Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de corriente alterna, diseñados especialmente para usarse en potencia ya sea de corriente continua o de corriente alterna. Recordemos que el motor serie de corriente continua se caracteriza por disponer de un fuerte par de arranque y que la velocidad del rotor varía en sentido inverso de la carga, pudiendo llegar a embalarse cuando funciona en vacío. Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan en c.a. o en c.c. En general, los motores universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura es reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de armadura. Como resultado, los motores inferiores a 3/8 de caballo de fuerza generalmente se construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros, por ejemplo: aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc. El motor universal es sin duda, el más utilizado en la industria del electrodoméstico. Su nombre deriva del hecho de que puede funcionar tanto en corriente alterna como en corriente continua. Para que un motor de este tipo pueda funcionar con c.a. es necesario que el empilado de su inductor (el núcleo de los electroimanes) sea de chapa magnética para evitar las corrientes de Foucault. Por otra parte, la conmutación resulta en los motores universales que en los de corriente continua, por lo que la vida de las escobillas y el colector es más corta, inconveniente que reduce mucho el campo de aplicación de los motores universales. Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata del devanado compensador del motor serie o un devanado de campo distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura. Su esquema de conexiones y sus características de funcionamiento corresponden a las de un motor serie. El estator de los motores universales que se utilizan en electrodomésticos (y también para otros servicios) suele ser bipolar, con dos bobinas inductoras. La parte más delicada y de construcción más laboriosa de estos motores es el rotor o inducido. Núcleo, bobinados, colector y eje requieren una construcción muy cuidada. En general, los motores universales para electrodomésticos están calculados para girar a altas velocidades; y como los entrehierros son pequeños, cualquier descentramiento o desequilibrio existente en el conjunto rotor produce vibraciones que pueden perturbar el funcionamiento y dañar seriamente el motor. Estos motores se someten a una operación de equilibrado que se efectúa con complicados instrumentos electrónicos. El eje, que gira a gran velocidad, debe sustentarse en rodamientos de bolas o sobre casquillos de bronce poroso autolubricantes. La velocidad de estos motores depende de la carga: a más carga, menos velocidad y viceversa. Esta propiedad y el poseer un elevado par de arranque son lo más característico de los motores universales.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS MOTORES UNIVERSALES Entre las ventajas de estos motores deben contarse éstas: Que pueden construirse para cualquier velocidad de giro y resulta fácil conseguir grandes velocidades, cosa que no puede conseguirse con otros motores de c.a.
y
y
Funcionan indistintamente con c.c. y/o con c.a.
y
Poseen un elevado par de arranque.
y
La velocidad se adapta a la carga.
y
Para regular la velocidad de giro basta con conectar un reóstato en serie con el inducido.
Las desventajas de estos motores son:
Que contienen elementos delicados que requieren una revisión periódica; es preciso entonces comprobar el desgaste del colector, de las escobillas, el envejecimiento de los muelles que las oprimen contra las delgas del colector, etc. y
El contacto deslizante entre colector y escobillas produce chispas que pueden perturbar el funcionamiento de los receptores de radio y de televisión que se encuentran en zona próxima al motor.
y
y
Por causa de la gran velocidad de giro, estos motores son algo ruidosos.
y
Su inducido es de difícil reparación, casi siempre resulta más ventajoso sustituirlo por otro nuevo.
Los motores universales miniatura, como los que se utilizan en máquinas de afeitar y en juguetería, por ejemplo, tienen el inducido mucho más simple; casi siempre con tres bobinas arrolladas sobre núcleos en estrella. El colector, para que ocupe menos espacio, deja de ser de tambor para convertirse en un colector de disco. También el estator es muy simple, con una sola bobina. En algunos juguetes que funcionan con c.a. el inductor es de dos piezas, una de ellas es móvil. El movimiento de esta parte del inductor (que se produce siempre que se interrumpe la corriente) arrastra el dispositivo del cambio de marchas. FUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR UNIVERSAL
Los motores universales funcionan generalmente en altas velocidades, de 3.500 a 20.000 r.p.m., esto da lugar a un alto cociente de energía-a-peso y de energía-a-tamaño, haciéndolos deseables para las herramientas hand-held, aspiradores y máquinas de costura. Un motor universal tiene altas velocidades usando diversas corrientes de una fuente de energía. El funcionamiento cerca de la carga clasificada es similar para todas las fuentes, comenzar el esfuerzo de torsión es alto y la regulación de la velocidad es pobre, la velocidad es muy alta en las cargas que son bajas. Teóricamente, en la carga cero la velocidad llega a ser infinita, así algunos motores universales deben emplear controles de velocidad. Este motor está construido de manera que cuando los devanados inducido e inductor están unidos en serie y circula una corriente por ellos, se forman dos flujos magnéticos que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la tensión aplicada es continua como alterna.
CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD DEL MOTOR UNIVERSAL En la figura 1 se muestra una típica característica par-velocidad de un motor universal. Esta característica difiere de la característica par-velocidad de la misma máquina que opera conectada a una fuente dc por las 2 siguientes razones: y
y
Los devanados del inducido y de campo tienen reactancia bastante grande a 50 o 60 Hz. Una parte significativa del voltaje de entrada cae a través de estas reactancias; por tanto, EA es menor para un voltaje de entrada dado durante la operación a.c. que durante la operación d.c. Puesto que EA= kØ , para una corriente del inducido y un par inducido dados, el motor es más lento en corriente alterna que en corriente continua.
