AISLANTE

No.

mm2

TW

THW

THHN

14 12 10 8 6

2.08 3.31 5.26 8.37 13.3

3.38 3.86 4.47 5.99 7.72

4.14 4.62 5.23 6.76 7.72

2.77 3.24 4.09 5.40 6.34

CAPACIDAD DE CORRIENTE A 30 °C

TW THW THHN CONDUIT AIRE CONDUIT AIRE CONDUIT AIRE

20 25 30 40 55

25 30 40 60 80

20 25 35 50 65

30 35 50 70 95

25 30 40 55 75

35 40 55 80 105

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

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Una vez que halla determinado que el voltaje y la frecuencia son correctos, conecte las terminales en el motor. Las conexiones de los devanados del estator debe hacerlas como se indica en el diagrama de conexiones de la placa de identificación o en las instrucciones que se reciben junto con el motor, o bien conforme a lo indicado en el interior de la tapa de la caja de terminales. Los problemas con las conexiones de terminales se debe al hecho de que, en ocasiones, los conductores del circuito derivado son del tamaño diferente del de los conductores terminales del motor. El tamaño de los conductores del circuito derivado se determinan conforme al NEC con base en la corriente de plena carga del motor, y se incrementa cuando es necesario reducir la caída de voltaje. Para los conductores del motor se permite mayor capacidad de conducción de corriente, dado algún calibre AWG, que para los conductores equivalentes del circuito derivado, porque están expuestos al aire que circula dentro del motor.



PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR MONOFÁSICO CON ARRANCADOR MANUAL

Paso 3

Los motores eléctricos deben conectarse a la red de alimentación por medio de un dispositivo que permita su arranque y parada en el momento deseado.

•Desconecte la alimentación, bajando el interruptor termomagnético y asegúrese de que nadie lo suba, colocando un rótulo o candado al panel.

La forma de conectar un motor con control manual es la siguiente. Paso 1 Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar. Paso 2

Conecte la protección:

•Conecte fusibles a la red de alimentación. •Conecte las salidas de los fusibles al arrancador. •Al conectar las bases portafusibles cuide de que las líneas de alimentación queden en el lugar correcto, para evitar golpes eléctricos al cambiar fusibles.

Asegure la base portafusibles, el interruptor, el motor y la tubería, como se observa la Figura 2.19

Fig. 2.20 Esquema de conexión para instalación de un motor de fase partida. Fig. 2.19 Montaje de accesorios para la instalación de un motor de fase partida con arrancador manual. 1. Base portafusibles. 2. Fusibles. 3. Interruptor. 4. Conectores ducton. 5. Tubo ducton. 6. Alambre. 7. Motor de fase partida.

Paso 4 Conecte el arrancador: Conecte las líneas que vienen de los fusibles a los bornes marcados con “L 1 y L 2 “(entrada del arrancador).


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Conecte la línea neutra al borne marcado con “N ” o a la carcasa del arrancador.

Mida velocidad de giro con tacómetro en el eje del motor.

Paso 5

Compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o placa de datos del motor.

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

Paso 8 Desconecte material y equipo utilizado. Paso 9

Conecte la línea “N” del arrancador a la carcasa del motor.

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

Paso 6 Compruebe las conexiones.

2.3.1 MONTAJE DE MOTORES ELÉCTRICOS

Compare las conexiones que efectuó con su diagrama:

Muchos de los problemas que se presentan en los motores, tienen su origen en la forma en que son instalados. En muchos casos, el cimiento o la placa de base están mal diseñados, mal construidos, o ambas cosas. El resultado inevitable es vibración desalineación de los ejes (flechas), daños a los cojinetes e incluso ruptura del eje o de la armazón o carcasa, lo cual suele acarrear, además, una grave falla eléctrica.

Asegúrese de que no existan falsos contactos. Paso 7 Energice circuito. Coloque fusibles. Suba el interruptor termo magnético de su fuente de alimentación. Mida tensión en la salida de los fusibles. Mida tensión en la entrada del arrancador. Accione arrancador.

Si el motor va a montarlo sobre una base de concreto (hormigón), es esencial que el cimiento sea rígido a fin de minimizar las vibraciones y la desalineación durante el funcionamiento. Los cimientos deben ser de concreto macizo, con sus fundamentos a suficiente profundidad para que descansen sobre una sub-base firme.

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

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

Mida intensidad de corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación.

En el caso de que tenga que montar el motor sobre una placa de acero, todos los soportes deben ser del

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tamaño y resistencia adecuados y tener refuerzos o riostras para obtener una rigidez máxima (Fig. 2.21).

Fig. 2.21 Motor eléctrico con su carga montado en soportes de acero. Los soportes de acero deben ser de tamaño y resistencia adecuados, y tener refuerzos (o riostras) para que no se comben o tuerzan, lo cual puede ocurrir durante el funcionamiento de motores grandes que transmiten alto par de rotación.

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

2.3.2 CIMENTACIÓN

El concreto de cemento, apropiado es de gran importancia para la firmeza, rigidez y estabilidad de la cimentación, ni siquiera las mejores placas base de acero se consideran un soporte adecuado, salvo que estén enclavadas o ahogadas en el concreto. En la Figura 2.23, se ilustra en forma exagerada lo que puede ocurrir. Es muy importante el empleo del concreto correcto, y hay que utilizar la mezcla recomendada de arena, cemento, agua. Por todo ello, así como para su aplicación debe consultarse a especialistas en dicha área.

Fig. 2.22 Forma en que un motor eléctrico que trasmite un alto par de rotación puede torcer la base con soportes de acero, si no está bien reforzado.

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

Fig. 2.23 La aplicación incorrecta de la lechada (mezcla de concreto) para cimentación puede producir su contracción, lo cual, a su vez, permitirá la torcedura de las vigas de soporte, causando desalineación axial y excesiva vibración.

El empleo correcto de las calzas (lainas o suplementos) es recomendable para el buen montaje del motor en


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el cimiento; es tan importante como el diseño y contrucción de la base, en sí, pero a veces no se les presta mucha atención. Una forma de lograr que un calzamiento (instalación de calzas) correcto consiste en quitar los suplementos e inspeccionarlos en cada punto de soporte, antes de efectuar la alineación final. Los problemas más comunes que se presentan en el empleo de las calzas, son: herrumbre, corte incorrecto, dobleces, arrugas, rebabas, marcas de martillo y suciedad. Tenga presente la razón del uso de las calzas, no son sólo para colocar más alto o más bajo el motor; sino también para que queden bien alineados los ejes de la máquina. Sirven además para resolver el problema geométrico de hacer que todas las superficies de montaje o patas del motor estén en el mismo plano, si una de ellas está más alta o más baja que las otras, y todas están bien atornilladas, entonces se deformarán desalineando la base o la carcasa del motor. Una prueba útil para determinar la fuente de vibraciones en una impulsión constante es que afloje los pernos de montaje del motor uno a la vez, con el motor en marcha, si la vibración se reduce en forma notoria el problema se debe a que la base está deforme o la instalación incorrecta de las calzas. Para que los suplementos cumplan su función, deben formar un paquete macizo y compacto al apretar bien los tornillos, si un grupo de calzas queda “esponjosas”, elllo significa que hay una unión floja que quizá no permanece en el mismo plano, con los otros puntos de montaje. Otro aspecto esencial de una buena cimentación es la estabilidad (Fig. 2.24). Una vez que la base está bien conformada e instalada no debe modificarse. A veces el calor excesivo puede crear problemas, por ejemplo el exceso de calor al soldar con arco o gar perjudicará la base. En climas muy secos y cálidos se ha dado el caso de que una base de acero se combe o tuerza cuando recibe el calor del sol, por un lado y por otro lado está en la sombra. Si la base es compartida por el motor y la máquina impulsora, lo anterior puede no ser grave ya que ambos componentes tendrán el

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mismo movimiento. Las conexiones en la maquinaria como las de un tubo conduit de pared gruesa, deben permitir esa alteración y el asentamiento. Si ello no es factible, habrá que construir un cobertizo para que la base tenga un calentamiento uniforme.

Fig. 2.24 solera con aletas soldadas en su parte inferior, para una mayor resistencia y firmeza al enclavarla (ahogarla) en el cimiento de concreto, con lo cual se obtiene un montaje más rígido.

En muchas impulsiones, la alteración de la base ha causado problemas. En un caso se utilizó una placa base de acero durante muchos años, con una combinación particular de motor y bomba. Debido a un cambio en las condiciones de trabajo, se instaló un motor diferente y más pequeño. Se hizo coincidir la altura de su eje con la altura del eje de la bomba, soldando piezas de soporte en las cuatro esquinas de la placa base. Dichas piezas eran bastante fuertes para soportar el peso del motor, pero resultaron demasiado flexibles, y permitieron el balanceo de este de un lado a otro. Además, las soldaduras fueron deficientemente realizadas y se desprendió la pieza de una esquina lo cual dio por resultado, la falla de cojinetes. Inicialmente se atribuyó la falla al motor pero un examen detallado reveló que se habían utilizado métodos incorrectos para el montaje.

2.2.3 VERIFICACIÓN DE UN BUEN SOPORTE O BASE PARA EL MOTOR Para que verifique que un motor tenga una base adecuada se le recomienda lo siguiente: No debe hacer soldaduras gruesas en bases maquinadas después de su construcción y acabado. Si en una base pueden verse



soldaduras por puntos, que no sean pequeñas, cabe esperar que haya ocurrido cierta torcedura.

Compruebe que todas las uniones separables de la base, estén sujetas con espigas entre el motor y la base y el cimiento que las soporta.

La soldadura en la base o soporte debe ser continua; en muchos casos, las soldaduras intermitentes permiten que hayan torceduras y deformación.

Busque si hay huecos o aberturas sin calzas; todos los suplementos deben estar bien colocados en su lugar y en buenas condiciones. Verifique si hay refuerzos cerca de los pernos del montaje, pues incrementan mucho la rigidez de la base para el motor.

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

Observe si hay refuerzos directamente debajo del motor, que es donde más se necesita; las soleras de acero deben estar soportadas cuando menos cada 45 centímetros (18”).

2.3.4

COLOCACIÓN DEL MOTOR SOBRE LA BASE

En el caso de motores pequeños, se dispone de bases y adaptadores deslizantes para su uso en máquinas con armazón T, que sustituyen a las de los motores antiguos. Es necesario que determine si van a montarse en el motor, otros componentes o equipo, tales como un reductor de engranes, acoplamientos especiales y bombas, a fin de dejar el espacio libre necesario. Después de colocar la base en su lugar, y antes de fijarla, utilice los suplementos que sean necesarios para nivelarla. Para ello puede utilizar un nivel de burbuja ordinario, comprobando en dos direcciones, a fin de asegurarse de que las patas del motor estarán en el mismo plano y que la base no se combará al apretar los pernos en ella. El motor se coloca sobre la base, se instalan las tuercas y se aprietan con una torsión menor de la especificada; el apriete señalado debe aplicarlo después de alinear. Se sabe por experiencia que el motor y la unidad impulsada, montados sobre la misma base y alineados


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temporalmente en la fábrica, independientemente de su robustez y de su sección transversal, pueden torcerse durante el embarque. Por ello, es necesario que compruebe la alineación después de montar. 2.3.5 ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN

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

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que en el motor. Ello se debe a que tales cojinetes pueden soportar sin dañarse, un empuje suficiente para que el acoplamiento se deslice en dirección axial debido a la dilatación térmica en el sistema. En estos motores el juego longitudinal puede ser de 50 a 150 mil (milipulgadas), o sea 1.3 a 3.8 mm, y el acoplamiento o cople debe tener cuando menos ese juego. Para obtener la ubicación axial correcta, el motor se inclina hacia el extremo externo (opuesto al acoplamiento), a fin de desplazar el rotor lo más posible en esa dirección (no es fácil mover el rotor en la dirección axial, porque los cojinetes deben deslizarse en su alojamiento), o le hace girar el motor con una palanca en el extremo externo, y luego el motor se coloca de tal modo que haya cuando menos 150 mil (1.3 mm) entre las mitades del acoplamiento o los extremos de los ejes. O bien, colocar el motor puede en posición, sin importar la del rotor, de modo que el cople tenga un corrimiento de 0.100 pulg. (2.5 mm) en uno u otro sentidos. La transmisión de banda (o correa) hace necesario que el motor esté montado en rieles o placa base, de forma que sea posible ajustar la tensión de la correa o las bandas. Las poleas se alinean de modo que las correas o bandas queden perpendiculares al eje y que todas tengan la misma tensión. Los rieles o patines debe colocarlos de modo que el motor esté cerca del extremo del riel más cercano a la máquina impulsada. Esto permite que haya un amplio espacio para que ajuste la tensión de las bandas, y para que vuelva a ajustarla después de compensar el desgaste o el estiramiento. La banda o las bandas debe apretarlas lo preciso para evitar deslizamiento (patinaje) a la potencia nominal. La tensión excesiva de una banda producirá cargas innecesarias sobre el eje y los cojinetes. Con cargas de alta inercia o con equipo que se puede “ahogar” o detener, en el cual, la banda produce chirridos o patina durante la aceleración, o en el que el par se aproxima a su valor máximo, el apriete de la banda o correa para evitar el chirrido o el deslizamiento, sobrecargará los cojinetes o el eje. Las velocidades normales de las bandas están limitadas a 1 500 m/min (5 000 pie/min) en el caso de las de sección E, y a 1 950 m/min



(6 500 pie/min) en el de las de sección 8-V. No debe utilizar velocidades mayores sin antes consultar con el fabricante de las bandas o correas. Las impulsiones con engranajes requieren una alineación precisa y un montaje rígido. El diámetro de paso y la anchura no deben exceder de los límites señalados por el fabricante del engranaje. Antes de instalar engranes helicoidales es necesario consultar la capacidad de empuje de los cojinetes, En todos los casos, los dientes de los engranajes deben estar centrados correlativamente, hay que obtener la distancia correcta entre centros de ejes y las caras de los engranes deben estar paralelas. Los dientes de las ruedas o engranajes han de embonar debidamente hasta una profundidad que produzca un juego u holgura entre dientes mínimo de alrededor de 0.051 mm (2 mil); debe evitar un endentado tan profundo que pueda hacer que los dientes se flexionen o traben. Para comprobar la alineación correcta haga girar el eje del motor a mano y comprueba el juego en el engranaje impulsado en una revolución completa. Después de apretar los tornillos de montaje vuelva a comprobar el juego y el paralelismo de la cara.

2.3.6 ALINEACIÓN MECÁNICA Salvo algunas excepciones, se utiliza un acoplamiento flexible para conectar un motor a su carga. Este acoplamiento está construido de modo que tolera cierta desalineación que, no obstante, puede producir ciertas vibraciones, esfuerzos, o ambos, en los cojinetes del motor. En consecuencia, en todas las instalaciones con acoplamiento, los ejes o árboles debe alinearlos con el mismo alto grado de exactitud, independientemente del tipo de acoplamiento o de cojinetes. Para obtener la alineación correcta en las impulsiones de conexión directa debe seguir ciertos pasos importantes.

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


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

La desalineación axial es el desplazamiento entre las líneas centrales de los dos ejes de máquina. Puede determinarlo con el indicador de carátula montado en una parte (mitad) del acoplamiento, estando el palpador del aparato apoyado radialmente sobre la otra parte, y haga girar luego conjuntamente los ejes un ángulo de 360 grados.

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

Se recomienda que utilice “acoplamientos de ejes flotantes” o “acoplamientos con espaciador” en motores en los que no es posible comprobar o mantener con exactitud la alineación de algunas centésimas de milímetro (o milésimas de pulgada) con cambios pequeños de las diferencias de temperatura entre los motores grandes y el equipo impulsado. Después de alinear el motor con la carga, fíjelo en su lugar con pernos del mayor tamaño posible. Es aconsejable la posibilidad de variar un poco la ubicación de los pernos de anclaje; para ello estos elementos se instalan dentro de tubos de acero enclavados o embutidos (ahogados) en el concreto.

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Es conveniente que un ingeniero constructor experimentado en esta materia diseñe y supervise los conjuntos de cimientos y soportes, en el caso de motores grandes. La alineación produce un funcionamiento satisfactorio; en el caso afirmativo las máquinas se fijan definitivamente con clavijas en sus placas de base. Se le recomienda emplear dos espigas (clavijas) por máquina, una en cada pata diagonalmente opuesta. El tamaño aproximado de las espigas debe ser la mitad de diámetro de los pernos del montaje. Los motores y máquinas conectados que queden bien alineados al instalarlos pueden desalinearse más tarde por desgaste, vibración, desplazamiento de la base, asentamiento de los cimientos dilatación y contracción térmicas, o corrosión. Por ello es aconsejable comprobar la alineación a intervalos regulares y corregirla en caso necesario. Los restos de material (concreto, hierro, acero, pernos, etc.) que ya no utilizó en el montaje de los motores, colóquelos en un lugar donde no dañe el medio ambiente.

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



forma lógica y ayudan a ubicar rápidamente la parte con falla.

1

er

El primer paso para la localización de fallas o problemas en cualquier circuito, es tener una clara comprensión del mismo, así como de su función, antes de comenzar.

Existen causas que pueden evitar que el Motor Monofásico de fase partida siga funcionando, estas puede ser: polvo excesivo, grasas, aceites, humos o vapores corrosivos y otros agentes contaminantes, dependiendo del lugar de trabajo. Por lo que, se le recomienda que cada 6 meses o como lo estipule el fabricante, tome medidas preventivas, aunque en algunas oportunidades necesariamente tendrá que brindar mantenimiento tipo correctivo al motor eléctrico.

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

El motor monofásico de fase partida se divide en dos partes principales, la eléctrica y la mecánica. Componentes Eléctricos: Considere como componentes eléctricos, los arrollamientos de trabajo y arranque, arrollamiento rotórico, las puntas salientes para conexiones, bornes de conexiones, dispositivos contra cobre carga, contactos del interruptor centrífugo. Componentes Mecánicos: Son escudos o tapaderas, chapas de alta calidad magnética del estator y del rotor, valeros o cojinetes, Eje rotórico, mecanismo del interruptor centrífugo.

De acuerdo con lo anterior, los motores eléctricos pueden fallar por dos causas: fallas mecánicas y fallas eléctricas.

2.4.1 MATERIALES UTILIZADOS PARA EL MANTENIMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN Cuando escuche que se habla de fallas eléctricas, se trata en realidad de fallas en el aislamiento o del sistema

Aislamiento entre el hierro del estator y la bobina Fig. 2.29 Aislamiento primario en una ranura del motor monofásico.

En la construcción y reparación de máquinas eléctricas se pueden emplear diferentes tipos de materiales aislantes. El aislante de ranura ideal es: 1. De clase H (ver tabla de clases de aislantes) 2. Delgado. 3. Indestructible. 4. Con óptimas características aislantes 5. Barato. 6. Plano y suave. 7. Fácil de doblarse. Lamentablemente no existe ningún producto de esta naturaleza y para escogerlo correctamente, es necesario que conozca las características principales de los mismos.


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AISLANTES TEXTILES SÓLIDOS Los textiles naturales se emplean principalmente para el aislamiento de conductores o para el encintado de las bobinas. Los textiles más empleados son el algodón, el lino y la seda. Considerando que los textiles absorben muy fácilmente la humedad (perdiendo así sus características aislantes), es necesario impregnarlos con barnices, naturales o sintéticos, para que los pueda emplear en la reparación de los motores eléctricos monofásicos. CARTONES

Esta clase de aislantes ha sido estudiado en particular para el aislamiento de las ranuras de motores eléctricos. El “Mylar” (nombre con el cual se identifica esta capa de polyester) tiene buena resistencia mecánica a los químicos y a la humedad, y tiene buenas características térmicas y aislantes. Muchas veces el Mylar se combina con oportunos soportes (papel, cartón, fibras de vidrio, etc.) para mejorar su resistencia mecánica y sus características aislantes.

MADERA

Existe toda una variedad de papeles y cartones empleados para el aislamiento de las máquinas; el más conocido es el “papel pescado” el cual se fabrica con celulosa pura impregnada con barnices. Este tipo de aislante se utiliza principalmente en las máquinas eléctricas previstas para funcionar a tensiones y temperaturas no demasiado altas. Los cartones se comercializan en diferentes espesores. Mica Es el mejor aislante natural: sería el aislante ideal si, en estado natural, fuera posible encontrarlo en pliegos de grandes dimensiones. La mica puede utilizarla también pegando, con materiales apropiados, las escamas entre sí, o también pegando las escamas de la mica sobre un soporte (seda, cartón, etc.). La mica no absorbe la humedad y mantiene sus características aislantes aún trabajando a altas temperaturas. Otro proceso que le permite aprovechar este material, es reducir la mica a una especie de “pulpa” y después de trabajar ésta para obtener hojas como si fuera pulpa de papel. Con este proceso obtiene el aislante llamado “papelmica” o “mica-mat” el cual tiene escasa resistencia mecánica, pero óptimas características aislantes.

100

POLYESTER

Este aislante siempre es sustituido por materiales plásticos, puede emplearlo principalmente para cerrar las ranuras (“cuñas”) una vez que haya colocado las bobinas. La madera es empleada siempre y cuando esté tratada con barnices aislantes. FIBRA DE VIDRIO Es un aislante muy empleado en la reparación o embobinado de motores eléctricos; lo encuentra trenzado en forma de pliegos o de espaguetti (los espaguettis sirven para aislar las conexiones internas de un embobinado). Tiene mucha consistencia y, además, se impregna con resinas que le dan inmejorables cualidades, pudiendo llegar a soportar temperaturas del orden de los 180º C. AISLANTES LÍQUIDOS

O

BARNICES

Uno de los últimos pasos en la fabricación o reparación de motores es sumergirlos en barniz. La función más importante del barniz es fijar los alambres de un embobinado en una masa compacta que no se mueva y no vibre. El barniz también provee: • Protección contra la humedad. • Mejoramiento de la calidad del aislamiento. • Protección contra químicos, aceites, etc. • Estética del embobinado.



Un buen barniz debe tener estas características: • • • •

Alta resistencia a la humedad y a los químicos. Elevado poder de penetración. Buena capacidad de transmisión del calor. Buena capacidad de aislamiento eléctrico.

Los barnices deben secarse fácilmente y rápidamente bajo la acción del calor. Los barnices aislantes están constituidos de resinas (naturales o sintéticas) a las cuales se le agrega un solvente (por ejemplo thinner). En el mercado industrial se encuentran diferentes tipos de barnices que se pueden clasificar en dos categorías: Barnices que secan al aire. Barnices que secan al horno.

BARNICES QUE SECAN AL AIRE Los “barnices que secan al aire” no necesitan de temperaturas elevadas para endurecerse pero el proceso de evaporación del solvente puede ser relativamente largo (hasta de 24 horas).

comprometer la integridad y el funcionamiento de la misma máquina. Los aislantes en particular no soportan temperaturas elevadas (la mayoría de los aislantes se deterioran a temperaturas del orden de 100 ºC y rápidamente pierden sus capacidades aislantes; a temperaturas más altas se carbonizan). En muchos países se ha normalizado y clasificado la construcción de las máquinas eléctricas, tomando en cuenta la temperatura máxima que estas máquinas pueden soportar en su funcionamiento. Esta clasificación, fija las temperaturas máximas que pueden soportar los diferentes materiales aislantes. CLASE

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

BARNICES QUE SECAN AL HORNO CLASE Los “barnices que secan al horno” además de tener mejores características, en relación a los barnices que secan al aire, se endurecen en hornos (hasta 300350ºC de temperatura) en tiempos más cortos, entre 2 y 10 horas.

CLASES DE AISLAMIENTO El funcionamiento de una máquina eléctrica implica un calentamiento de la misma; esto significa que las diferentes partes de una máquina se calientan a temperaturas más altas que la del ambiente. La temperatura de las diferentes partes de una máquina no debe sobrepasar ciertos valores si no se quiere

A

B

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

C

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


101


CLASE

E

DENOMINACION Y COMPOSICIÓN

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

CLASE

F

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

H

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

Y

aislamiento en algodón, seda, papel y otros materiales orgánicos similares no impregnados ni sumergidos en aceites. Temperatura máxima 90ºC.

DEL AISLANTE

TEMPERATURAS M A X I M A S ADMITIDAS

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

155° C

180°C

220°C

Tabla de Tipos de Aislamientos y Temperaturas máximas admitidas.

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

En la Tabla siguiente se identifican las “clases de aislamiento” de las máquinas eléctricas y sus correspondientes temperaturas máximas. DENOMINACIÓN Y COMPOSICIÓN DEL AISLANTE

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

TEMPERATURAS MÁXIMAS ADMITIDAS

90° C

Fig. 2.26 Aislamiento de fase a fase.

105°C

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

Clase E: Aislamiento con esmalte de tipo sintético.

120°C

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

130°C

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Aislamiento entre bobinas

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



Si toma las medidas preventivas apropiadas, puede evitar un buen número de fallas en los motores eléctricos, y con ello aumentar la vida útil de los mismos. Una parte importante de este proceso es el conocimiento del por qué fallan los motores. Las causas principales de falla de un motor de fase partida se puede resumir en las siguientes: 1) Impacto del ambiente agresivo.

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

2) Selección inapropiada. 3) Instalación inadecuada.

2.4.3 SELECCIÓN INAPROPIADA DEL MOTOR ELÉCTRICO

4) Fallas mecánicas. 5) Fallas Eléctricas. 6) Mantenimiento inadecuado.

La selección y la aplicación incorrecta de un motor puede variar ampliamente, por lo que es necesario que en primera instancia, seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor, de acuerdo a la carga. Como lo muestra la Figura 2.27.

7) Alguna combinación de los factores. 2.4.2 IMPACTO DE AMBIENTE AGRESIVO PARA EL MOTOR La temperatura excesiva causada por el ambiente o por un problema con el motor mismo es una de las fallas más frecuentes en el motor. Los motores deben operar dentro de sus valores nominales de temperatura (dato de placa) para asegurar una vida larga. Por cada 10°C que un motor opera sobre su valor nominal de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad. Otros elementos de ambiente agresivo que deben ser evitados, son los siguientes: a) b) c) d) e)

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

Fig. 2.27 Representación de una selección inapropiada de los motores en relación a su carga.

Los ciclos de trabajo son los que más dañan a los motores. Cuando no son seleccionados en forma apropiada, los arranques, los paros y frenados bruscos, así como los períodos de aceleración largos, conducen a fallas en el motor. La consideración de la altitud sobre el nivel del mar del sitio de la instalación del motor, es un factor que con frecuencia no es considerado. A grandes alturas la densidad del aire es más baja y se reduce la efectividad del enfriamiento. Esta reducción significa en forma aproximada que la temperatura de operación se


103


reduce un 5% por cada 300 metros de elevación sobre el nivel del mar. 2.4.4

INSTALACIÓN ADECUADA DEL MOTOR

Los errores al montar los motores pueden ser una de las causas de falla. En algunas ocasiones, el tamaño de los tornillos o anclajes de montaje y sujeción no es el apropiado, o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a problemas de vibraciones con posibles fallas en los cojinetes o chumaceras, o hasta en el eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan de fundamental importancia para evitar problemas mecánicos y eventualmente eléctricos. En la sección anterior de montaje, se explicó ampliamente este tema.

FALLAS MECÁNICAS Es posible que seleccione correctamente el motor para su carga inicial; sin Una carga embargo, un cambio en su excesiva carga o en el acoplamiento puede llevar de accionamiento, se rápidamente manifestará como una a una falla en sobrecarga en el motor. Los el motor. cojinetes comenzarán a fallar, los engranes estarán expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presenta una sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del aislamiento como lo demuestra la Figura 2.28. Fig. 2.28 Motor excesivamente caliente después de sobrecargarlo.

104

Los problemas en los cojinetes o chumaceras son causas comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranajes o piñones, son causas de fallas mecánicas. Por otro lado, debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración.

FALLAS ELÉCTRICAS Una incorrecta alimentación de voltaje al motor puede reducir la vida de éste o causar una falla rápida del mismo, si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta una corriente mayor que la normal. Un voltaje alto en la línea de alimentación de un motor reduce las pérdidas R * I2, pero produce un incremento en el flujo magnético, con el consecuente incremento de la pérdidas en el hierro. Los motores eléctricos monofásicos de fase partida puede operarlos en forma satisfactoria bajo condiciones de operación con carga nominal y con una variación del voltaje de +/- 10% en sus terminales. Por otro lado, una variación en la frecuencia de +/5% es aceptable. Una variación combinada de voltaje y frecuencia de +/- 10% se considera aceptable, con tal de que la frecuencia no exceda el +/- 5% de su valor nominal. Por ejemplo, el voltaje podría variar un máximo de +/- 7% y la frecuencia tener una máxima variación de +/- 3%. La variación combinada no excede +/- 10%. Un 5% de incremento en la frecuencia incrementará la velocidad del motor alrededor del 5% e incrementará también, en forma ligera, la eficiencia, el factor de potencia y la corriente de plena carga. El par de arranque decaerá en el orden del 10%. Un decremento del 5% en la frecuencia incrementará el par en alrededor del 11%, la velocidad se reduce al 5% y hay una ligera reducción en la eficiencia, el factor de potencia y la corriente.



En la tabla 2.3.1 le muestran cómo se afectan, en lo general, las características de los motores eléctricos, por desviaciones en los valores del voltaje de alimentación. CARACTERÍSTICAS

BAJO VOLTAJE

Corriente arranque Corriente plena carga Eficiencia Factor de potencia Par

Se incrementa Aumenta Se reduce Aumenta Aumenta

CARACTERÍSTICAS

ALTO VOLTAJE

Corriente arranque Corriente plena carga Eficiencia Factor de potencia Par

Se reduce Aumenta Se reduce Se reduce Se reduce

Tabla 2.3.1. Características de desviaciones de voltajes.

MANTENIMIENTO ADECUADO El mantenimiento preventivo básico, puede prevenir o retrasar la falla en un motor eléctrico. Existen algunos elementos indicativos, a primera vista, de falta de mantenimiento, que pueden conducir a problemas más severos, entre otros elementos se mencionan los siguientes: Presencia de polvo, humedad e impurezas como lo muestra la Figura 2.29.

Suciedad acumulada

2.4.5

PROCESO PARA PROPORCIONAR MANTENIMIENTO AL MOTOR

La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos monofásicos de fase partida los puede detectar por una simple inspección, o bien, efectuando algunas pruebas. Un aspecto básico en la determinación de las condiciones de un motor es definir si el motor presenta síntomas de falla, o bien observar a través de las pruebas de rutina de mantenimiento fallas o tendencias a la falla. Algunas fallas pueden resultar fáciles de identificar, sin necesidad de que realice pruebas complicadas. De hecho, algunos de los problemas mecánicos se pueden detectar por simple observación y algunos eléctricos sólo por el uso de la lámpara de prueba o Multímetro. A este tipo de pruebas se les conoce como Pruebas de Diagnóstico. Se inician con la localización de fallas con las pruebas más simples, y el orden en que se desarrollan normalmente tienen que ver con el supuesto problema. La forma de localizar problemas tiene relación con el tamaño y tipo de motor, especialmente cuando se trata de motores monofásicos en donde hay mayor variedad constructiva; sin embargo, hay algunas pruebas sencillas que son comunes a casi todos los tipos de motores eléctricos. Los equipos y herramientas que empleará para las pruebas, van desde los más sencillos como lo son las lámparas de prueba y los Multímetros (algunos digitales y otros análogos) como lo muestra la Figura 2.30.

Aire

Fig. 2.29. La suciedad impide la circulación del aire.

Fig. 2.30 Multímetros: Digital y análogo.


105


PROCESO PARA DETERMINAR LAS CONDICIONES DE FALLA DE UN MOTOR

Si no hay voltaje, o bien una variación de más del 10% del valor nominal del motor, entonces la alimentación a éste puede ser la causa probable de falla.

El sistema de un motor eléctrico se puede considerar que consta de cuatro componentes principales que son:

Suponiendo que la fuente de alimentación es aceptable, active el controlador para arrancar el motor.

1. La fuente de alimentación.

Paso 5

2. El controlador.

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

3. El Motor.

4 COMPONENTES

4. La carga.

Paso 6 Cuando ocurre un problema en un motor, es necesario que determine primero, cuál de estos componentes está en mal estado. El suministro de energía eléctrica y los controladores pueden fallar en la misma proporción, y en ocasiones con mayor frecuencia que el motor mismo. Las fallas mecánicas aumentan debido a un incremento en el tamaño de la carga que el motor está accionando, pero también por alguna falla en los cojinetes o chumaceras, o bien en el medio del acoplamiento con la carga.

Para determinar si el motor está fallando utilice el siguiente proceso. Paso 1 Desconecte el motor del controlador. Paso 2 Revise que las conexiones o los medios de conexión se encuentran en buenas condiciones. Paso 3 Opere el controlador para arrancar el motor Paso 4

Verifique el acoplamiento mecánico entre el motor y la carga. Desconecte el acoplamiento y gire el rotor del motor para revisar si gira libremente. Paso 7 Conecte el motor directamente a la fuente de alimentación, puenteando el controlador. Si sospecha que la falla se encuentra en el motor, entonces puede proceder hacer un recorrido general de causas probables de falla de acuerdo a la siguientes guías.