Además, el voltaje máximo de un sistema es veces su valor rms, de modo que podría ocurrir saturación magnética cerca de la corriente máxima de la máquina. Esta saturación podría reducir significativamente el flujo rms del motor para un nivel de corriente dado y tiende a reducir el par inducido de la máquina.
APLICACIONES DE LOS MOTORES UNIVERSALES El motor universal tiene la característica par-velocidad descendente, fuertemente empinada de un motor dc serie, de modo que no es adecuado para aplicaciones de velocidad constante. Sin embargo, por ser compacto
y dar más par por amperio que cualquier otro motor monofásico, se utiliza en aplicaciones donde se requieren un peso ligero y alto par. Aplicaciones típicas de este motor son las aspiradoras eléctricas, los taladros y las herramientas manuales similares, así como los utensilios de cocina.
m
ind
CONSTRUCCIÓN DE LOS MOTORES UNIVERSALES Las partes principales del motor universal con arrollamiento inductor concentrado son: y
La carcasa.
y
El estator
y
El inducido.
y
Los escudos.
La carcasa suele ser por lo regular de acero laminado, de aluminio o de fundición con dimensiones adecuadas para mantener firmes las chapas del estator. Los polos suelen estar afianzados a la carcasa con pernos pasantes. Con frecuencia se construye la carcasa de una pieza, con los soportes o pies del motor. El estator o inductor, que se representa junto con otras partes componentes, consiste en un paquete de chapas de forma adecuada, fuertemente prensadas y fijadas mediante remaches o pernos. El inducido es similar al de un motor de corriente continua pequeño. Consiste en un paquete de chapas que forma un núcleo compacto con ranuras normales u oblicuas y un colector al cual van conectados los terminales del arrollamiento inducido. Tanto el núcleo de chapas como el colector, van sólidamente asentados sobre el eje. Los escudos, como en todos los motores, van montados en los lados frontales de la carcasa y asegurados con tornillos. En los escudos van alojados los cojinetes, que pueden ser de resbalamiento o de bolas, en los que descansan los extremos del eje. En muchos motores universales pueden desmontarse sólo un escudo, pues el otro está fundido con la carcasa. Los portaescobillas van por lo regular sujetos al escudo frontal mediante pernos.
DETECCIÓN, LOCALIZACIÓN Y REPARACIÓN DE AVERÍAS EN MOTORES UNIVERSALES y
y
y
Pruebas: Tanto el arrollamiento inductor como el del inducido deben verificarse detenidamente antes y después de su montaje. El arrollamiento inductor se comprobará en busca de contactos a masa, cortocircuitos, interrupciones e inversiones de polaridad. No hay que olvidar que antes de rebobinar un inducido hay que verificar el colector en busca de posibles delgas en cortocircuito o contactos a masa. Reparación: Las averías que pueden presentarse en los motores universales son las mismas que ocurren en los de motores continua. A continuación, se enumeran las más corrientes:
Si se producen chispas abundantes en funcionamiento, las causas pueden ser: y
Terminales de bobinas conectados a delgas que no corresponden.
y
Polos inductores con cortocircuito.
y
y
Interrupción en las bobinas del inducido.
y
Cortocircuito en las bobinas del inducido.
y
Terminales de bobinas invertidos.
y
Cojinetes desgastados.
y
Láminas de mica salientes.
y
Sentido de rotación invertidos.
Si el motor se calienta en exceso, puede ser debido a: y
Cojinetes desgastados.
y
Falta de engrase en los cojinetes.
y
Bobinas con cortocircuitos.
y
Sobrecarga.
y
y
y
Escobillas mal situadas.
Si el motor desprende humo, las causas pueden ser: y
Inducido con cortocircuitos.
y
Cojinetes desgastados.
y
y
Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
y
Tensión inadecuada.
y
Sobrecarga.
Si el par motor es débil, puede ser debido a: y
y
Bobinas con cortocircuitos. Arrollamientos inductores con cortocircuitos.
y
Escobillas mal situadas.
y
Cojinetes desgastados. Motor universal (Fuente ac)
Motor serie (Fuente dc)
Motor compound
Motor eléctrico compound. Un motor compound (o motor de excitación compuesta ) es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. Esto provee una característica de velocidad que no es tan ³dura´ o plana como la del motor shunt, ni tan ³suave´ como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio. El motor compound es un motor de excitación o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor da un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos más amperios pasan por el inducido mas campo serie se origina claro esta siempre sin pasar del consumo nominal.
Generador eléctrico Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en EEUU. Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada t ambién estátor ). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará unafuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.
Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina. Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.
Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas No
sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio,los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales: y
Primarios: Convierten en energía eléctrica
la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores,dinamos, etc.
y
Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.
Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento. Generadores primarios
Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de co mbustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.
Energía de partida
Proceso físico que convierte dicha energía en energía eléctrica
Energía magneto-mecánica:
Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos. ** Corriente continua: Dinamo ** Corriente alterna: Alternador
Energía química, sin intervención de campos magnéticos:
celdas electroquímicas y sus derivados: Pila eléctrica, baterías, pilas de combustible. Ver sus diferencias en generadores electroquímicos.
Radiación electromagnética:
Fotoelectricidad , como en el panel fotovoltaico
A partir de energía mecánica, sin intervención de campos magnéticos
** Triboelectricidad *** Cuerpos frotados *** Máquinas electrostáticas, como el generador de Van de Graaff ** Piezoelectricidad
Energía térmica, sin intervención de campos magnéticos:
Termoelectricidad (efecto Seebeck)
Energía nuclear, sin intervención de campos magnéticos:
Generador termoeléctrico de radioisótopos
En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética obtener una corriente alterna en un alternador , el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos de ahora
Generadores ideales Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales: y
Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga, Rc, que pueda estar conectada entre ellos.
Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc y
Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.
En la Figura 1 se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga R c y en donde se cumpliría la ecuación:
Figura 2: E = I×(Rc+Ri)
El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la Figura 2 se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia R i, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.
Fuerza electromotriz de un generador Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. () se mide en voltios y en el caso del circuito de la F igura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga R c. La F.E.M. () y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en R i y por tanto Va-b = E.
Motor trifásico. Dentro de los motores de corriente alterna, nos encontramos la clasificación de los motores trifásicos, asíncronos y sincronos. No hay que olvidar que los motores bifásicos y monofásicos, también son de
corriente alterna. Los motores trifásicos tienen ciertas características comunes: En relación con su tensión , éstos motores cuando su utilidad es industrial suelen ser de 230 V y 400 V, para máquinas de pequeña y mediana potencia, siendo considerados de baja tensión. No sobrepasan los 600 KW a 1500 r. p.m. Los motores de mayor tensión, de 500, 3000, 5000, 10000 y 15000 V son dedicados para grandes potencias y los consideramos como motores de alta tensión. Los motores que admiten las conexiones estrella y triángulo, son alimentados por dos tensiones diferentes, 230 V y 400 V, siendo especificado en su placa de características. Respecto a su frecuencia tenemos que decir que en europa se utilizan los 50 Hz, mientras que en américa se utilizan los 60 Hz. Aunque la frecuencia de red tenga fructuaciones, siempre que no superen el 1%, el motor rendirá perfectamente. Mayores fructuaciones afectará directamente sobre el rendimiento de su potencia. De hecho, para variar la velocidad de esta clase de motores se manipula la frecuencia. Con respecto a la velocidad los motores trifásico son construidos para velocidades determinadas que corresponden directamente con las polaridades del bobinado y la frecuencia de la red. Respecto a la intensidad, el motor trifásico absorbe de la red la intensidad que necesita, dependiendo siempre de la fase en que se encuentre. Por ésta razón existen diferentes modos de arranques, para ahorrar energía y preservar el motor. En sobrecarga pueden asumir un incremento de la intensidad de hasta 1.5 la intensidad nominal sin sufrir ningún daño durante dos minutos. También se tienen que tener en cuenta las pérdidas que tienen los motores trifásicos, sus causas son varias. El rendimiento de los motores de calculan en sus valores nominales, que son los indicados en las placas de características. Presentan pérdidas de entrehierro, por rozamiento, por temperatura y en el circuito magnético. Los rotores de jaula de ardilla (con rotor en cortocircuito) son los más usados por su precio y su arranque. En cambio, los motores de rotor bobinado o también llamados de anillos rozantes necesitan ser arrancados con resistencias rotóricas, lo que incrementa su precio y su complejidad. Los motores de rotor cortocircuitado no llevan escobillas, pero si las llevan los que son de colector y de rotor bobinado. Generador Una
trifásico.
forma de producir un sistema de corriente trifásica es con un alternador o generador de tres bobinas, como el de la figura:
Las tres bobinas se encuentran soportadas en el estartor, mientras que el rotor esta imantado o lleva un electroimán para que genere el campo magnético y es la parte móvil del alternador. En los alternadores antiguos sucedía al revés, es decir, las bobinas se encontraban en el rotor y eran la parte móvil, esto tenía un inconveniente y es que se necesitaba un complejo sistema de colectores y escobillas para poder recoger las tensiones producidas. Los alternadores modernos, con las bobinas soportadas en el estartor son más económicos y fiables que los alternadores antiguos. Los alternadores cuyo rotor lleva un electroimán, son alimentados con una fuente de corriente continua para activar el electroimán y poder generar el campo magnético. Como se puede observar en el dibujo, del alternador de arriba, la distancia entre los centros de las bobinas es de 120°, gracias a ello tenemos tres señales alternas diferentes y distanciadas entre si 120°, como se puede ver en el siguiente dibujo:
Ahora bien, de cada bobina, dibujo del alternador, se obtienen dos cables (no esta representado en el dibujo). Esto es útil saberlo porque un alternador lo podemos conectar en estrella o en triángulo. Pero, también hay que decir, que no tiene mucho sentido conectarlo en triángulo si lo que deseamos es utilizar un neutro. De hecho, lo más habitual es conectarlo en estrella. Ahora bien, el generador trifásico se puede conectar de tres maneras diferentes: en estrella, en triángulo o con cada bobina de forma independiente.