EL MOTOR FALLA AL ARRANCAR Fusibles fundidos: Reemplace los fusibles del tipo y capacidad apropiada. Disparos por sobrecarga: Verifique y restablezca el dispositivo de sobrecarga en el arrancador. Fuente de alimentación impropia: Verifique que la alimentación esté de acuerdo con los datos de placa del motor.

Mida el voltaje de entrada al controlador.

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Conexión inapropiada a la línea: Verifique las conexiones con el diagrama de conexiones del motor. Circuito abierto en los devanados o el interruptor de control: Se indica por medio de ruido o zumbido cuando el motor arranca. Verifique si existe una mala conexión en devanados. También verifique que todos los contactos del control estén cerrados. Fallas mecánicas: Verifique si el motor y su carga giran libremente. Verifique los cojinetes y lubricantes. Corto circuito en el estator: Es la causa por la cual se funden los fusibles. El motor se debe rebobinar. Conexiones flojas en las bobinas del estator: Remueva los extremos y localice las conexiones flojas con la lámpara de pruebas o multímetro. Defectos en el rotor: Verifique si hay barras abiertas o están abiertos los anillos extremos de la jaula de ardilla. El motor está sobrecargado: Reduzca la carga.

EL MOTOR PIERDE VELOCIDAD • Aplicación incorrecta: Cambie de capacidad o tipo de motor. • Motor sobrecargado: Reduzca la carga. • Bajo voltaje en el motor: Verifique que se mantenga el voltaje de placa. Verifique también las conexiones. • Circuito abierto: Fusibles fundidos. Verifique los relevadores de sobrecarga, estator y botoneras.

• Voltaje demasiado bajo en las terminales del motor, debido a caída de voltaje: Proporcione un voltaje mayor en las terminales del transformador o reduzca la carga. También verifique las conexiones y el calibre adecuado de los conductores del alimentador y/o circuito derivado. • Carga al arranque demasiado alta: Verifique la carga que supuestamente debe poder manejar el motor. • Barras rotas en el rotor o pérdidas de rotor: Observe si hay fracturas cerca de los anillos. • Apertura en el circuito primario: Localice la falla con dispositivos de prueba y repárelos. EL MOTOR TOMA DEMASIADO TIEMPO PARA ARRANCAR • Exceso de carga: Reduzca la carga. • Circuito pobre: Verifique si hay un valor elevado de resistencia. • Defectos en rotor de jaula de ardilla: Reemplácelo con un rotor nuevo. • Voltaje aplicado demasiado bajo: Verifique que la compañía suministradora provéa el valor apropiado. SENTIDO DE ROTACIÓN INCORRECTO • Conexión de las bobinas de arranque cambiadas:

Cambie las conexiones en el motor.

EL MOTOR NO LLEGA A SU VELOCIDAD • Aplicación incorrecta: Verifique las fases para determinar si están abiertas. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS

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EL MOTOR SE SOBRECALIENTA MIENTRAS OPERA CON CARGA • Sobrecarga: Reduzca la carga. • La carcaza o las ranuras de ventilación pueden estar atascadas con basura o polvo: Haga limpieza y verifique la circulación del aire. • Bobina a tierra: Localice en que parte la bobina hizo contacto con el enchapado o carcaza.

EL MOTOR VIBRA DESPUÉS DE QUE SE HA HECHO LA CORRECCIÓN • Motor mal alineado: Realinee el motor. • Soporte débil: Refuerce la base del motor. • Acoplamiento fuera de balance: Balancee el acoplamiento. • Desbalance en el equipo accionado: Rebalancee el equipo mencionado. • Fallas en los cojinetes o chumaceras: Reemplace los cojinetes o chumaceras. • Cojinetes no alineados: Alinee los cojinetes.

RUIDO DE CHATARRA • Ventilador suelto: Ajuste el Ventilador al eje del rotor. • Entrehierro no uniforme: Verifique si las tapaderas, cojinetes o chumaceras están montadas correctamente. • Desbalance en el rotor: Balancee el rotor con ayuda del torno.

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IDENTIFICACIÓN DE LAS FALLAS Las fallas o averías más frecuentes que se pueden presentar en los motores monofásicos de fase partida son las siguientes: Fusibles quemados. Cojinetes desgastados. Sobrecargas. Corto circuito. Conexiones internas erróneas. Contactos a tierra de los devanados. Cojinetes excesivamente apretados. Tapaderas mal montadas. Ejes torcidos. Barras del rotor flojas. Capacitor defectuoso Interrupción en el devanado de arranque. Interrupción en el devanado de trabajo. Un principio básico es que observe la operación diaria de los motores y, en adición, elabore un programa de inspección basado en sus condiciones de servicio. Eventualmente, puede basar la frecuencia de la inspección en la experiencia que tenga con los motores. Periódicamente, debe verificar lo siguiente: 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9.

La limpieza general. Las condiciones eléctricas. Las temperaturas ambientales elevadas y la ventilación apropiada. El alineamiento con la carga. La lubricación apropiada y el desgaste de los cojinetes del motor y de la carga. La condición del rotor. El deterioro del aislamiento de los devanados. El desgaste en los interruptores. El deterioro de los capacitores.



En primer lugar identifique las fallas en el arrancador, el controlador, la carga, o en el propio motor, ya que si se identifica que es el motor eléctrico, entonces debe detectar el grado de severidad de la falla, porque algunas fallas puede corregirlas fácilmente, en tanto que otras son mayores, y debe reemplazar partes eléctricas en mal estado.

Los factores que influyen en la frecuencia del mantenimiento y la necesidad de desarmar un motor son principalmente los siguientes:

El siguiente paso que debe dar, es separar los problemas mecánicos de los problemas eléctricos.

El mantenimiento correctivo, en donde con frecuencia se necesitan cambios de partes o reparaciones, requiere por lo general, que los desmonte y los desarme, al menos parcialmente.

El proceso inicia desacoplando el motor de su carga y separando el acoplamiento, de manera que se pueda verificar la libertad de giro del rotor; si se encuentra algún problema mecánico, proceda a corregirlo. La mayoría de los problemas mecánicos y eléctricos puede observarlos directamente y es necesario que tenga cierta sensibilidad para aislar unos de otros, ya que a veces un problema mecánico puede ser la causa de uno eléctrico. Después de asegurarse de que no haya problemas mecánicos, o bien que se hayan corregido, es conveniente que intente poner en marcha el motor otra vez; si el problema persiste, entonces proceda a realizar las pruebas eléctricas.

2.4.6 PROBLEMAS MECÁNICOS EN LOS MOTORES MONOFÁSICOS DE FASE PARTIDA Algunos de los problemas mecánicos más frecuentes en los motores eléctricos monofásicos de fase partida son los siguientes: Tapaderas mal montadas. Cojinetes desgastados. Cojinetes o chumaceras excesivamente apretados. Los procesos de mantenimiento preventivo y de reparación efectivos deben permitir el desarmado completo de los motores, de acuerdo a una programación establecida.

El tamaño del motor. El uso o ciclo de trabajo que tenga. El medio ambiente en el cual opera.

Se le recomienda seguir las siguientes Reglas Generales para el desarmado de los motores eléctricos monofásicos. 1. Desconecte la alimentación del motor. 2. Tome nota o elabore un diagrama de las conexiones del motor para evitar errores cuando lo vuelva a poner en servicio. 3. Quite el equipo auxiliar que impida el acceso libre al motor. 4. Analice si se requiere o no remover el motor del lugar de su instalación. 5. Siga preferentemente las recomendaciones del fabricante para su montaje y maniobras a realizar. Seleccione un área de trabajo limpia cuando el motor se desarma. Estando en su lugar de montaje, tenga el suficiente cuidado con el manejo de sus partes, márquelas y etiquételas debidamente para su correcto armado. Antes de desarmar un motor haga marcas de identificación en uno de sus lados para facilitar posteriormente el armado como lo muestra la Figura 2.31. Marcas de identificación

Fig. 2.37 Marcas en una de las partes del motor para referencia del armado posterior.


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

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

Estas marcas las puede realizar con marcadores de tinta indeleble, punzones o etiquetas autoadheribles, aunque la más recomendable es la de los punzones, ya que al manejar las tapaderas o el estator puede despegar o borrar las marcas hechas por el marcador o las etiquetas. Este procedimiento puede apreciarlo en la Figura 2.32. Martillo metálico

Punzón de punto

Fig. 2.32 Procedimiento para marcar las partes del motor.

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Después de marcar las tapaderas y la carcaza del motor, puede proceder a desarmar el motor. Se le recomienda seguir las siguientes precauciones. 1. No use martillos metálicos directamente sobre cualquier parte del motor, ya que el impacto puede romper o fracturar al hierro fundido. También puede deformar otras partes. 2. No use desarmadores o destornilladores para forzar las tapaderas al tratar de separarlas, esto puede producir marcas o daños en las uniones tapadera-estator. 3. Esté preparado para registrar el procedimiento de desarmado y arregle la disposición de las partes en un orden que identifique su posición. 4. Tenga listo un cuaderno de notas y un lápiz para anotar la forma en la que están dispuestas las conexiones internas de los devanados.

Luego de hacer las marcas correspondientes en el motor, proceda a desarmarlo de la manera siguiente:

1. Remueva los tornillos o pernos de sujeción de las tapaderas a la carcaza. 2. Después de efectuar el paso anterior, colóquese en posición de retirar las tapas de la carcaza. Tan pronto como separe las tapaderas, el rotor queda soportado por el estator. Deberá tomar precauciones para evitar que el rotor sufra daño, usando soportes o polipastos. Entre más grande es el motor, tendrá mayor riesgo de daño. 3. Use un martillo de bola y un bloque de madera para proteger contra daño, como se muestra en la Figura.2.33.



Fig. 2.33 Procedimiento para desmontar las tapaderas con un bloque de madera.

4. Remueva las tapaderas de ambos lados del motor, retirando el rotor lentamente y procurando previamente haber desconectado todos los alambres del circuito que puedan haber, por ejemplo los del interruptor centrífugo. 5. En la medida que continúe con el proceso de desarmado, registre todas las partes que se retiran y el orden en que van colocadas. Elabore un diagrama del alambrado. Haga una lista de colores, de acuerdo al código para cada terminal, o bien use la numeración convencional.

6. Una vez que haya retirado las tapas del eje del motor, retire el rotor, teniendo cuidado de que no se golpee contra el estator o los devanados del estator para evitar daños; por lo que dependiendo del tamaño del motor, debe adoptar distintas formas de soporte del rotor, observe la Figura 2.34.

Fig. 2.34 Forma de desmontar un rotor de un motor grande con ayuda del polipasto.

COJINETES DESGASTADOS Cuando los cojinetes de un motor eléctrico están desgastados, se produce un descentrado del rotor del motor y, debido a que el entrehierro o espacio de aire entre el rotor y la armadura del estator es normalmente un espacio muy pequeño, este descentramiento produce en ocasiones un roce mecánico entre el rotor y el estator, con lo cual se origina un deterioro en los devanados. Este tipo de falla se puede reconocer observando las marcas producidas por el roce entre el rotor y es estator. Cuando los cojinetes están desgastados existen posibilidades de que el motor no funcione o, si lo hace, haga un ruido producido por el roce mecánico; debido a esto, debe vigilar que no exista juego del eje sobre el cojinete, para esto se intenta mover en el sentido vertical el extremo libre del eje, es decir el del lado de accionamiento. Cuando exista juego vertical, como lo muestra la Figura 2.35, es señal de que el cojinete y muy raras veces el eje están desgastados, en este caso tendrá que sustituir el cojinete o el rotor por uno nuevo.


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

Dispositivo para llenado de aceite Chumacera

Porta chumacera

Anillo aceite

Drenaje de aceite

Este tipo de falla se puede reconocer observando las marcas producidas por el roce entre el rotor y el estator. Cuando los cojinetes están desgastados existen posibilidades de que el motor no funcione o, si lo hace, haga un ruido producido por el roce mecánico; debido a esto, debe vigilar que no exista juego del eje sobre el cojinete, para esto se intenta mover en el sentido vertical el extremo libre del eje, es decir el del lado de accionamiento.

de

Vástago Resorte Drenaje de aceite Fig. 2.36 Sistema de lubricación de chumaceras tipo deslizante.

Drenajes exteriores Pista de rodamiento

Cuando exista juego vertical, como lo muestra la Figura 2.35, es señal de que el cojinete y muy raras veces el eje están desgastados, en este caso tendrá que sustituir el cojinete o el rotor por uno nuevo.

Rodillo

Separador Balín o bola

A

B

Fig. 2.37 Tipos de cojinetes: A) De bolas. B) De rodillos.

Reemplazo de los cojinetes Fig. 2.35 Juego vertical o radial existente por desgaste de cojinetes.

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

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Lo primero que hará al proporcionarle mantenimiento a los cojinetes del motor será la limpieza, y esto por lo general implica desarmar el motor para aplicar un procedimiento de limpieza general. Para esto, a menos que sea estrictamente indispensable, no es necesario que extraiga los cojinetes que estén en buenas condiciones.



Cuando necesite extraerlos, debe almacenarlos o guardarlos en papel aceitado, procurando también mantenerlos limpios.

En el caso de los cojinetes, también usará distintos tipos de herramientas para su extracción, algunas de estas se muestran en la Figura 2.40 .

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

Tuerca de regulación

En la Figura 2-38 se muestra un conjunto de árboles o barras para remover chumaceras tipo deslizante.

Patas o varillas

Tornillo Fig. 2.-38 Conjunto de árboles o barras para extraer chumaceras deslizantes.

Estas barras o herramientas vienen en varios tamaños y cada barra puede tener hasta cinco diámetros.

Tuerca de regulación

Varillas de tracción

La herramienta está diseñada de tal forma que el diámetro exterior pueda pasar a través del porta chumacera sin dañarlo. Las chumaceras se pueden remover golpeando la herramienta con un martillo, o bien con el mismo tipo de herramienta, pero accionando a presión como lo demuestra la Figura 2.39.

Fig. 2.40. Extractores de tornillo con abertura regulable.

La técnica que utilizará para manejar los extractores y extraer los cojinetes de sus cunas se muestran en la figura 2.41. Extractor de tornillo

Fig. 2.39 Forma de colocar la tapa y la herramienta para extraer las chumaceras.

Cojinete Llave de Rotor perico Fig. 2.41 Técnica para extracción de cojinetes con el extractor.


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Parte del eje a pulir con lija

Eje torcido Si después de que verificar si las tapaderas están bien montadas, tiene dificultad para hacer que gire el motor accionándolo manualmente, entonces, es casi seguro que el eje se encuentra torcido. La reparación de esta falla en m o t o r e s pequeños puede hacerla con el rotor montado sobre los puntos del torno y con una palanca o un pedazo de tubo colocado en la parte curvada, intente enderezar, como lo indica la Figura 2.42. Cabezal del torno

Fig. 2.43 Parte del eje a pulir con lija.

Esta falla

puede verificarla desmontando el rotor del motor y colocándolo entre los puntos de un torno. Accionando el torno observará si el eje gira de forma centrada o descentrada.

Rotor

Conmutador

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

2.4.7 LOS PROBLEMAS ELÉCTRICOS EN LOS MOTORES DE FASE PARTIDA Los problemas que con mayor frecuencia presentarán los motores eléctricos monofásicos de fase partida se clasifican en dos categorías: Efectos de Sobrecargas. Efectos ambientales y de mantenimiento. EFECTOS DE SOBRECARGAS

Eje Bancada del torno

La mayoría de los problemas que generan las sobrecargas se refleja como un sobrecalentamiento en el estator, como lo muestra la Figura 2.44.

Fig. 2.42 Rotor de motor eléctrico montado en un torno para rectificarlo.

COJINETES O CHUMACERAS EXCESIVAMENTE APRETADOS

Cuando los cojinetes están excesivamente ajustados con el eje del rotor, resulta muy difícil hacerlo girar a mano, y si se ha descartado el problema del eje torcido, entonces la solución se encuentra rectificando los cojinetes para que ajusten debidamente. Otra opción es también pulir el eje con lija metálica. La parte del eje a pulir la señala la figura 2.43.

114

Fig. 2.44 Devanado dañado por sobrecalentamiento.

Los arranques y paros repetidos generan también esfuerzos mecánicos sobre los cabezales de las bobinas y las bobinas en forma individual.



Estas fuerzas mecánicas generadas vía el proceso de operación del motor (arranque-paro) se refleja como un esfuerzo físico en los cabezales de las bobinas y terminales de las espiras de cobre, incrementando los problemas potenciales por fractura del aislamiento de las partes conductoras. Otra posibilidad que se presenta es un incremento sustancial en la temperatura del aislamiento, como resultado del proceso de arranques y paros del motor en tiempos relativamente cortos.

PROBLEMAS DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Ciclo excesivo de trabajo o cargas pulsatorias. Sobrecargas contínuas. Tiempos de aceleración prolongados. Problemas mecánicos en las cargas. Bajo voltaje en la alimentación. Arranque y paros repetidos. EFECTOS

El simple calor generado por estos procesos incrementa la temperatura, acelerando el deterioro del aislamiento, en combinación con los esfuerzos físicos aplicados al sistema. Si tiene polvo y humedad, se puede acelerar el proceso de falla. Estas condiciones de falla se pueden presentar en un motor algunos meses después, siguiendo el proceso de operación normal. A continuación observará una serie de problemas, sus posibles causas y sus efectos. PROBLEMAS EN LA RED DE ALIMENTACIÓN • BAJO VOLTAJE EN LA LÍNEA EFECTOS Sobrecalentamiento en el devanado del estator. Deterioro del aislamiento (fractura y pulverización). Cortocircuito de espira a espira o de bobina a bobina, o de fase a fase, o de fase a tierra. Daño en el estator.

Las sobrecargas no deberían afectar a un motor protegido correctamente, ya que cualquier sobrecarga con tiempo mayor que el ajuste de la protección contra sobrecarga deberá ser detectada y controlada.

Sobrecalentamiento en el devanado del estator. Deterioro del aislamiento. cortocircuito de espira a espira, de bobina a bobina, de fase a fase o de fase a tierra. Daño al estator.

PROBLEMA DE TIPO ELÉCTRICO

Temperatura ambiente elevada. Obstrucción en el sistema de ventilación.

EFECTOS Sobrecalentamiento en los devanados. Deterioro de los aislamientos sobrecalentamiento. Falla de aislamiento de las bobinas.

por

ESFUERZOS DE VOLTAJE

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


115


PROBLEMAS DE TIPO MECÁNICO

Pérdida o exceso de lubricante. Contaminación en el lubricante de las cojinetes. Sobrecalentamiento en el lubricante de los cojinetes. EFECTOS

A. B.

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

PÉRDIDAS DE ALINEACIÓN EN EL EJE O PROBLEMAS CON LA CIMENTACIÓN

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

PRUEBAS ELÉCTRICAS EN LOS DEVANADOS Antes de que pierda tiempo suponiendo que un motor tiene alguna falla, es conveniente que observe las condiciones del circuito. Si el motor continúa operando, puede medirle la corriente usando un amperímetro de gancho, como lo muestra la Figura 2.45. Con esto elimina la necesidad de desconectar los conductores para conectar un amperímetro convencional en serie con el circuito a medir.

116

Fig. 2.45. Amperímetro de gancho, utilizado para no abrir las líneas de alimentación.

Compare la lectura del amperímetro de gancho de la corriente a plena carga del motor, con la que aparece en la placa de datos del mismo. La corriente debe estar dentro del 5% de variación con respecto a su valor nominal, operando el motor a plena carga. Si los valores de la corriente varían en forma significativa, entonces es necesario que mida con un voltímetro, el voltaje de alimentación, y lo comparare con los de la placa del motor.

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

Si el voltaje se eleva de su valor nominal con el motor desconectado, se tiene una mayor posibilidad de que el motor esté defectuoso. Debe verificar primero un posible incremento en la carga mecánica, antes de suponer que se trata de un problema eléctrico. El problema de la carga mecánica se puede derivar de un acoplamiento defectuoso, chumaceras o cojinetes en mal estado o falta de lubricación, así como un posible



aumento en la corriente que demanda el motor, con la consecuente caída de tensión. La mayoría de fallas eléctricas en los motores se deben principalmente a fallas del aislamiento de los devanados, este falla como se mencionó anteriormente, porque los motores operan con temperaturas arriba de sus valores nominales; esta condición puede ser causada por una sobrecarga o una pobre ventilación. También son causa de fallas en los motores eléctricos: La exposición a la humedad, las atmósferas corrosivas, el polvo, las limaduras o partículas metálicas, así como los arcos eléctricos en la alimentación o fallas en los controladores (arrancador y cuchillas). Una de las fallas más comunes en los devanados es el corto circuito, éste se puede dar cuando dos o más espiras están eléctricamente en contacto, cuando una espira hace contacto con las laminaciones del estator o rotor, o bien con la carcaza. Esto significa que el cortocircuito puede ser entre devanados o de un devanado a tierra; estos tipos de corto circuitos conducen a su vez a otra falla, que es la de devanado o bobina abierta. Durante el funcionamiento del motor, un cortocircuito puede ser provocado por una sobrecarga o exceso de corriente que caliente los devanados, de modo que esto puede hacer que se quemen los aislamientos de los conductores, quedando éstos al descubierto.

Para la localización de bobinas en corto circuito puede utilizar los siguientes procesos: el motor lo permite, póngalo en marcha y déjelo 1 Sioperar durante algún tiempo, localice al tacto la bobina más caliente, que será aquélla que se encuentra en corto circuito. de los métodos comunes para el desarrollo 2 Otros de las pruebas eléctricas en los devanados, son los siguientes: El método de la lámpara de prueba. El método del voltímetro o amperímetro. El método de Megger o medidor de resistencia de aislamiento. El método de Growler o Zumbador. Estos procesos y métodos de prueba simplificados que se usan en forma más común, los observará en forma gráfica a continuación, definiendo en cada figura la metodología a seguir, las conexiones y la interpretación de los resultados.

PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR PARA DETECTAR FALLAS A TIERRA CON UNA LÁMPARA DE PRUEBA Conecte una punta de prueba a la carcaza y la otra a cada terminal de fase, en forma alternativa. La forma de conectar la lámpara al motor se indica en las figura 2.46. Lámpara de prueba

Un cortocircuito en cualquier parte del devanado puede provocar una operación ruidosa del motor, con presencia de humo. Otro indicativo de corto circuito es la demanda o consumo de una corriente elevada cuando el motor opera en vacío (sin carga mecánica acoplada a su eje).

Bobina de arranque

Interruptor centrífugo Fig. 2.46. Lámpara de prueba conectada a la carcaza y a una terminal.


117


Si el contacto chispea o enciende la lámpara (aún con baja intensidad) entonces hay falla. PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR PARA DETECTAR FALLAS DE BOBINAS ABIERTAS CON UN VOLTÍMETRO Para determinar si un devanado esta abierto, conecte las puntas de prueba como se muestran en las Figuras 2.47.

Fig. 2.48 Óhmetro midiendo el aislamiento del motor.

Bobinas abiertas Esto puede comprobarlo cuando ha ocurrido un corto circuito, un sobrecalentamiento, o un objeto ha cortado parte del devanado.

A la red eléctrica

Fig. 2.47. Voltímetro midiendo para detectar fallas de bobinas abiertas.

Las prueba a realizar la puede observar con la Figura 2.49.

Si el circuito no está abierto, el voltímetro conectado se leerá a plena escala.

PRUEBA DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR PARA DETECTAR FALLAS DE AISLAMIENTO, BOBINAS ABIERTAS Y EL INTERRUPTOR CENTRIFUGO POR MEDIO DE UN ÓHMETRO Fig. 2.49 Óhmetro midiendo la ruptura de un devanado.

Fallas de aislamiento Estas fallas pueden detectarse fácilmente con el óhmetro. Como primer paso verifique que el motor no esté conectado a la red eléctrica local. Seleccione la escala mas alta y mida una a una, todas las puntas con referencia a la carcasa del motor, esta prueba la puede observar en la Figura 2.48.

118

Fallas en los contactos del interruptor centrífugo En esta prueba debe verificar cuales con los contactos del interruptor centrífugo, y armado el motor, hágalo girar con ayuda de otro motor. Cuando está en reposo, los contactos tendrán que estar cerrados, por lo que el óhmetro medirá una resistencia cero. Cuando el motor haya alcanzado aproximadamente el 75% de



su revoluciones nominales, los contactos se abren y como consecuencia, el óhmetro medirá una resistencia infinita. Vea la Figura 2.50.

Existen diferentes tipos de Megeers, la Figura 2.51 muestra tres tipos.

Fig. 2.50 Óhmetro midiendo el interruptor centrífugo en reposo.

Conexión a tierra Conexión al devanado o fase

PRUEBAS DE AISLAMIENTO EN LOS MOTORES POR MEDIO DEL MEGGER

Un Megómetro o Megger es un dispositivo que detecta deterioro en el aislamiento, midiendo valores de alta resistencia bajo condiciones de prueba en alto voltaje.

Fig. 2.51 Tres diferentes tipos de Megger. Todos con la misma función.

PRUEBA DE AISLAMIENTO EN SITIO Una “prueba de aislamiento en sitio” es una prueba para verificar el aislamiento del motor. Se hace cada seis meses cuando el motor está en servicio. Para desarrollar esta prueba aplique el siguiente procedimiento:

Los voltajes de prueba de los meggers se encuentran en el rango de 50 Voltios a 5,000 Voltios. El megger detecta fallas de aislamiento, o bien fallas potenciales del aislamientos, causadas por exceso de suciedad, humedad, polvo, calor, vapores corrosivos o sólidos, vibraciones y envejecimiento.

1

Conecte el Megger para medir la resistencia de cada terminal del devanado a tierra. Las lecturas debe registrarlas después de 60 segundos. En caso de que no obtenga la lectura mínima aceptable, revise y dé mantenimiento al motor. Se debe registrar el valor de la lectura mínima, ya que ésta sirve de referencia.

2

Se descargan los devanados del motor a través de una resistencia de 5 KW, 5 W.


119


3

Se repiten los pasos anteriores cada 6 meses.

3

Energice el Growler y gire el Rotor sobre el mismo tomando notas de las corrientes. El Growler actúa como el primario de un transformador.

PASO 2 • Descargar el motor • Resistencia para descargar el motor

4

Si el Rotor está bien, debe tener mas o menos las mismas indicaciones de corriente en todas las posiciones.

PASO 1 • Medición

Nota: A tierra

Megger tipo manija

más ler no es w o r G l E yo ductor cu que un in ce pasar al ha campo se del rotor. devanado

Fig. 2.52. Megger tipo manija, midiendo el aislamiento del motor eléctrico monofásico de fase partida.

PRUEBA DE MOTORES ELÉCTRICOS MONOFÁSICOS CON ROTORES JAULA DE ARDILLA POR MEDIO DEL GROWLER

Esta prueba puede realizarla como lo indica la Figura 2.53.

La pérdida en el Par de arranque a velocidad nominal en un motor de inducción se puede deber a circuitos abiertos en el rotor de Jaula de Ardilla. Para que pruebe el rotor y determine qué barras están abiertas debe proceder de la manera siguiente:

1

Coloque el Rotor sobre del Growler. Coloque el Amperímetro de Gancho en la línea de alimentación del Growler y ajuste el amperímetro a la escala más grande.

2 120

Fig. 2.53 Growler y Amperímetro de Gancho en conexión de prueba del Rotor Jaula de Ardilla de un motor de inducción.



2.4.8

Deberá aplicar medidas que garanticen que sólo aquellas personas que trabajen en las instalaciones puedan volverlas a conectar.

MEDIDAS DE SEGURIDAD

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

REALIZACIÓN:

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

35

30

10

25

15

La seguridad con los componentes mecánicos.

0

5

La seguridad con el manejo de la electricidad.

Si ha desenroscado los fusibles no deberá dejarlos junto a la caja de distribución, sino que deberá llevárselos consigo. Los dispositivos de bloqueo ofrecen una seguridad adicional como los tapones roscados de bloqueo, que no son más que tapones plásticos similares a los reales, los cuales no permiten el acceso a otro fusible.

Para que otros técnicos o usuarios de la instalación se informen de los trabajos que se están realizando puede emplear etiquetas autoadhesivas que pegará sobre los dispositivos protectores, disyuntores o portafusibles. Suelen ser de color rojo o amarillo. Las etiquetas son como lo muestra la figura 2.54.

20

LA SEGURIDAD CON EL MANEJO DE LA ELECTRICIDAD Como electricista usted siempre debe recordar que está trabajando con la electricidad y por lo tanto debe aplicar las cinco normas de seguridad siguientes:

• DESCONECTE TOTALMENTE LA TENSIÓN • EVITE UNA RECONEXIÓN • COMPRUEBE LA AUSENCIA DE TENSIÓN • TAPE

O CUBRA LAS PARTES PROXIMAS SOMETIDAS A

TENSIÓN

Fig. 2.54. Etiqueta que puede utilizar para seguridad de reconexión.

La Norma VDE 0105 (Asociación de Electrotécnicos Alemanes) prohíbe terminantemente trabajar con partes de circuitos sometidas a tensión. Una buena forma de cumplir con estas medidas de seguridad es que desenrosque los fusibles o que desconecte los disyuntores, llevándoselos consigo para que nadie ajeno vuelva a reconectarlos.

Evidentemente es más seguro que ninguna otra persona pueda tener acceso a los interruptores, o sea que los armarios o salas de conmutación estén cerradas. Aunque crea haber interrumpido el circuito eléctrico adecuado, en determinados casos aún puede suceder que determinadas partes de la instalación en cuestión estén sometidas a tensión, bien sea por fallos en el


121


circuito de la instalación o por rotulados o indicadores equivocados. Por tanto, deberá comprobar necesariamente la ausencia de tensión antes de empezar a trabajar.

LOS

Cuando le brinde mantenimiento a un motor eléctrico debe considerar la seguridad suya y de los que le ayudan.

REALIZACIÓN:

1 2 3

LA SEGURIDAD CON COMPONENTES MECÁNICOS

Verifique que el instrumento verificador de tensión o sea un voltímetro esté en buenas condiciones. Mida en todos los puntos cercanos al área de trabajo si existe tensión. Inicie su trabajo hasta que esté totalmente seguro.

Muchos accidentes pueden evitarse simplemente con ser ordenado en su trabajo y con su herramienta. Normalmente todas las herramientas traen instructivos de uso de las mismas. Debe seguirlas al pie de la letra para evitar situaciones que pueden traer peligro hacia usted.

P RECAUCIONES EN EL MANEJO DEL MEGGER

SEGURIDAD EN EL MANEJO DE LOS MARTILLOS

En los párrafos anteriores se mencionó, que el Megger es un aparato que realiza mediciones de aislamiento, este aparato puede generar en su interior un voltaje que puede llegar a los 5000 Voltios, mediante el accionamiento de la manija, por lo que deberá seguir las siguientes instrucciones: 1.

Desconecte el motor eléctrico de la conexión de la red, inclusive de la protección de tierra física.

2.

No Toque el motor con su cuerpo cuando esté realizando la medición con el Megger.

3.

Si hubiera necesidad de tocar alguna parte del motor, entonces utilice un alicate con los mangos aislados y con la inscripción en el aislante, indicando que soporta hasta 5,000 Voltios.

4.

122

Utilice guantes de electricista, si va a manipular el motor.

NUNCA utilice el martillo si el cabo no está sujeto firmemente a la parte de acero. N UNCA trabaje con el martillo si hay alguna persona enfrente de usted. El martillo de acero puede salir expulsado hacia la persona que está el frente de usted.

2.4.9 PROTECCIÓN AMBIENTAL

Cuando utilice materiales corrosivos, aceites o solventes, no debe desecharlos en la tierra o en el desagüe, ya que estos materiales perjudican el medio ambiente.



Lo que debe hacer para desechar estos materiales es lo siguiente:

1.

Busque un recipiente de plástico o metal suficientemente duro para soportar este material corrosivo, este recipiente debe tener una tapadera hermética.

2.

Utilice un recipiente para cada residuo. Nunca mezcle los solventes o aceites que no sean del mismo tipo ya que esto provocará, en algunos casos, gases tóxicos y altamente inflamables.

3.

Cuando el recipiente esté lleno, puede llevarlo a la recicladora más próxima. Si aun no existiera alguna en el área, selle el recipiente y guárdelo en algún lugar seguro y adecuado. En algún momento llegará la recicladora para procesarlos.

ADVERTENCIA

Nunca queme los restos de plásticos o inflamables ya que estos humos dañan la capa de ozono.

Utilice materiales que no son dañinos a la capa de ozono. Normalmente los materiales que no dañan la capa de ozono traen en la etiqueta una indicación, con la que usted puede saber si los puede utilizar.

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

2.5.1 DEFINICIÓN DE MOTOR CAPACITOR DE ARRANQUE

CON

El Motor con capacitor de arranque es similar al de fase partida, con la diferencia de tener conectado en serie al devanado auxiliar un capacitor de arranque con capacidad adecuada; va montado en la parte superior de la carcasa del motor. Observe Figura 2.55. Como el capacitor puede proyectarse de capacidad suficiente, con este tipo de motor se consigue en el arranque un desfase mayor que en el tipo de fase partida y, por tanto, mayor par de arranque y mejor rendimiento. Por esta razón se construyen en una gama más amplia de potencias, que abarca desde 1/8 hasta 2 y 3 CV.