Como se puede observar en el dibujo, tenemos un alternador conectado de forma independiente, es decir, cada bobina del alternador o generador se comporta como un generador monofásico. Con este sistema tenemos un sistema trifásico de 6 conductores. En el supuesto que las resistencias o cargas sean iguales, tendremos que las tensiones estarán
en fase con sus intensidades respectivas, y que habrá 120° de desfase entre las tensiones o intensidades.
MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS Ing. Gustavo Araujo. UNEXPO VR-Barquisimeto
INTRODUCCION Se puede afirmar que el mantenimiento preventivo a nivel industrial tiene múltiples ventajas y beneficios que difícilmente pueden ignorarse. Una adecuada planificación de mantenimiento debe incluir una lista de instrumentos de pruebas, herramientas y personal experimentado, para poder cumplir con las labores del mantenimiento, que nos permitirá obtener un buen nivel de operatividad y un rendimiento óptimo de los equipos de producción. Actualmente existen métodos e instrumentos que nos permiten en una inspección de mantenimiento de los equipos, evaluar sus condiciones y defectos con anticipación, evitándose posibles fallas y los correctivos. En este trabajo se pretende dar una idea general del mantenimiento preventivo de motores eléctricos. Se comenzará describiendo el motor eléctrico su principio de funcionamiento y datos de placa. Luego se dan los pasos que involucra las practicas operativas del mantenimiento de motores y al final se describe las pruebas eléctricas y se sugiere un procedimiento para identificar los terminales de un motor. Todos ellos son aspectos bien conocidos por los especialista del área, pero que no son comunes para el personal de mantenimiento mecánico que de una u otra forma, por las trabajos que realizan, están involucrados con las actividades de mantenimiento eléctrico a motores.
1.- EL MOTOR TRIFÁSICO DE INDUCCIÓN Un motor eléctrico es una máquina rotativa que convierte la energía eléctrica recibida en sus terminales en potencia mecánica desarrollada en el eje para accionar montacargas, grúas, máquinas-herramientas, fresadoras, cortadoras, mezcladores, tornos, bombas y otras muchas máquinas. Según la naturaleza de la red de suministro se les fabrica para trabajar con corriente continua o con corriente alterna. Los motores de corriente alterna a su vez se clasifican en motores sincrónicos y motores de inducción, los cuales pueden ser monofásicos o trifásico. Siendo el mas popular el motor de inducción. El motor trifásico de inducción se fabrican en dos tipos: con rotor de jaula de ardilla y con rotor bobinado; a este último se le conoce también como motor de anillos. Siendo el motor de jaula de ardilla el más sencillo, económico y el mayormente utilizado en la industria. Se caracterizan por su velocidad prácticamente constante y su elevado par de arranque. En la actualidad puede decirse que este motor ha desplazado completamente al motor de corriente continua debido a su versatilidad en el control de velocidad y par requerido, a través de elementos de estado sólido.
Constructivamente el motor trifásico consta de tres partes: una parte fija llamada estator, una giratoria llamada rotor y dos escudos o tapas. La apariencia exterior de un motor trifásico de inducción se ilustra en la figura 1.
Figura 1. Motor trifásico de inducción.
El estator consiste de una armazón de fundición o carcasa, un núcleo de chapa con ranuras montado sobre la carcasa y un arrollado trifásico de cobre aislado dispuesto en las ranuras del núcleo. Este devanado va conectado a la red de suministro de energía eléctrica. En la figura 2, se muestra un estator de un motor de inducción. El inducido o rotor puede ser de jaula ardilla o rotor devanado. Ambos tipos de rotor llevan un núcleo de chapas prensado sobre el eje. El devanado de un rotor de jaula de ardilla consiste de varias barras de cobre cortocircuitadas en sus extremos y dispuestas en las ranuras hecha sobre el núcleo del rotor, la figura 3, ilustra un rotor de jaula de ardilla con uno de sus escudos montado sobre el eje. Por el contrario el rotor devanado consiste de un devanado trifásico conectado en estrella, similar al devanado del estator, con sus extremos conectado a tres anillos deslizantes de cobre aislado y montado sobre el eje del rotor. Las escobillas conectada a estos anillos permiten tener acceso a las corrientes en el devanado del rotor para controlar la corriente de arranque , variar la velocidad y modificar par del motor.
1.1.- FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE INDUCCIÓN Cuando los terminales del devanado del estator se conecta a la red de suministro, se crea dentro del motor una campo magnético giratorio, c.m.g. La velocidad de giro de este campo está dada por la siguiente ecuación:
[pic] donde fe es la frecuencia eléctrica de la tensión de alimentación y p el número de polos del motor. El c.m.g corta al devanado ubicado en el rotor para inducir en el, una tensión eléctrica. Por estar este devanado en cortocircuito, la corriente que circula crea a su vez otro campo magnético que interactúa con el c.m.g para producir un par, el cual hace girar el eje del motor.
1.2.- DATOS DE PLACA
Es importante conocer el significado de algunos de los datos mas importantes contenidos en la placa de característica del motor. Estos datos permiten determinar el voltaje nominal de alimentación, corriente, clase de diseño, potencia de salida, velocidad y conexión de sus devanados, entre otros datos, los cuales son de mucha utilidad a la hora de realizar cualquier trabajo de mantenimiento.