2.5 MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE El Motor monofásico con capacitor de arranque tiene una aplicación muy extensa, ya que su gran par de arranque y su velocidad casi constante lo hacen idóneo

Fig. 2.55. Vista lateral y frontal de un motor monofásico con capacitor de arranque.


123


2.5.2 FUNCIONAMIENTO DE MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE

Ya se ha visto que en el caso del motor de fase partida, el diseñador dispone realmente de un escaso margen en cuanto al ángulo de diferencia de fase, que puede obtenerse entre las corrientes del devanado de trabajo y del devanado auxiliar. En cambio, si se coloca un capacitor de arranque (Ca) en serie con el devanado auxiliar es posible incrementar dicho ángulo hasta casi 90 grados. Si se recuerda que el par de arranque es proporcional al seno del ángulo comprendido entre las dos corrientes y que el seno de 30 grados (que es el valor angular máximo que puede obtenerse prácticamente en un motor de fase partida) es 0.5 y el seno de 90 grados es 1, resulta claro que sólo por este concepto el par de arranque sería por lo menos del doble en un motor con capacitor de arranque. Observe en la Figura 2.56 y 2.57 que la corriente de línea será mucho menor que en el caso de la máquina con capacitor de arranque de lo que sería en el motor de fase partida, debido precisamente a que el ángulo es mayor. Esto significa que para un mismo valor de corriente de línea, las corrientes del devanado auxiliar y del devanado de trabajo pueden ser mayores, con lo cual se incrementa aún más la magnitud del par de arranque. Fig. 2.56. Esquema de las intensidades que circulan en un motor monofásico con capacitor de arranque.

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

124

Fig. 2.57. Ángulo entre las corrientes en un motor monofásico con capacitor de arranque. V = Voltios. Ia = Intensidad de arranque. It = Intensidad de trabajo. a = Ángulo de desfase

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

2.5.3

PARTES DEL MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE

En la figura 2.58 puede observar la similitud de las piezas del motor monofásico con capacitor de arranque con las del motor de fase partida y en la Figura 2.59 observe de nuevo las partes del motor con



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

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

Capacitor de arranque

Interruptor centrífugo

Rotor Devanado Red de trabajo

Devanado auxiliar

Fig. 2.58. Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (sin protección térmica).

Fig. 2.59. Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (con protección térmica interna).

Los capacitores para arranque del motor son del tipo electrolítico (Fig. 2.60). Estos se fabrican arrollando dos tiras de lámina de aluminio tratadas electroquímicamente, para generar el delgado dieléctrico en forma de película de óxido de aluminio, las cuales están separadas por dos películas de material aislante. El conjunto se aloja en un recipiente adecuado y se impregna con un electrolito que regenera el dieléctrico a lo largo de su vida. Esta construcción permite tener una capacitancia varias veces Fig. 2.60. mayor para el mismo tamaño del Capacitor recipiente, que la que podría electrolítico utilizado en obtenerse con la construcción motores con usual. Por supuesto que la elevada capacitor de capacidad nominal del capacitor se arranque. basa en el hecho que solo interviene unos cuantos segundos durante cada arranque del motor, y después permanece fuera del circuito. Puede decirse que el motor monofásico con capacitor de arranque permite obtener un alto par de arranque, a cambio de un costo inicial mayor que el de un motor de fase partida. Tampoco debe perderse de vista el hecho de que el capacitor de arranque constituye otro eslabón de la cadena que puede dañarse y con el


125


tiempo tener que reemplazarse. Por estas razones el uso de un motor con capacitor de arranque debe estar plenamente justificado por los requisitos de operación de la carga.

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

Sin embargo, como el capacitor permanece conectado en el circuito en todo momento, ya no puede ser del tipo electrolítico, sino que debe emplearse un capacitor impregnado de aceite (Fig. 2.62), cuyo costo y volumen por microfaradio de capacidad son bastante más elevados. Por otra parte una vez que el motor arranca, la capacidad requerida en el circuito auxiliar es mucho menor. Por esas razones, la capacitancia en microfaradios para un motor de este tipo es mucho menor que en uno con capacitor de arranque (5 a 20 microfaradios, lo cual es una indicación de que el par de arranque que puede esperarse no es muy grande.

MOTOR CON CAPACITOR PERMANENTE

La principal ventaja de este motor consiste en que no requiere un interruptor extra para desconectar el devanado auxiliar, ya que tanto éste como el capacitor permanente (Cp, también llamado de régimen o de trabajo), que está en serie con él, permanecen en el circuito (Fig. 2.61). Otra ventaja es que con el, se obtiene un mejor factor de potencia y por consiguiente una reducción en la corriente de línea.

Fig. 2.62. Capacitor impregnado de aceite.

En el capacitor de aceite el dieléctrico de papel está impregnado de aceite y el conjunto de papel y láminas se sumerge en un depósito también de aceite, con objeto de aumentar el poder dieléctrico y evitar, al mismo tiempo, un calentamiento excesivo. El bajo par inicial inherente a este tipo de motor limita por tanto, su uso en aplicaciones como ventiladores de aspas o de tipo turbina cuyos requisitos de par en el arranque son relativamente bajos.

Fig. 2.61. Motor con capacitor permanente y sus intensidades.

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

126

En los motores con capacitor permanente, los dos devanados pueden ser iguales, con lo cual, el motor puede hacerse girar en uno u otro sentido, con un sencillo cambio de conexiones, como se muestra en la Figura 2.63 y 2.64. Una de las líneas de alimentación está conectada en forma permanente al punto C, mientras que la otra



línea se conecta alternativamente al punto a o al punto b, según el sentido de rotación deseado.

los que el volumen de aire manejado se pueda variar de manera muy simple.

Alta

0 V

Fig. 2.63. Motor monofásico con capacitor permanente para giro a la derecha.

Fig. 2.64. Motor monofásico con capacitor permanente para giro a la izquierda.

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

1

Devanado auxiliar

Media

2

Devanado de trabajo

Cp Baja

3

Fig. 2.65 Control de velocidad de un motor con capacitor permanente (Cp), por medio de derivaciones en el devanado de trabajo.

Esta variación de velocidad obedece al hecho de que al ajustar el voltaje aplicado al motor, se modifica la intensidad del campo magnético y en consecuencia, el par motor. Un inconveniente de este tipo de control de velocidad es el hecho de que la velocidad obtenida depende de la carga. Es decir, si el motor opera en vacío, la variación de velocidad obtenida por este método será prácticamente nula, mientras que con una carga considerable la variación de velocidad podría resultar excesiva. La corriente de arranque que toma un motor con capacitor permanente es muy baja, por lo que no afecta a las demás cargas conectadas al mismo circuito, en contraste con lo que ocurre en el caso de los motores de fase partida o con capacitor de arranque, que producen una caída de voltaje considerable. Esto puede ocasionar un parpadeo molesto en las lámparas conectadas al sistema, y afectar a otras cargas alimentadas por el mismo circuito.


127


averiados, conexiones flojas en los relevadores térmicos de sobrecarga integrados o bien, en rodamientos en malas condiciones en el motor o en la carga impulsada.

MOTOR DE DOBLE CAPACITOR

128

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○

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○

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○

○

○

○

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○

○

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○

○ ○ ○ ○

CONSIDERACIONES GENERALES

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

En los motores con desperfectos deben hacerse pruebas sistemáticas a fin de localizar la dificultad con rapidez. En general, cuando un motor con capacitor está inmóvil, suele haber dos circuitos en paralelo en él, por lo que cuando se energiza el motor debe percibirse un zumbido; en caso contrario, primeramente debe comprobarse que los aparatos protectores o los interruptores de circuito derivado no estén abiertos. Entonces, mida el voltaje entre las terminales de Línea en el motor (P1 y T4, Fig. 2.67). Si no hay voltaje, el circuito de alimentación está abierto; después de alimentar y corregir tal condición, el motor debe funcionar bien. Si hay voltaje (en las terminales P1 y T4) pero el motor no produce el zumbido, la causa puede ser una abertura o la rotura de los conductores de línea, dentro del motor, o un circuito abierto en los circuitos de arranque y de marcha. El sitio más probable de esa interrupción interna, es un protector térmico con los contactos abiertos, debido a un sobrecalentamiento o a un arranque deficiente. Algunos protectores son de restablecimiento automático cuando se enfrían; otros

○ ○ ○ ○ ○ ○

Fig. 2.67. Esquema de un motor monofásico con capacitor de arranque y sus partes (con protección térmica interna). El motor es para solo un voltaje y hay dos circuitos en paralelo cuando está parado.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

○

Cuando un motor con capacitor no arranca o funciona mal, no se debe necesariamente a que exista un devanado dañado, pues la falla podría estar en otros componentes, como los relevadores o interruptores y sus mecanismos, capacitores o autotransformadores

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○

○

Un análisis de los circuitos y componentes de estos populares motores, junto con ciertas pruebas sencillas, facilitan mucho el diagnóstico de fallas.

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○

Debido a que el mantenimiento de los motores monofásicos con capacitor es similar al de los motores de fase partida, estudiados en la sección 2.4. Aquí únicamente se limita a la revisión de fallas.

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○

2.5.4 REVISIÓN DE FALLAS DE MOTORES MONOFÁSICOS CON CAPACITOR

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○

○

• Cp Capacitor permanente. • Ca Capacitor de arranque.

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Fig. 2.66. Motor de doble capacitor.

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○

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Devanado auxiliar

Devanado principal

V

○

○ ○ ○ ○ ○

○

○

Ca

○

Cp

○

○

Interruptor de arranque

○

○

○

○

Es posible también combinar las características del motor con capacitor de arranque utilizando un capacitor electrolítico de capacidad elevada para el arranque, el cual se desconecta del circuito en el momento oportuno. De este modo se deja sólo un capacitor de baja capacitancia en serie con el devanado auxiliar.

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



son de restablecimiento manual. Otra causa de circuitos internos abiertos puede encontrarse en contactos o conexiones defectuosos en el protector térmico, lo cual se determina, si no hay voltaje cuando conecte el voltímetro a los terminales T1 y T4.

ARRANQUE INCORRECTO CON CARGA

Si el motor, al ser energizado, produce el zumbido pero no arranca o lo hace de manera deficiente, el voltaje de alimentación puede estar bajo o en el caso de un motor para doble voltaje, estar este mal conectado, con sus devanados en serie en el voltaje más bajo. Obviamente sólo en el arranque deben sospecharse conexiones incorrectas. Si el voltaje de línea y las conexiones están correctos, debe desacoplar el motor de la máquina impulsada y hacerlo funcionar sin carga. Si ahora arranca en forma normal, entonces el arranque incorrecto con carga puede deberse a:

1.

El sobrecalentamiento del autotransformador utilizado en algunos motores con capacitores y para doble voltaje puede deberse a un cortocircuito en el capacitor, o bien a un corto o una falla a tierra en el autotransformador; con una de estas dos situaciones continuará el sobrecalentamiento después de desconectar el capacitor.

PRUEBA DE LOS DEVANADOS Si el motor se sobrecalienta cuando funciona sin carga y después de que desconectó un conductor terminal del devanado de arranque, esto le indica que hay una falla a tierra o un cortocircuito en los devanados.

Sobrecarga.

2.

Falla a tierra o cortocircuitos en los devanados.

3.

Capacitor o autotransformador en malas condiciones.

4.

contactos de un relevador o del interruptor centrífugo para el arranque se quedaron cerrados (pegados, soldados). En este caso, el sobrecalentamiento cesará cuando se desconecte un conductor terminal del devanado de arranque, después de que el motor haya arrancado y alcanzado su velocidad normal. Para corregir tal falla hay que reemplazar el mecanismo de arranque averiado.

Circuito abierto en el capacitor de arranque en un motor para voltaje doble.

Cuando el motor arranca en forma correcta en vacío pero no lo hace con carga, ello puede deberse a que los cojinetes estén demasiado gastados y exista rozamiento del rotor contra el núcleo del estator. Si el rotor no tiene rozamiento contra dicho núcleo y el motor arranca bien sin carga, observe su funcionamiento. Si se sobrecalienta en un tiempo muy corto, párelo, debido a que probablemente los

Para probar si hay tal falla a tierra, puede emplear una lámpara de prueba, conecte una de las puntas de la lámpara a uno de los bornes de conexión del motor y la otra punta de la lámpara a la carcaza del motor, si la lámpara enciende esto indica que el motor tiene falla a tierra. Para probar si hay cortocircuito entre el devanado de trabajo y el auxiliar del estator, desconecte uno del otro y conecte una de las puntas de la lámpara de prueba en un extremo del devanado auxiliar y la otra punta de la lámpara en un extremo del devanado de trabajo, si hay continuidad, esto le indica que hay corto entre estos dos devanados. Para probar si hay cortocircuito en un devanado de trabajo se debe medir y comparar la resistencia óhmica de secciones similares del devanado, lo cual es sencillo en un motor de doble voltaje. Si hay resistencias desiguales en secciones similares, esto se deberá a un cortocircuito.


129


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

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

Línea de 100V 60 Hz

PRUEBA DE LOS CAPACITORES En la Figura 2.68 se ilustra una prueba eficaz para probar el capacitor en condiciones de circuito abierto, cortocircuito o pérdida de capacitancia, como la que puede ocurrir en un capacitor electrolítico cuando se seca el electrolito por pérdidas en el cierre. En esta prueba, excite el capacitor el tiempo preciso para poder tomar lecturas rápidas de voltaje y amperaje, pues este tipo de capacitor solo se emplea para servicio intermitente. Con una alimentación de 60 Hz, la capacitancia en microfaradios es, aproximadamente, igual a (2650 x amperes) ÷ voltios, el resultado debe compararlo con el valor marcado en el capacitor. El fusible debe ser de capacidad un poco mayor que la corriente nominal del capacitor. El propósito de esta prueba es determinar la capacidad en microfaradios del capacitor, por medio de la medición del voltaje y la corriente en el circuito, y utilizar estos valores en la fórmula. Entonces, calcule la capacidad aproximada en microfaradios, para una frecuencia de 60 Hz. Sustituyendo esos valores en la siguiente expresión: Microfaradios = 2650 x amperios voltios

130

Capacitor

Voltímetro de 0 a 150 V

Fig. 2.68. Prueba sencilla de la capacidad en microfaradios de un capacitor, consiste en conectar un amperímetro y un voltímetro en el circuito.

Otros procedimientos para probar los capacitores utilizados con motores monofásicos, son los que se indican a continuación: Una forma de resolver el problema consiste en sustituir el capacitor por otro que se sepa está en buenas condiciones. Si el motor funciona, el capacitor original estaba averiado; si no, la falla está en alguna otra parte del motor.

Método I:

Compruebe los capacitores con un multímetro digital Método II: con escala de prueba para capacitores que indica si el capacitor está en buenas condiciones o no y además mide la capacidad de éste.



Otro método rápido para probar un capacitor, consiste Método III: en el uso de un multímetro análogo utilizado como ohmetro. Con el capacitor desconectado, coloque las puntas de prueba del aparato a cada terminal del capacitor, si no hay lectura inmediata de continuidad el capacitor está en corto. Si la aguja salta aproximadamente a la mitad de la escala y vuelve con lentitud hacia infinito, es probable que el capacitor esté bien. (Dado que el multímetro análogo sólo aplica 1.5 V de CD al capacitor, puede parecer correcto en esta prueba, pero es posible que falle cuando se conecte al voltaje de las líneas, entonces utilice métodos de pruebas con voltaje de línea) además, para probar si el capacitor hace tierra, coloque las puntas del ohmetro entre una terminal y la cubierta del capacitor; si la lectura es de cero ohmios, es que hay un contacto a tierra. Conecte el capacitor en serie con un fusible de 10 A a una Método IV: línea de CA de 120 V, 60 Hz, como se muestra en el esquema A de la Figura 2-55. Si se funde el fusible, el capacitor está en cortocircuito y hay que reemplazarlo; si no se quema el capacitor, se cargará a determinado voltaje, en unos cuantos segundos. Si se desconecta el capacitor de la línea y pone sus terminales en cortocircuito, en forma cuidadosa con un destornillador, saltará una chispa en cada terminal. Si el capacitor tienen conductores terminales, se pueden juntar, si no se produce la chispa, el capacitor está abierto o ha perdido capacidad: repita la prueba unas cuantas veces. Con una línea de 110 V, 60Hz., la corriente normal para el capacitor es de 0.4 A por cada 10 mF (microfaradios); en una línea de 220 V y 60 Hz., será de 0.8 A por cada 10 mF.