VOLTS: Indica la tensión nominal de servicio del motor. AMPS: Valor de la corriente que demanda el motor cuando este está operando a tensión nominal, a velocidad de régimen y está entregando su potencia normal en HP. NEMA DESING: De acuerdo al valor del par y corriente de arranque que toma el motor, la Asociación Nacional de Fabricantes de Equipos Eléctricos N.E.M.A. National Electrical Manufacturing Association, ha clasificado el motor de inducción de jaula de ardilla en cinco diseños: Diseño A, Diseño B, Diseño C, Diseño D y Diseño F. FRAME: Este dato especifica las dimensiones del motor en cuanto a diámetro del eje, distancia entre los tornillos de la base, etc, de manera que un motor de un determinado fabricante puede ser sustituido por otro, siempre y cuando posea el mismo frame. CODE LETTER: La letra código de un motor trifásico de inducción nos permite calcular, a partir, de una relación de kVA de arranque por H P nominal de salida del motor, la máxima corriente que toma el motor durante el arranque R.P.M.: Velocidad desarrollada por el motor cuando tiene su carga nominal. H.P: Potencia nominal de salida del motor. HERZT: Frecuencia nominal de la tensión de alimentación. SERVICE FACTO: Indica la capacidad de sobrecarga en por ciento que puede operar continuamente el motor sin recalentarse. INSULATION: Mediante una letra indica la temperatura máxima de operación del motor sin que cause algún daño sobre el aislamiento del devanado.
CLASE A:
105ºC
CLASE B:
130ºC
CLASE F:
155ºC
CLASE H:
180ºC
2.- MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE MOTORES ELÉCTRICOS
Las practicas operativa del mantenimiento preventivo de motores depende de las políticas y normas de cada empresa, del interés y motivación del supervisor de mantenimiento, de los equipos de prueba que se disponga y de las características propias de la máquina a ensayar. A continuación se presenta una practica operativa general para el mantenimiento preventivo de motores de inducción.
1.- Hacer una revisión visual del motor para verificar que no tiene partes dañadas o partidas.
2.- Realizar pruebas eléctricas, medición de la resistencia de los devanados y resistencia de aislamiento.
3.- Proceder a desmontar el tambor de freno, pieza de acople y aspa de ventilación, con la ayuda de extractores.
4.- En caso de tratarse de un motor de rotor bobinado, desmontar escobillas para efectuar su revisión y dejar libre los anillos del motor.
5.- Proceder a retirar las tapas del motor. 6.- Revisar los rodamientos, falta de lubricación, sistema interno en buen o mal estado.
7.- Desmontar los rodamientos.
8.- Retirar contratapas y retirar el rotor.
9.- Hacer una revisión cuidadosa del rotor y estator en cuanto al aislamiento en mal estado, verificar si no existe roce con las paredes del estator. Verificar si no existe desplazamiento de las delgas tanto del rotor (rotor devanado) como del estator, delgas corridas o flojas, verificar amarre de las bobinas.
10.- Verificar, en los motores de rotor devanado, que los anillos colectores del rotor no presenten problemas, mala conexión de los anillos hacia las bobinas del r otor, anillos sueltos, etc.
11.- Realizar el lavado del rotor y estator con solvente dieléctrico.
12.- Proceder al secado en el horno del rotor y estator a una temperatura entre 60-80ºC durante 8 horas.
13.- Realizar la prueba de resistencia de aislamiento para verificar el aislamiento del devanado después que sale del horno.
14.- Barnizar el rotor y estator, luego colocar nuevamente en el horno durante una hora a la misma temperatura.
15.- En el caso de motores de rotor bobinado, hacer la limpieza de los anillos colectores, revisar si no presenta desgaste.
16.- Armar el motor comenzando con la instalación del rotor y las contratapas.
17.- Instalar los rodamientos, mediante la dilatación de los mismos.
18.- Realizar la lubricación de los rodamientos y proceder al montaje de las tapas, tomando en cuenta que el rotor quede girando libremente.
19.- En el caso de motores de rotor bobinado, colocar las escobillas en la porta escobillas, revisar que las escobillas y porta escobillas mantengan la tolerancia permitida por el fabricante, libertad de movimiento, tamaño de las escobillas, revisar presión de los resortes, conectores de la escobillas, etc.
20.- Una vez terminado de armar el motor, revisar el cableado, chequear numeración, revisar terminales en caso de estar sulfatados cambiarlos, revisar bornera.
21.- Se procede a realizar pruebas finales:
21.1.- Realizar prueba de asilamiento final, con ayuda de un megohmetro a una tensión de prueba de 500V dc y comparar estos valores con los iniciales.
21.2.- Medición del índice de polarización, I P. Para un aislamiento en buen estado IP debe estar entre 2 y 4.
21.3.- Medición de la resistencia de los devanados. Utilizando un puente Wheatstone, se mide la resistencia por fase y se compara con los valores iniciales.
21.4.- Medición de la relación de transformación, en el caso de mot ores de rotor devanado.
21.5.- Medición de la corriente de vacío, con el motor conectado a la red y sin carga.
21.6.- Medición de la temperatura en varios puntos del motor como, en carcasa, tapas, bornera, eje , rodamientos, etc.
21.7.- Medición de las vibraciones.
Descripción general Un grupo electrógeno co nsta de las siguientes partes: y
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y
y
y
y
y
Motor.