EL MOTOR NO ARRANCA SIN CARGA Si el motor produce un zumbido pero no arranca al energizarlo sin carga, puentee el capacitor con una lámpara o, por un instante, con un trozo de conductor (recuerde hacer todas estas pruebas tomando las medidas de seguridad). Si ahora arranca, hay un circuito abierto en el capacitor. Si el motor no se pone en marcha, gire a mano el rotor con rapidez, y conecte la corriente; es probable que se acelere en el sentido en el que lo hizo girar. Si acelera en forma normal, debe sospechar una interrupción en el circuito de arranque. Pero si el motor sólo llega al 75% de su velocidad normal, el devanado de trabajo está en circuito abierto.

En la Figura 2.69 se ilustran las conexiones para una prueba de circuito de arranque abierto; (el transformador para aislamiento se utiliza para su seguridad al realizar estas pruebas), este mismo método sirve para probar si hay interrupción en el devanado de trabajo. Para estas pruebas desconecte los dos devanados uno del otro, y puentee el capacitor al probar el circuito del devanado de arranque o auxiliar. Fig. 2.69. Forma de probar si hay una interrupción en el circuito de arranque, se aplica la punta X a la terminal T8 y la punta Y a la terminal T5. Para esta prueba, se quita el puente entre T1 y T8 y se puentean los conductores del capacitor. Si la lámpara se enciende, no hay circuito abierto. Si no tiene un transformado para aislamiento puede conectar la lámpara directamente a la fuente. Pero recuerde que este transformador se utiliza para su protección al realizar estas mediciones.


131


C = Devanado de trabajo. O = Devanado de arranque. R = Interruptor centrífugo. L = Capacitor de arranque. E = Puente. T = Lámpara de prueba, 120 V, 25 W. * = Transformador para aislamiento.

Una interrupción en el circuito del devanado auxiliar, muchas veces, se debe a que los contactos de un relevador o interruptor centrífugo para el arranque no cierran en forma correcta al iniciar la marcha. Esto sólo puede confirmarse, si el motor arrancó bien cuando los dos contactos estaban puenteados con un trozo de conductor. Cuando hay juego axial excesivo en el rotor, el motor puede pararse de vez en cuando, si el interruptor centrífugo se separa de los contactos montados dentro de la carcasa del motor, con lo cual, dichos contactos no podrán cerrarse sino hasta que se detenga el motor. En este caso, la corrección consiste en insertar arandelas o suplementos en el eje para reducir el excesivo juego axial.

2.5.5 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE LOS CAPACITORES DE ARRANQUE Y RÉGIMEN PARA EL MOTOR CON CAPACITOR En el motor monofásico con capacitor permanente el desfase entre las corrientes de los devanados de trabajo y auxiliar, se obtiene conectando un capacitor permanente (Cp) en serie con el devanado auxiliar. El comportamiento de régimen del motor depende de la capacidad de dicho condensador: cuanto mayor sea esta capacidad mayor será también el par de arranque. No obstante si la capacidad es muy grande circulará por el devanado una corriente de gran intensidad que provocará un calentamiento excesivo. Por tanto, la capacidad del capacitor permanente no deberá ser demasiado grande. La experiencia recomienda que durante el funcionamiento el capacitor permanente (Cp) deberá absorber una potencia reactiva de 1 kvar por KW de potencia del motor. Sin embargo, esto provoca, por otro lado que el motor presente un par de arranque reducido.

Un relevador electromagnético (en lugar de un interruptor centrífugo) para arranque debe ajustarse de modo que sus contactos cierren cuando se energiza un motor parado con el mínimo voltaje de línea posible, y para que los contactos abran cuando el motor llega a su velocidad de funcionamiento, aunque esté impulsando su carga nominal con los valores máximo y mínimo esperados del voltaje de línea. Si el motor se sobrecalienta con carga, ello puede deberse a una sobrecarga por bajo voltaje, uno o más devanados en corto o a tierra, un devanado en circuito abierto en un motor de doble tensión que funcione con el voltaje más bajo, conexiones incorrectas en un motor de doble voltaje, capacitor en corto en un motor con capacitor permanente o con capacitor de doble valor o bien, contactos deficientes en un relevador o interruptor centrífugo para el arranque. Las pruebas sistemáticas antes descritas le ayudarán a localizar la falla.

132

Fig. 2.70. Curvas de un motor con capacitor. a) Sólo con capacitor permanente. b) Con capacitor permanente (Cp) y de arranque (CA). Desconexión de CA al alcanzar nk.



M = Par del motor. MA = Par de arranque. MN = Par nominal. nN = Velocidad Nominal. nk = Velocidad pico en el arranque.

La conexión en serie del capacitor permanente y del devanado da lugar a un circuito resonante en serie. Por tanto, el capacitor quedará sometido a tensiones mayores que las nominales del motor, tensiones que deberá poder soportar el capacitor. Por tal razón, los capacitores son de mayor voltaje, que el voltaje nominal de los motores. Para aumentar el par de arranque se aumenta la capacidad total, añadiendo durante el arranque un capacitor de arranque (CA). Cuando el motor ya está en marcha se desconecta este capacitor, con un interruptor centrífugo, para que el motor no se caliente innecesariamente. El capacitor de arranque se dimensionará de acuerdo al tipo de arranque y forma de trabajo, y por tanto, al par que se precise. El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque es de tres veces más que la capacidad del capacitor permanente. El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque que se conectará en el motor viene dado por la formula siguiente: C = 3.18 * P * 1000000 U * U * Cos Ø

C= P= U= Cos ø =

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

2.6 PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR CON CAPACITOR DE ARRANQUE En el artículo 430 NEC y en las normas NEMA se presentan los requisitos eléctricos para la instalación de motores, así como recomendaciones para sus controles. Es necesario q u e compruebe que el voltaje y la frecuencia sean los especificados para el motor. Las características del suministro deben corresponder a los valores señalados enla placa de datos del motor, como sigue: Voltaje: variación de ± 10 %, respecto del valor indicado en la placa de identificación. Frecuencia: variación de ± 5 %, respecto del valor señalado en la placa. Voltaje y frecuencia en conjunto: no deben variar más del 10 % (suponiendo que la frecuencia anterior varía menos del 5 %) respecto a los valores de la placa. 2.6.1 PROCESO DE INSTALACIÓN DE UN MOTOR MONOFÁSICO CON CAPACITOR DE ARRANQUE UTILIZANDO UN ARRANCADOR TERMOMAGNÉTICO Los motores eléctricos deben de conectarse a la red de alimentación, por medio de un dispositivo que permita su arranque y parada en el momento deseado, además de un dispositivo que asegure la protección del motor en caso de sobrecarga y cortocircuito.


133


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

PASO 1

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

Prepare equipo, herramienta y materiales a utilizar. PASO 5 PASO 2

Conecte el motor.

Asegure los accesorios a utilizar, como lo muestra la Figura 2.71.

Verifique que la conexión del motor y los datos de placa coincidan con el voltaje, de la fuente de alimentación que se está utilizando para la instalación. Conecte las líneas “T 1 y T 2” del arrancador a los bornes de entrada del motor. Conecte la línea “N” del arrancador a la carcasa del motor. PASO 6 Compruebe conexiones. Asegúrese de que no existan falsos contactos.

PASO 7 Energice circuito: Fig. 2.71 Montaje de accesorios para la instalación de un motor con capacitor de arranque.

•

Suba el interruptor termomagnético de su fuente de alimentación.

PASO 3

•

Mida tensión en la salida del interruptor termomagnético.

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

•

Mida tensión en la entrada del arrancador.

•

Accione arrancador.

PASO 4

•

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

Conecte el contactor a la fuente de alimentación.

134



•

Mida corriente con amperímetro de gancho en las líneas de alimentación.

•

Mida velocidad de giro con tacómetro en el eje del motor.

•

Compare las lecturas obtenidas con las indicaciones de la placa de características o de datos del motor.

•

Pare el motor, presionando el pulsador de paro del interruptor termomagnético.

FUNCIONAMIENTO El esquema del motor de repulsión lo puede apreciar en la Figura 2.72.

PASO 8 Desenergice el circuito y desmonte material y equipo utilizado.

PASO 9 Limpie, ordene y almacene adecuadamente todo lo utilizado en este proceso.

2.7

MOTOR DE REPULSIÓN

Fig. 2.72. Representación esquemática de un motor de repulsión. Se puede distinguir el rotor con colector y escobillas en la parte inferior de la figura y el devanado del estator en la parte de arriba.

El motor de Repulsión es semejante a los motores universales y al mismo tiempo a los motores de inducción, llevando consigo las ventajas de ambos motores.

Este motor consta de un estator cuyo arrollamiento es semejante al arrollamiento de régimen de un motor de fase partida y de un rotor bobinado, de manera semejante al inducido de una máquina de corriente continua; el rotor lleva un colector y tantas escobillas como polos, excepto que el devanado rotórico es ondulado (en cuyo caso sólo lleva dos escobillas) estas escobillas están unidas entre sí en cortocircuito.

2.7.2. PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE REPULSIÓN

Si el motor es de dos polos, las escobillas van conectadas como lo indica la Figura 2.72.

Antes de proceder al cambio de giro y al mantenimiento del motor de repulsión, será necesario que se familiarice con las partes y el funcionamiento del mismo.

Si el motor es de cuatro polos, las escobillas irán conectadas como lo indica la Figura 2.73.

2.7.1 DEFINICIÓN DE MOTOR DE REPULSIÓN


135


iniciará un movimiento de rotación. Debido al montaje de los arrollamientos del inducido (rotor) y del inductor (estator) siempre un polo del estator quedará frente a un polo de la misma polaridad del rotor y el motor girará continuamente.

Fig. 2.73. Esta figura corresponde a un motor de repulsión de cuatro polos. En los motores de repulsión, las escobillas se conectan entre sí, sin conexiones exteriores.

El fundamento del funcionamiento de estos motores es el siguiente: Cuando el devanado del estator se excita por la corriente que procede de la red, se origina un flujo magnético, y este crea una corriente inducida en el devanado del rotor; este devanado está arrollado de tal forma, que el flujo magnético, que a su vez produce la corriente inducida en el rotor, crea un campo magnético cuya polaridad coincide con la polaridad del campo magnético del estator; es decir, que frente a un polo Norte del campo magnético en el estator, se crea un polo Norte del campo magnético en el rotor, como lo muestra la figura 2.74.

Las características de funcionamiento de estos motores son muy parecidas a las de los motores serie de corriente continua. El par de arranque es muy elevado y la velocidad varía considerablemente con la carga, es decir, a más carga, menos velocidad; Existe también el peligro de embalamiento del motor para cargas muy pequeñas, por lo que estos motores no deben emplearse en los casos en que la carga pueda desacoplarse del motor. Por esta razón, el empleo de estos motores es limitado y siempre se construyen rígidamente acoplados con la carga que han de llevar: Por ejemplo, en trituradoras domésticas, molinos de café, y otros más.

FUNCIONAMIENTO A DOS TENSIONES Casi todos los motores se construyen para dos tensiones, a las que les llamará U y U . 1

2

La construcción mas corriente es la de 120/230V.

Fig. 2.74 En un motor de repulsión, frente a un polo norte del estator aparece un polo norte del rotor. Ambos se repelen y se origina el movimiento.

Como los polos magnéticos del mismo nombre se repelen, el polo Norte del rotor tenderá a alejarse del polo Norte del estator y, como consecuencia, el rotor

136

En la Figura 2.75 representa un motor tetrapolar de repulsión, preparado para conectar a la red de 120 Voltios.



En la Figura 2.76 representa un motor dispuesto para una red de 230 Voltios.

PARTES DEL MOTOR DE REPULSIÓN

Las partes del motor de repulsión son similares a las del motor de Repulsión-Inducción, por lo que en ese apartado se le mostraron las partes del motor de repulsión.

2.7.3 CAMBIO DEL SENTIDO DE GIRO DEL MOTOR DE REPULSIÓN

Fig. 2.76 El mismo motor que la figura 2.75 con conexiones para conectar a 230 Voltios. Los devanados del estator están conectados en serie.

La inversión del sentido de giro es muy sencilla en estos motores; La Figura 2.78 muestra la línea neutra, llamándose línea neutra, como siempre, a la línea ideal equidistante de dos polos inductores de signo contrario; si usted desplaza las escobillas de la línea neutra, el inducido o rotor girará en el mismo sentido del movimiento de las escobillas.

En el primer caso (120 Voltios) el devanado inductor está conectado en paralelo, de tal forma que se formen dos circuitos, correspondiendo la mitad de los polos inductores a cada circuito. En el segundo caso (230 Voltios) el devanado del estator está conectado en serie, teniendo el cuidado de repartir los polos de manera que los de distinto nombre queden adyacentes. La placa de bornes de los motores para dos tensiones tienen cuatro bornes principales que se marcan como U , V y U , V ; vea en la Figura 2.77 las conexiones que 1 1 2 2 se deben hacer para el cambio de una tensión a otra. Fig. 2.78 Un motor monofásico de repulsión gira en uno u otro sentido, según las escobillas estén a uno u otro lado de la línea neutra. Fig. 2.77 Placa de bornes de un motor de repulsión: A Conexión para 120 Voltios (Devanado en paralelo); B Conexión para 230 Voltios (Devanado en serie).

La inversión del sentido de giro se consigue, por lo tanto, moviendo las escobillas a un lado u otro de la línea neutra. Existen dispositivos para invertir el sentido de giro sin necesidad de desmontar las tapaderas. La Figura 2.79 muestra un dispositivo de esta clase; el tornillo asegurado ahora en la posición D (de giro directo o a derecha) puede aflojarse y desplazarse hasta la posición I (de giro inverso o a izquierda); el tornillo debe apretarse antes de iniciar nuevamente la marcha.


137


Fig. 2.79 Dispositivo para invertir el sentido de giro en un motor de repulsión. Posición D, para giro a derechas; Posición I, para giro a izquierdas.

1.

El motor de repulsión en el arranque y el de inducción en el régimen.

2. El Motor Repulsión-Inducción. Motor de Repulsión en el Arranque y de Inducción en el Régimen

De inmediato comprenderá usted que la regulación de la velocidad es posible en este tipo de motores; cuanto más se desplacen las escobillas de la línea neutra, con menor velocidad girará el motor. Cuando las escobillas están situadas a 90° de la línea neutra el motor se parará. Observe la Figura 2.80.

Fig. 2.80 En esta posición las escobillas están a 90° de la línea neutra, y como consecuencia el motor detendrá su movimiento.

A pesar de que el motor de Repulsión está diseñado para regularle la velocidad, no es aconsejable que se reduzca más que un 30 ó 35 %, por debajo de su velocidad nominal. 2.7.4 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DE REPULSIÓN Entre los tipos de motores de repulsión, los más importantes son:

138

Los motores de repulsión en el arranque y de inducción en el régimen, reúnen las ventajas de los motores de repulsión y de los motores de fase partida, ya que disponen de un par de arranque muy elevado, y a su vez, una velocidad casi constante para todas las cargas. Se les llama también, para simplificar, motores “de Arranque por repulsión”. Su campo de utilización es el mismo que ya se vió para los motores con capacitor. La elección de uno u otro tipo de motor dependerá de las circunstancias, teniendo en cuenta que el motor de arranque por repulsión tiene mayor par de arranque que el motor de condensador pero resultan algo más caros y, también están más expuestos a averías, debido a la presencia del colector. Este motor tiene los mismos elementos que el motor de repulsión propiamente dicho, excepto (y esta es la diferencia que los distingue exteriormente) que existe un mecanismo centrífugo que levanta las escobillas, mecanismo del que carece el motor de repulsión propiamente dicho, en el cual las escobillas están permanentemente en contacto con el colector; sin embargo, existen motores de arranque por repulsión (de potencias muy pequeñas), de escobillas permanentes, o sea sin dispositivo levanta escobillas; pero en este caso también existe el mecanismo centrífugo. El principio de funcionamiento del motor de arranque por repulsión es el siguiente: El motor arranca por repulsión, tal como observó en el motor de repulsión propiamente dicho; cuando el motor ha llegado a un 75% de su velocidad de régimen,



actúa el mecanismo centrífugo, cuya misión es poner las delgas del colector en cortocircuito, quedando así el rotor convertido en jaula de ardilla. El motor continua funcionando como un motor de inducción de los llamados de fase partida. Lo mismo que sucedía con el motor de repulsión propiamente dicho, puede invertir el sentido de giro, sin realizar otra operación que desplazar las escobillas de la zona neutra; sin embargo, en este caso, no es posible la regulación de velocidad pues, como se ha observado anteriormente, en pleno funcionamiento el motor actúa como si fuera de inducción y ya usted sabe que en estos motores no es posible la regulación de velocidad por este método. Al arrancar el motor de repulsión, tiene un elevado par de arranque; y por funcionar a plena marcha como un motor de inducción, su curva de velocidad es casi constante para todas las cargas, es decir, parecida a la de un motor Shunt de corriente continua. El motor de arranque por repulsión puede conectarlo a dos tensiones, por el mismo procedimiento aprendido al hablar de los motores de repulsión propiamente dichos.

Fig. 2.81 Rotor de un motor de Inducción-Repulsión. Puede observar la jaula de ardilla y las ranuras destinadas al devanado exterior.

Estos motores se construyen también para dos tensiones, como sucede con los demás motores de repulsión. En la Figura 2.82, está representado esquemáticamente un motor de este tipo, para conexión a la red de 230 voltios. Arranca como un motor de repulsión y durante el régimen normal de funcionamiento actúan los dos arrollamientos del rotor; por lo tanto no precisa de mecanismo centrífugo para cortocircuitar el arrollamiento rotórico.

Normalmente, se construyen para 4 polos algunas veces para 6 y 8 polos, y en potencias comprendidas entre 1/8 y 3/4 de HP. Su campo de aplicación, como ha observado anteriormente, es el mismo que el de los motores con capacitor. Motor de Inducción-Repulsión Por su apariencia exterior, este tipo de motor resulta difícil de distinguir de los motores de repulsión propiamente dichos. Observando bien la construcción del motor, se aprecia que lleva dos arrollamientos: uno de ellos bobinado como en un motor de repulsión y provisto de colector y escobillas; y otro, de jaula de ardilla, situado bajo las ranuras donde se aloja el anterior. En la Figura 2.81, puede observar el rotor de un motor de inducción repulsión, sin el bobinado del arrollamiento exterior.

Fig. 2.82 Motor de Inducción-Repulsión con los arrollamientos del estator en serie para conectarlo a 220 Voltios. Observe las cuatro escobillas interconectadas, el colector y la jaula de ardilla representada por lo pequeños círculos.

Estos motores tienen un elevado par de arranque. Debido a la acción conjunta de los dos arrollamientos del rotor, su velocidad es absolutamente constante para todas las cargas, y además, regulable por


139


desplazamiento de las escobillas, aunque el margen de regulación no es tan amplio, como en los motores de repulsión. Pueden compararse por sus características de velocidad, a los motores compound de corriente continua. En la Figura 2.83, puede observar el aspecto exterior de un motor de Inducción-Repulsión.

1 2

Con escobillas “levantadas”: Son los que se separan automáticamente del colector en cuanto el motor alcanza el 75 % de su velocidad de régimen. Con Escobillas permanentes: Son los que permanecen continuamente en contacto con el colector.

Los ˇmotores de escobillas levantables suelen ser de colector radial, es decir, con delgas en forma de cuña en el sentido de los radios. Ver la Figura 2.84.

Fig. 2.83 Aspecto de un motor Inducción-Repulsión.

PARTES DEL INDUCCIÓN

MOTOR

REPULSIÓN

Como observó anteriormente los motores de Repulsión en cuanto a su construcción son similares a los de Repulsión-Inducción, la única diferencia es que los motores de arranque por repulsión carecen de mecanismo centrífugo para cortocircuitar el devanado del rotor; en lo que respecta a los motores de inducciónrepulsión, ya se ha visto en la Figura 2.84, la disposición del rotor en jaula de ardilla, sobre el cual se montan el arrollamiento esta es la única diferencia constructiva entre ambos tipos de motores. Los motores “de repulsión en el arranque y de inducción en el régimen” pueden ser de dos clases:

140

Fig. 2.84 Inducido o Rotor de un motor de repulsión con colector radial. Las delgas son perpendiculares al eje.

Los motores de escobillas permanentes, del colector axial o de delgas en forma de barras paralelas al eje, suelen ser como lo indica la figura 2.85.

Fig. 2.85 Inducido o rotor de un motor de repulsión con colector axial. Las delgas son paralelas al eje.



En la figura 2.84 puede ver el rotor de un motor de repulsión con colector radial y en la figura 2.85 se le muestra un inducido con colector axial. Esta última disposición se acostumbra aplicarla exclusivamente a motores pequeños, mientras que las escobillas levantables se utilizan en los motores grandes. En cuanto a los demás detalles constructivos, ambos tipos de motores son idénticos. El mecanismo de puesta en cortocircuito va sujeto, por medio de arandelas de presión y consta de las piezas indicadas en la figura 2.86.

Fig. 2.86 Inducido o Rotor de un motor de arranque por repulsión, con mecanismo de puesta en cortocircuito y levantamiento de escobillas despiezadas.

Se colocan en el mismo orden en que están situadas en la figura 2.86. Cuando el motor alcanza el 75% de su velocidad de régimen, las masas centrífugas, al se lanzadas hacia fuera, empujan las bielas hacia delante, las cuales, a su vez, al presionar sobre el rodillo muelle, obligan al manguito a poner las delgas en cortocircuito. Al mismo tiempo, los porta escobillas quedan separados del colector, evitándose así, el desgaste inútil de las escobillas y el ruedo que con su roce ocasionan. Observe en la Figura 2.86. que el porta escobillas está montado sobre el eje del rotor, aunque, en realidad, no forma parte de éste, ya que un tope fijado en la carcasa del motor le impide girar, para que las escobillas rocen sobre el colector. Otros motores de este tipo, en lugar de llevar el porta escobillas montado sobre el rotor, lo llevan sobre el escudo; éste es el caso del motor representado en la figura 2.87.

Fig. 2.87 Otro motor del mismo tipo de la figura anterior, pero con porta escobillas montado sobre el escudo.

En ambos casos (Figura 2.86 y 2.87), el funcionamiento del motor es el mismo; la única diferencia reside en que las escobillas del motor de la figura 2.87 se separan por medio de unos muelles accionados por las masas centrífugas. En lugar de una arandela de presión utilice un eje roscado y una tuerca para fijar el mecanismo centrífugo. Al desmontarlo, convendrá que cuente el número de vueltas de la tuerca, para montar otra vez el conjunto, con la misma presión sobre el muelle regulador. El orden de montaje de las distintas piezas está indicado en la figura 2.87. Existen, por supuesto, otras disposiciones de este mecanismo, al encontrase cualquier tipo de dispositivo centrífugo de puesta en cortocircuito, puede formarse rápidamente una idea de su funcionamiento. Como estudió anteriormente, el motor de arranque por repulsión de escobillas permanentes suele utilizar el colector axial que se le muestra en la figura 2.88.

Fig. 2.88 Colector axial


141


El dispositivo centrífugo consiste entonces, en una serie de segmentos de cobre, que se mantienen en posición mediante un muelle brida, tal como se muestra en la figura 2.89.

Fig. 2.89 Despiece del mecanismo de puesta en cortocircuito de un motor de arranque por repulsión con escobillas permanentes.

El núcleo consta de un paquete de chapas de acero reconocido, de alta calidad eléctrica, fuertemente prensadas y fijadas sobre el eje. Las ranuras son, por lo general oblicuas, ya que la experiencia ha demostrado que con esta disposición se reduce considerablemente el zumbido del motor durante la marcha. El colector radial se monta sobre el eje presándolo como lo ilustra la figura 2.91 o también roscándolo como indica la figura 2.92.

1. Cápsula 2. Muelles y segmentos 3. Disco 4. Conjunto montado 5. Sección del muelle y segmentos

El conjunto se dispone junto al colector con el objeto de que los segmentos puedan poner, por efecto de la fuerza centrífuga, las delgas en cortocircuito, tan pronto como el motor alcance una determinada velocidad, no conduciendo corriente alguna, a pesar de permanecer en contacto con el colector. Cuando se para el motor, los segmentos vuelven a su posición de origen, gracias al citado muelle brida. El motor funciona como uno de inducción, cuando las delgas están en cortocircuito.

Fig. 2.91 Colector radial para montaje a presión sobre el eje.

Fig. 2.92 Colector radial con rosca para montaje en el eje. Fig. 2.90 Rotor de un motor de arranque por repulsión.

1. Masas centrífugas 2. Ranuras oblicuas 3. Colector radial

142

Generalmente se prensa en los motores pequeños, mientras que en los grandes se fija con rosca. En el primer caso, debe procurar ejercer igual presión en toda su periferia, pues de lo contrario, se descentraría el colector y sería preciso tornearlo.



2.7.5

MANTENIMIENTO BÁSICO DEL MOTOR DE REPULSIÓN

En esta sección (motores de repulsión) ha observado que la constitución de dicho motor es similar a la del motor universal y al mismo tiempo, al de fase partida o sea de inducción, por lo tanto el mantenimiento de el motro de repulsión es similar a los mismos. 2.7.6

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Como ha observado anteriormente, las medidas de seguridad que debe aplicar para el motor de repulsión son similares a las del motor de inducción y universal, variando únicamente el peligro que constituye el mal manejo del mecanismo de desplazamiento de las escobillas. Desplazando las escobillas de la zona neutra en el otro sentido se invertirá el sentido de giro. El par máximo se obtienen cuando las escobillas están desplazadas un ángulo de uno 70°.

POSICIÓN DE REGIMEN

Cuando las escobillas se desplazan 90° el motor actúa como un transformador en cortocircuito. A pesar de la gran intensidad de la corriente de cortocircuito no aparecerá par alguno, y el devanado se calentará excesivamente y podrá deteriorarse, por lo cual usted debe evitar desplazar 90° las escobillas de la zona nuetra. Algunos motores traen un dispositivo de bloqueo, que evita que accidentalmente o por error, desplace las escobillas más de 70°, que es el ángulo recomendado. A continuación la figura 2.93 le muestra las tres posiciones siguentes: 1. Posición neutra 2. Posición de régimen 3. Posición de cortocircuito

POSICIÓN DE CORTOCIRCUITO Fig. 2.94 Posiciones de las escobillas en el motor de repulsión.

POSICIÓN NEUTRA


143


ACTIVIDAD No. 1:

ACTIVIDAD No. 4: TIPOS Y VALORES DE

FUNCIÓN DE LAS PARTES DEL MOTOR DE FASE PARTIDA

CAPACIDAD DE LOS CAPACITORES

Forme grupos de 5 personas y nombre un expositor, tomando 15 minutos de trabajo en equipo, dibujen en una hoja papel rotafolio el esquema de un motor de fase partida indicando los nombres de cada parte. El expositor deberá pasar frente a los demás grupos y explicar la funcionalidad de cada una de las partes del motor.

En grupos de 5 personas investiguen en distribuidoras locales de repuestos para motores eléctricos, los distintos tipos, marcas y capacidades de capacitores que existen en el mercado local. Luego elaboren una lista en una hoja de rotafolio y realicen una exposición oral ante los demás grupos de trabajo.

ACTIVIDAD No. 5: DEFINICIÓN DEL ACTIVIDAD No. 2: TÉCNICA DE CAMBIO

MOTOR DE REPULSIÓN

DE COJINETES DE MOTORES MONOFÁSICOS

Realice una visita a un taller de rebobinado de motores eléctricos e investigue el proceso que utilizan para cambiar los cojinetes. Observe la herramienta y equipo utilizados. Luego exponga oralmente ante sus demás compañeros los pasos seguidos, describiendo cada uno de ellos. Luego analicen las ventajas y desventajas de los diferentes métodos.

En grupos de 3 ó 4 personas, tomando 15 minutos de trabajo en equipo, definan qué entienden por motor de repulsión y cuáles factores consideran ustedes influyen en su construcción y aplicación. Luego elaboren una lista de estos factores, escríbanlos en una hoja de papel rotafolio y realicen una exposición oral ante los demás grupos.

ACTIVIDAD No. 6: MEDICIONES EN UN ACTIVIDAD No. 3: APLICACIÓN DE LOS MOTORES MONOFÁSICOS

Realice una visita con sus compañeros a una empresa de su región. Observen las aplicaciones de los motores monofásicos de inducción. Elaboren un listado de estas aplicaciones, escríbalas en una hoja de rotafolio y déjenla en un lugar visible dentro del aula o taller donde se realiza la capacitación.

144

MOTOR MONOFÁSICO DE INDUCCIÓN CON UN MEGGER

En grupos de 3 o 4 personas, en un motor monofásico de inducción con un Megger, hagan las siguientes mediciones: cortocircuito entre bobinas, fallas a tierra y del aislamiento. Siga los procesos descritos en esta unidad. Anote los valores obtenidos en cada medición y presente un reporte escrito a su facilitador.



ACTIVIDAD No. 7: MEDIDAS DE SEGURIDAD PERSONAL Y PROTECCIÓN AMBIENTAL

Elabore un listado de las medidas de seguridad personal y de protección ambiental que usted considera que deben observarse durante el mantenimiento de un motor monofásico de inducción, relacionadas al uso del equipo, herramientas, materiales e instalaciones de trabajo en la empresa. Luego escríbalas en una hoja de papel rotafolio y déjela en un lugar visible dentro del aula o del taller donde se realiza la capacitación.


145


RESUMEN

2

UNIDAD

L

os motores monofásicos de inducción están diseñados para conectarse a 120 ó 220 voltios de corriente alterna y pueden ser de fase partida, de capacitor de arranque y de repulsión. El motor de fase partida consta de estator de chapas ranuradas con un devanado de trabajo y otro auxiliar, un rotor tipo jaula de ardilla, tapaderas y un interruptor centrífugo que desconecta el devanado auxiliar en el arranque cuando el motor ha alcanzado el 75 % de su r.p.m. El motor de fase partida es de uso general en aplicaciones en las que basta un par de arranque moderado y se precisa una velocidad constante para carga variable. Ejemplo; bombas centrífugas, compresores, lavadoras, mezcladoras, agitadoras, pequeñas máquinas-herramientas, quemadores de petróleo, etc. Al motor de fase partida se le cambia el sentido de giro permutando los terminales del devanado auxiliar o los terminales del devanado de trabajo. El mantenimiento básico del motor de fase partida consiste en verificar el estado de los cojinetes, ya que son las partes más vulnerables al desgaste. A los motores monofásicos si se les instala la protección adecuada, no sufrirán daños consecuentes en los devanados. Un mantenimiento preventivo periódico alargará la vida útil del

146

motor. El mantenimiento preventivo consiste en la limpieza general de las piezas mecánicas y eléctricas, revisión de cojinetes, aislamientos y contactos. Los residuos resultantes del mantenimiento de los motores se deben depositar en un lugar apropiado, para no contaminar el medio ambiente y mejor aprovechamiento de los recursos. El motor monofásico con capacitor puede ser con capacitor de arranque, con capacitor permanente, o la combinación de ambos (con doble capacitor). El motor con capacitor de arranque consta de estator de chapas ranuradas con un devanado de trabajo y otro auxiliar con capacitor de arranque en serie, un rotor tipo jaula de ardilla, tapaderas y un interruptor centrífugo que desconecta el devanado auxiliar y capacitor en el arranque, cuando el motor ha alcanzado el 75 % de su r.p.m. El motor con capacitor de arranque es de uso general cuando se precisan pares de arranque y cargas elevadas y a la vez, una velocidad constante para carga variable. Ejemplo, Compresores de refrigeración, Compresores de aire, bombas de gasolina, etc. Resultan más caros que los de fase partida y han sustituido en muchos casos a los de repulsión. Al Motor con capacitor de arranque se le cambia giro permutando los terminales del devanado auxiliar o los terminales del devanado de trabajo. El mantenimiento principal al motor con capacitor de arranque es el mismo que el de fase partida, lo que se debe mantener adicionalmente es el capacitor de arranque que es de tipo electrolítico. El Motor con capacitor permanente en lugar de un capacitor electrolítico, utiliza uno con impregnación de aceite de baja capacitancia y no se desconectan con el devanado auxiliar en el arranque, por lo que no utiliza interruptor centrífugo. Para la misma potencia nominal, el motor con capacitor de arranque tiene mayor par, mientras el de capacitor permanente desarrolla menor par inicial y la corriente



de arranque es más baja. Por su parte, el motor de fase partida tiene un valor más alto de par máximo y mayor velocidad nominal. El motor con capacitor permanente tiene en cambio, la velocidad nominal más baja, lo que indica que este motor presenta un campo magnético relativamente débil. Es posible también combinar las características del motor con capacitor de arranque utilizando un capacitor electrolítico de capacidad elevada para el arranque, el cual se desconecta del circuito en el momento oportuno. De este modo se deja solo un capacitor de baja capacitancía en serie con el devanado auxiliar. El motor de repulsión presenta un devanado estatórico monofásico al igual que los motores asíncronos monofásicos. Su rotor es de estructura idéntica a la de una máquina de continua. Sobre el colector rozan un número de escobillas igual al número de polos y que están cortocircuitadas dos a dos. El motor de repulsión presenta un comportamiento análogo al motor serie, o sea, que presenta un gran par de arranque y su frecuencia de giro depende mucho de la carga. Las escobillas se deslizan directamente sobre los conductores del devanado. Cuando se aplica una tensión alterna a los terminales del devanado del estor se inducirá una tensión también alterna en el devanado del rotor, según el principio del transformador.