El motor representa nuestra fuente de energía mecánica para que el alternador gire y genere electricidad. Existe dos tipos de motores: Motores de gasolina y de gasoil (diésel). Generalmente los motores diésel son los más utilizados en los g rupos Electrógenos por sus prestaciones mecánicas, ecológicas y económicas. Regulación del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la potencia de salida. Sistema eléctrico del motor.
El sistema eléctrico del motor es de 12 VC, excepto aquellos motores los cuales son alimentados a 24 VCC, negativo a masa. El sistema incluye un motor de arranque eléctrico, una/s batería/s libre/s de mantenimiento (acumuladores de plomo) , sin embargo, se puede instalar otros tipos de baterías si así se especifica, y los sensores y dispositivos de alarmas de los que disponga el motor. Normalmente, un motor dispone de un manocontacto de presión de aceite, un termocontacto de temperatura y de un contacto en el alternador de carga del motor para detectar un fallo de carga en la batería. Sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración del motor puede ser por medio de agua, aceite o aire. El sistema de refrigeración por aire consiste en un ventilador de gran capacidad que hace pasar aire frío a lo largo del motor para enfriarlo. El sistema de refrigeración por agua/aceite consta de un radiador, un ventilador interior para enfriar sus propios componentes. Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio de una alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas acoplado con precisión al motor, aunque también se pueden acoplar alternadores con escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser limi tado y, en ninguna circunstancia, forzado a regímenes mayores. Depósito de combustible y bancada. El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero de gran resistencia La bancada incluye un depósito de combustible con una capacidad mínima de 8 horas de funcionamiento a plena carga. Aislamiento de la vibración. El Grupo Electrógeno esta dotado de tacos antivibrantes diseñados para reducir las vibraciones transmitidas por el Grupo Motor-Alternador. Estos aisladores están colocados entre la base del motor, del alternador, del cuadro de mando y la bancada. Silenciador y sistema de escape. El silenciador de escape va instalado en el Grupo Electrógeno El silenciador y el sistema de escape reducen la emisión de ruidos producidos por el motor. Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control para controlar el funcionamiento y salida del grupo y para protegerlo contra posibles fallos en el funcionamiento. El manual del sistema de control proporciona información detallada del sistema que está instalado en el Grupo Electrógeno.
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Interruptor automático de salida . Para proteger al alternador, se suministra un
interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del Grupo Electrógeno con control manual. Para grupos Electrógenos con control automático se protege el alternador mediante contactores adecuados para el modelo adecuado y régimen de salida. Otros accesorios instalables en un Grupo Electrógeno. Además de lo mencionado anteriormente, existen otros dispositivos que nos ayudan a controlar y mantener, de forma automática, el correcto funcionamiento del mismo. Para la regulación automática de la velocidad del motor se emplean una tarjeta electrónica de control para la señal de entrada "pick-up" y salida del "actuador". El pick-up es un dispositivo mag nético que se instala justo en el engranaje situado en el motor, y éste, a su vez, esta acoplado al engranaje del motor de arranque. El pick-up detecta la velocidad del motor, produce una salida de voltaje debido al movimiento del engranaje que se mueve a través del campo magnético de la punta del pick-up, por lo tanto, debe haber una correcta distancia entre la punta del pick-up y el engranaje del motor. El actuador sirve para controlar la velocidad del motor en condiciones de carga. Cuando la carga es muy elevada la velocidad del motor aumenta para proporcionar la potencia requerida y, cuando la carga es baja, la velocidad disminuye, es decir, el fundamento del actuador es controlar de forma automática el régimen de velocidad del motor sin aceleraciones bruscas, generando la potencia del motor de forma continua. Normalmente el actuador se acopla al dispositivo de entrada del fuel-oil del motor.
Cuando el grupo se encuentra en un lugar muy apartado del operario y funciona las 24 horas del día es necesario instalar un mecanismo para restablecer el combustible gastado. Consta de los siguientes elementos: y
Bomba de Trasiego.
Es un motor eléctrico de 220 VCA en el que va acoplado una bomba que es la encargada de suministrar el combustible al depósito. Una boya indicadora de nivel máximo y nivel mínimo. Cuando detecta un nivel muy bajo de combustible en el depósito activa la bomba de trasiego.
Cuando las condiciones de frío en el ambiente son intensas se dispone de un d ispositivo calefactor denominado Resistencia de Precaldeo que ayuda al arranque del motor. Los grupos Electrógenos refrigerados por aire suelen emplear un rad iador eléctrico, el cual se pone debajo del motor, de tal manera que mantiene el aceite a una cierta temperatura. En los motores refrigerados por agua la resistencia de precaldeo va acoplada al circuito de refrigeración, esta resistencia se alimenta de 220 Vca y calienta el agua de refrigeración para calentar el motor. Esta resistencia dispone de un termostato ajustable; en él seleccionamos la temperatura adecuada para que el grupo arranque en breves segundos. [editar] Alternador (fuente de energía eléctrico)
Si se hace girar una espira, cuyos extremos estén unidos a dos anillos, bajo la acción de un campo magnético Norte-Sur, se genera una f.e.m. a lterna; el valor de la frecuencia dependerá de la velocidad de giro para un número determinado de polos. Dado que el uso de los grupos Electrógenos es la corriente trifásica explicaremos su fundamento.
Si se montan tres bobinas , desfasadas 120 grados entre sí, y se les hace girar dentro de un campo magnético Norte-Sur, se crea una f.e.m. alterna en cada una de ellas desfasadas 120 grados, como indica el diagrama de corrientes trifásicas en función del tiempo. Los alternadores reales disponen, en el inducido, de bobinados de corriente alterna monofásicos o trifásicos, según se generen 1 ó 3 f.e.m.s. Cada bobinado, por ser abierto tiene un principio y un final; en los bobinados trifásicos los principios se designan con ls letras U, V, W y los finales con X, Y, Z. En los monofásicos el principio es U y el final es X. Existen dos tipos fundamentales de conexión de un alternador: y
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Conexión en estrella. Para conectar el bobinado en estrella se unen los finales XYZ de las tres fases formando un punto común que es el neutro, dejando libre los tres principios UVW. Con esta conexión se consigue 380 V entre dos fases y 220 V entre fase y neutro. Conexión en triángulo. En la conexión en triángulo se une el final de cada fase con el principio de la siguiente X con V, Y con W y Z con U. La diferencia de potencial que existe entre fase y fase es de 220 V.
Existen generadores con 12 cables de salida para permitir diferentes valores de tensión (230, 400, 460, 800 V). Los generadores deben ser siempre conectados a tierra con un conducto de sección adecuada (normalmente de la mitad de sección de los cables principales de alimentación), utilizando uno de los dos bornes (interno/externo) previstos para la misma. La potencia suministrada por un alternador trifásico ya esté conectado en estrella o triángulo: P = RC (raíz cuadrada)3 * V * I. De forma general y para potencias más o menos elevadas se utilizan alternadores autoexcitados sin escobillas que eliminan el mantenimiento relacionado con las escobillas y los anillos colectores. El sistema de control consta de un regulador automático del voltaje, circuitos de protección y los instrumentos necesarios para poder controlar la salida del Grupo Electrógeno. La energía eléctrica producida por el grupo electrógeno proviene de un sistema de bucle cerrado que consiste principalmente en el rotor inductor, el campo de inducción giratorio y el regulador automático. El proceso comienza cuando el motor empieza a girar los componentes internos del alternador. El magnetismo remanente en el rotor principal produce un pequeño voltaje alternante en el estátor principal. El regulador automático de voltaje (AVR [RAV]) rectifica este voltaje y lo ap lica al estátor de excitación. Esta corriente continua en el estátor de excitación crea un campo magnético que, a su vez, induce un voltaje en corriente alterna en el rotor de excitación. Este voltaje en C.A. (corriente alterna) se convierte otra vez en C.C. (corriente continua) por medio de los diodos giratorios (conjunto rectificador). Cuando este voltaje de C.C. aparece en el rotor principal, se crea un campo magnético más fuerte que el campo remanente original lo que induce un voltaje mayor en el estátor principal. Este mayor voltaje circula a través del sistema induciendo aún mayor voltaje c.c. de vuelta al rotor principal. Este ciclo se repite para acumular un voltaje próximo al nivel de salida adecuado del grupo electrógeno. En este punto el regulador automático de voltaje comienza a limitar el voltaje que pasa al estator de excitación que, a su vez, limita la potencia total de salida del alternador.
[editar] Generadores controlados por transformador
El estátor principal proporciona energía para excitar el campo de excitación por medio del transformador rectificador. El transformador combina elementos de tensión y corriente derivados de la salida del estátor principal para formar la base de un sistema de co ntrol de circuito abierto, el cual es de natura leza autorregulador. El propio sistema compensa las magnitudes de intensidad y factor de potencia, mantiene la corriente de cortocircuito y tiene adicionalmente buenas características de arranque de motores eléctricos. Los alternadores trifásicos suelen estar controlados por un transformador trifásico para mejorar el comportamiento con cargas desequilibradas. Opcionalmente se pued e suministrar con un transformador monofásico para facilitar la reconexión a varias tensiones trifásicas y monofásicas. [editar] Arranque manual o automático
El arranque manual se produce a nuestra voluntad, esto quiere decir que cuando queramos disponer de la electricidad generada po r el Grupo Electrógeno lo haremos arrancar de forma manual. Generalmente el accionamiento de arranque se suele realizar mediante una llave de contacto o pulsador de arranque de una centralita electrónica con todas las funciones de vigilancia. Cuando se produzca un calentamiento del motor, cuando falte combustible o cuando la presión de aceite del motor sea muy baja, la centralita lo detectará parando el motor automáticamente. Existen centrales automáticas que funcionan tanto en modo manual o automático; estas centralitas o cuadros electrónicos detectan un fallo en la red de suministro eléctrico, obligando el arranque inmediato del Grupo Electrógeno. Normalmente en los grupos automáticos se instalan cajas predispuestas que contienen básicamente un relé de paro y otro de arranque, además de tener instalados en el conector todos los sensores de alarma y reloj de los que disponga el Grupo Electrógeno. Instalado aparte un cuadro automático en el que van instalados los accionamientos de cambio de red a Grupo Electrógeno.