Si se desplazan las escobillas un ángulo Ø, las dos tensiones ya no serán iguales y circularán corrientes por ambas partes del devanado en anillo. En el rotor aparecerá un campo magnético alterno cuya dirección estará desplazada respecto al campo alterno del estator. Entre ambos campos aparecerán pues fuerzas magnéticas y sobre el rotor actuará un par, que lo hará girar en sentido contrario al de desplazamiento de las escobillas. Al girar no variará el sentido del campo magnético del rotor. Desplazando las escobillas de la zona neutra en el otro sentido se invertirá el sentido de giro. El par máximo se obtiene cuando las escobillas están desplazadas un ángulo de unos 70°. Cuando las escobillas se desplazan 90° el motor actúa como un transformador en cortocircuito. A pesar de la gran intensidad de la corriente de cortocircuito no aparecerá par alguno, el devanado se calentará excesivamente y podrá deteriorarse. Para evitar el peligro de destrucción del devanado se construyen los motores con un mecanismo de bloqueo mecánico que impide que las escobillas puedan desplazarse un ángulo mayor que unos 70°. Las escobillas tampoco deben permanecer un tiempo excesivo en la zona neutra debido a que cortocircuitan las bobinas del inducido. La corriente de cortocircuito que circularía calentaría el motor excesivamente. El motor de repulsión se emplea en aquellas aplicaciones que precisen un arranque suave y un mando sencillo y a pequeños pasos de la frecuencia de giro, por ejemplo, como accionamiento de máquinas de hilaturas y máquinas de impresión.

Cuando las escobillas se encuentran en la zona neutra las tensiones inducidas en el devanado de inducido se compensarán mutuamente y no circulará corriente, por lo que tampoco aparecerá par alguno.


147


DE LA SEGUNDA UNIDAD 1. El motor de inducción monofásico con un devanado auxiliar desplazado en su eje magnético y conectado en paralelo con el devanado de trabajo, recibe el nombre de motor: A) B) C) D) 2.

De repulsión Universal Trifásico De fase partida

5.

A) B) C) D) 6.

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

Jaula de ardilla Bobinado con puntas salientes. Conmutador Automatizado.

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

4.

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

148

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

Desconectador Termostato Bimetal Interruptor centrífugo

± ± ± ±

10% 15% 20% 25%

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

8.

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

Porcentaje de variación de voltaje que se permite en la instalación de motores respecto del valor indicado en la placa de datos: A) B) C) D)

7. 3.

Si conecta un motor de fase partida a su tensión nominal y previamente le conmuta las conexiones del devanado auxiliar el motor:

Tablas Concreto macizo Plástico Hule

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

Angular Axial Transversal Longitudinal



9.

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

10.

D) 4

13.

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

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

11.

Mayor Igual Menor La mitad

A) 1 B) 2 C) 3

Electrolítico De impregnación en aceite Cerámicos De mica

14.

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

El esquema que se muestra en la siguiente figura, es el de un motor monofásico_________________ 15.

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

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

La herramienta que se utiliza para extraer los cojinetes del eje del motor y que se muestra en la siguiente figura recibe el nombre de:

A) B) C) D) A) B) C) D)

Se calienta. Gira mas rápido Se detiene Gira en sentido contrario

Trepano Sacacorchos Extractor Taladro

Tornillo Tuerca de regulación Varillas de tracción

12.

El valor aproximado de la capacidad del capacitor de arranque es _____________ veces mayor que la capacidad del capacitor permanente utilizados en motor monofásico con doble capacitor.


149


16.

El orden correcto para apretar los tornillos de las tapaderas cuando se montan sobre la carcasa del motor es: A) En cruz B) En sentido al de las agujas del reloj C) En sentido contrario al de las agujas del reloj D) No importa el orden

17.

De fase partida Universal Con capacitor de arranque De repulsión inducción

Voltímetro Tacómetro Growler Megger

Amperímetro Tacómetro Growler Megger

Un motor de repulsión de 6 polos con devanado no ondulado utiliza ________ escobillas A) B) C) D)

150

A) B) C) D)

Aparato que permite verificar la ruptura de las barras del rotor en jaula de ardilla: A) B) C) D)

19.

Motor con rotor está compuesto por un devanado en jaula de ardilla y por ranuras destinadas al devanado exterior.

Nombre que recibe el aparato utilizado para medir el aislamiento de los devanados estatóricos con respecto a tierra del motor de fase partida: A) B) C) D)

18.

20.

2. 4 6 8



R espuestas Evaluación de la Unidad No.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

1

A) Rotación y traslación. C) Polo Norte y Sur. B) En desorden. D) Del polo norte al polo sur. B) Flujo magnético. D) Un campo magnético. A) Todos los imanes elementales están orientados. 8. C) Aumenta. 9. C) Ley de Lenz. 10. B) Remanencia residual. 11. D) Universal. 12. D) Conmutador. 13. A) Estator, Rotor y Tapaderas. 14. A) Mica. 15. B) Serie. 16. C) El motor cambia el sentido de giro. 17. B) Autotransformador, Reóstato y Diodo. 18. A) Chispas y fuego. 19. B) Existe una rotura en el devanado 1. 20. A) Existe una falla a tierra o contacto a masa. 21. A) Caballos de Fuerza (HP) o Kilowatios (KW).

Evaluación de la Unidad No.

2

1. D) Motor de fase partida. 2. A) Jaula de ardilla 3. A) Auxiliar y de trabajo. 4. D) Interruptor centrífugo. 5. B) El motor cambia el sentido de giro. 6. A) ± 10%. 7. B) Concreto macizo. 8. A) Desalineación angular. 9. A) Mayor. 10. A) Electrolítico. 11. C) Con capacitor permanente. 12. C) Tres veces mayor. 13. A) Calienta. 14. B) Cojinetes y chumaceras. 15. C) Extractor de tornillo con abertura regulable. 16. A) En cruz. 17. D) Megger. 18. C) Growler. 19. C) 6 escobillas. 20. D) Motor de repulsión inducción.


151


GLOSARIO

A

C

Anclaje: Conjunto de elementos destinado a fijar algo firmemente a otra cosa o al suelo. Átomo: Partícula de un cuerpo simple más pequeña capaz de entrar en reacción química. Está formado por un núcleo de protones y neutrones. Circundado por electrones en diferentes orbitas.

Carga del motor: Resistencia que se ha de vencer por el motor, en circunstancias dadas. Centrífuga: Fuerza que aleja del centro.

Autotransformador: Máquina eléctrica estática con su circuito magnético, igual que el del transformador, y su circuito eléctrico único, primario-secundario, del que se sacan tomas para obtener tensiones, para aplicaciones según la necesidad.

Chapas: Conjunto de láminas delgadas, fabricada de un material de alta calidad magnética. Chumacera: Pieza de metal, con una muesca en la que descansa cualquier eje de maquinaria.

Axial: Movimiento longitudinal relativo al eje.

B

Ciclo: Período de tiempo en que se verifican una serie de acontecimientos o fenómenos hasta llegar a uno, a partir del cual vuelven a producirse en el mismo orden.

Babbitt: Capa de metal que tienen las chumaceras para restringir el corrimiento axial del rotor durante el arranque o durante su operación cuando está desconectado de la carga.

Conmutador: Conjunto de láminas de cobre llamadas delgas, aisladas entre sí y conectadas a las bobinas del inducido; sobre dicho conjunto rozan las escobillas que conducen la corriente del inducido. Pieza eléctrica que sirve para que una corriente cambie de conductor.

Bobina: Componente de los circuitos eléctricos formado por un hilo conductor aislado y arrollado repetidamente en forma variable según su uso. Bushing (Buje): Pieza cilíndrica de metal que guarnece interiormente el eje de los motores pequeños.

C 152

Capacitor: (Condensador Eléctrico), Dispositivo compuesto esencialmente de dos conductores (armadura) separados por un dieléctrico, destinado a aumentar la capacidad eléctrica y la carga sin aumentar el potencial. Existen fijos y variables.

Capacitor de arranque: Capacitor conectado en serie con el devanado auxiliar, de un motor monofásico con capacitor y que tiene por objeto desfasar la corriente en el devanado auxiliar con relación al devanado de trabajo (corriente principal) para permitir el arranque del motor.

D

Corriente Eléctrica: Paso de la electricidad entre dos puntos de diferente potencial, a través de un conductor. Puede ser Continua cuando fluye en la misma dirección, o Alterna cuando cambia periódicamente de dirección. Delgas: Cementos conductores o láminas de cobre que forman parte del conmutador.



D

Derrubiar: Operación que se realiza cuando se han desgastado las delgas del conmutador, y consiste en rebajar la mica para que su nivel sea inferior a los elementos de cobre.

E

que pasa por un hilo conductor arrollado a una barra. Electrón: Componente del átomo que lleva carga eléctrica negativa, neutralizada por la carga eléctrica positiva del núcleo o protón.

Desalineación: Fuera de línea. Engranaje: Rueda dentada. Devanado: Hilo de cobre con revestimiento aislante, que se arrolla y forma parte de algunas maquinas eléctricas.

Engranar: Encajar una rueda dentada con otra.

Devanado de compensación: Devanado auxiliar dispuesto en una máquina o en un aparato electromagnético y destinado a atenuar los efectos de ciertas reacciones debidas a las corrientes que circulan en los otros devanados. Devanado del inducido o del rotor: En las máquinas de corriente continua o asincrónica, devanado o arrollamiento conectado a la fuente externa y en el cual ocurre la conversión principal de energía eléctrica en energía mecánica. Devanado estator: Arrollamiento que se encuentra en la parte fija del motor o generador. Devanado quemado: Alambre de los arrollamientos deteriorados parcial o totalmente por efectos de cortocircuito o sobrecarga. Diagnostico: Determinación de una falla por los signos que le son propicios.

E

Dispositivos: Mecanismo. Eficiencia: Capacidad de una maquina para convertir una energía en otra forma de energía, sin perdidas. Electroimán: Barra de hierro dulce que se imanta artificialmente por la acción eléctrica

Escobillas: Pieza que tienen algunas máquinas eléctricas como los generadores o el motor universal, y que sirve para mantener el contacto entre los conductores y el rotor, para entrada y salida de corriente. Espectro magnético: Margen completo de la ondas electromagnéticas, ordenadas según su frecuencia. Espira: Vuelta de una bobina o solenoide.

F

Factor de Potencia: Desfase entre la corriente y tensión eléctrica. Frecuencia: Ondas o ciclos por segundo de cualquier fenómeno periódico. Fricción: Rozamiento como medio de enlace de las piezas de una máquina.

G H I

Growler: Bobina arrollada en un núcleo de hierro para pruebas de verificación de inducidos o rotores.

Histéresis: Retraso del efecto debido a la inercia de la materia cuando varía la intensidad de la causa que actúa sobre ella. Imán: Sustancia que atrae el Hierro, por condición natural o adquirida.


153


I L M

Motor: aparato generador de fuerza que da movimiento a una máquina.

Interruptor Centrífugo: Dispositivo que tienen los motores eléctricos monofásicos y sirve para desconectar el devanado auxiliar o de arranque actuando por fuerza centrífuga.

Motor Eléctrico: Máquina o aparato que transforma la energía eléctrica en trabajo mecánico.

Lantánidos: Grupo formado por elementos químicos cuyo número atómico está comprendido entre el 57 y el 71.

Magnétita : Piedra imán o piedra de magnesia, ciudad de Asia menor. Magnetismo: Conjunto de fenómenos atractivos y repulsivos producidos por los imanes y las corrientes eléctricas. Manganeso: Elemento químico, metal de color y brillo acerados, duro, quebradizo y muy oxidable; tiene gran importancia en la fabricación del acero. Su símbolo es Mn, su número atómico 25 y su peso atómico 54.93. Mantenimiento: Efecto de mantener o mantenerse. Mica:Silicato nativo múltiple, de coloraciones diversas, caracterizado por separarse en láminas transparentes y elásticas. Es uno de los mejores aisladores eléctricos. Microfaradio: Unidad práctica de capacidad de un capacitor, equivalente a la millonésima parte de un faradio. Molécula: Agrupación definida y ordenada de átomos, de volumen pequeñísimo, que constituye la menor porción de un cuerpo que existe y que puede subsistir en libertad sin dejar de participar en la naturaleza de todo.

Motor Universal: Motor eléctrico monofásico que funciona de igual forma conectado a corriente alterna o corriente directa.

P

Par de fuerzas: El formado por dos fuerzas iguales en magnitud, paralelas y de sentidos contrarios, aplicadas a distintos puntos de un cuerpo y que producen un movimiento de rotación. Paralela: Línea equidistante de otra y que por más que se prolonguen no pueden encontrarse. Partícula: Cantidad muy pequeña de materia con entidad propia: electrón, protón, neutrón. Polea: Rueda móvil alrededor de un eje, con un canal o garganta en su circunferencia, por donde pasa una cuerda o cadena a cuyos extremos se aplican respectivamente una potencia y una resistencia; sirve para levantar y mover pesos. Polimerizar: Convertir una sustancia en otra de la misma composición, pero de un peso molecular doble, triple, etc. Polímero: Sustancia obtenida de otra por polimerización. Polo: Punto opuesto a otro en un cuerpo, en los cuales se acumula en mayor cantidad la energía de un agente físico; como el magnetismo en los extremos de un imán, o la electricidad en los extremos de una pila.

Montaje: efecto de montar un aparato.

154



Polo magnético: Punto situado en la región polar, adonde se dirige la aguja imantada (brújula). Portaescobillas: Pieza que sirve para permitir que las escobillas o carbones hagan contacto con las delgas del conmutador.

R S

Rendimiento: Trabajo útil de un motor o una máquina. Reóstato: Instrumento para hacer variar la resistencia en un circuito eléctrico También se usa para medir la resistencia eléctrica de los conductores.

Saturado: Cuerpo a su capacidad máxima. Silicio: Elemento químico no metal que se extrae de la sílice; es un sólido de color amarillento, de muy alta temperatura de fusión, insoluble en agua y densidad relativa del 2.33, su símbolo es Si. Número atómico 14 y su peso atómico 28.086.

Simétrico: Correspondencia de posición, formas y dimensiones de las partes de un cuerpo o figura a uno y otro lado de un plano transversal (Bilateral) o alrededor de un punto o un eje (radial). Sobrecarga: Carga superior a la apropiada para el buen funcionamiento de algo.

T Z

Transductores: Dispositivo que tiene la misión de recibir energía de una naturaleza eléctrica, mecánica, acústica, etc., suministrar otra energía de otra naturaleza, pero de características dependientes de la que recibió. Zumbido: Ruido continúo de algo.


155


BIBLIOGRAFÍA Boylestad Robert L., Análisis Introductorio de Circuitos, Editorial Prentice Hall, Octava Edición. Enciclopedia Encarta 2000, Microsoft. Grob Bernard, Elementos de Electrónica, Editorial McGraw-Hill Book Company, Inc. Harper Gilberto Enrique, Reparación de Motores Eléctricos, Manual de electricidad Industrial II, Editorial Limusa, Noriega Editores. Hübscher Heinrich, Kalue Jürgen, Pflüger Erner, Applelt Siegfried,Electrotecnia Curso Elemental, Editorial Reverté, S.A. Lang Johannes G., El Campo Magnético, Editorial Marcombo, Boixareu Editores. Lawrie Robert J., Biblioteca práctica de Motores Eléctricos, Editorial Oceano/Centrum. Müller Wolfgang, Electrotecnia de potencia curso superior, Editorial Reverté, S.A. Newnham Robert W., Reparación de Aparatos Electrodomésticos, Editorial Mcgraw - Hill Ortega Plana Juan María y Ramírez Vázquez José, Máquinas de Corriente Alterna, Enciclopedia CEAC de Electricidad. Roldán José, Manual del bobinador, Edición CEAC.

156



Roldán Viloria José, Manual de los Electrodomésticos, Editorial Paraninfo. Rosenberg Robert, Reparación de Motores Eléctricos, Editorial HRW Brechman Gerhard, Dzieia Erner, Hörnemann Ernst, Hübscher Heinrich, Jagla Dieter, Klaue Jüergen,Tablas de Electrotecnia, Editorial Reverté, S.A.


157

Instalacion y Antenimiento de Motores Electricos Monofasicos 5

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