[editar] Mantenimiento [editar] Del motor
Aunque cada motor incluye un manual de operación para su correcto mantenimiento, se destacan los aspectos principales para un buen mantenimiento del motor. y
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Controlar el nivel de aceite. El motor debe estar nivelado horizontalmente, se debe asegurar que el nivel está entre las marcas MIN y MAX de la varilla. Si el motor esta caliente se habrá de esperar entre 3 y 5 minutos después de parar el motor. Aceite y filtros de aceite. Respete siempre el intervalo de cambio de aceite recomendado y sustituya el filtro de aceite al mismo tiempo. En motores parados no quite el tapón inferior. Utilice una bomba de drenado de aceite para absorber el aceite. o Limpie las fijaciones del filtro para que no caiga dentro suciedad al instalar el filtro nuevo. o Q uite el tapón inferior con una junta nueva.
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Q uite el/los filtro/s. Compruebe que no quedan las juntas en el motor.
Llene los nuevos filtros con aceite del motor y pulverice las juntas. Atornille el filtro a mano hasta que la junta toque las superficie de contacto. Después gire otra media vuelta. Pero no más. Añada aceite hasta el nivel correcto. No sobrepasar el nivel de la marca MAX. o Arranque el motor. Compruebe que no hay fugas de aceite alrededor del filtro. o Añada más si es necesario. Haga funcionar el motor a temperatura normal de funcionamiento. o Filtro del aire. Compruebe/sustituya. El filtro del aire debe sustituirse cuando el indicador del filtro así lo indique. El grado de suciedad del filtro del aire de admisión depende de la concentración del polvo en el aire y del tamaño elegido del filtro. Por lo tanto los intervalos de limpieza no se pueden generalizar, sino que es preciso definirlos para cada caso individual. Correas de elementos auxiliares. Comprobación y ajuste. La inspección y ajuste deben realizarse después de haber funcionado el motor, cuando las correas están calientes. Afloje los tornillos antes de tensar las correas del alternador. Las correas deberán ceder 10 mm entre las poleas. Las correas gastadas que funcionan por pares deben cambiarse al mismo tiempo. Las correas del ventilador tienen un tensor automático y no necesitan ajuste. Sin embargo, el estado de las correas debe ser comprobado. Sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración debe llenarse con un refrigerante que proteja el motor contra la corrosión interna y contra la congelación si el clima lo exige. Nunca utilice agua sola. Los aditivos anticorrosión se hacen menos eficaces con el tiempo. Por tanto, el refrigerante debe sustituirse. El sistema de refrigeración debe lavarse al sustituir el refrigerante. Consulte en el manual del motor el lavado del sistema de refrigeración. Filtro de combustible. Sustitución. Limpieza: no deben entrar suciedad o contaminantes al sistema de inyección de combustible. La sustitución del combustible debe llevarse a cabo con el motor frío para evitar el riesgo de incendio causado al derramarse combustible sobre superficies calientes. Q uite los filtros. Lubrique la junta del filtro con un poco de aceite. Enrosque el filtro a mano hasta que la junta toque la superficie de contacto. Después apriete otra media vuelta, pero no más. Purgue el sistema de combustible. Deshágase del filtro antiguo de forma apropiada para su eliminación. o
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[editar] Del alternador
Durante el mantenimiento rutinario, se recomienda la at ención periódica al estado de los devanados (en especial cuando los generadores han estado inactivos durante un largo tiempo)y de los cojinetes. Para los generadores con escobillas se habrá de revisar el desgaste de las escobillas y la limpieza de los anillos rozantes. Cuando los generadores están provistos de filtros de aire, se requiere una inspección y mantenimiento periódico de los mismos. Estado de los devanados. Se puede determinar el estado de los devanados midiendo la resistencia de aislamiento a tierra, es decir, la resistencia óhmica que ofrece la carcasa de la máquina respecto a tierra. Esta resistencia se altera cuando hay humedad ó suciedad en los devanados, por lo tanto, la medición de aislamiento del generador nos indicará el estado
actual del devanado. El aparato utilizado para medir aislamientos es el megóhmetro o Megger. La AVR (regulador automático del voltaje) debe estar desconectado en el caso de que el generador sea del tipo autoexcitado. Para que las medidas tengan su valor exacto la máquina debe estar parada. Es difícil asegurar cuánto es el valor de la resistencia de aislamiento de un generador, pero como norma a seguir se utiliza la fórmula: R(resistencia en MegaOhmios) = Tensión nominal en V. / Potencia nominal KW + 1000 siempre y cuando la máquina esté en caliente, es decir, en pleno funcionamiento. Para medir la resistencia de aislamiento se conecta el polo positivo del megóhmetro a uno de los bornes del motor y el negativo a su masa metálica; y se observará que la aguja se mueve hacia una posición de la escala hasta que se nota que resbala y en ese mismo momento se lee directamente la resistencia de a islamiento en la escala del aparato. Durante la medida, el generador debe separarse totalmente de la instalación, desconectándose de la misma. Si la resistencia de aislamiento resulta menor que la propia resistencia del devanado, sería imprescindibles secarlos. Se puede llevar a cabo el secado dirigiendo aire caliente procedente de un ventilador calentador o aparato similar a través de las rejillas de entrada y/o salida de aire del generador, aunque otro método rápido y eficaz seria el secado mediante un horno por calentamiento de resistencias. Alternativamente, se pueden co rtocircuitar los devanados del estátor principal, provocando un cortocircuito total trifásico en los bornes pr incipales con el grupo electrógeno en marcha. Con este método se consigue secar los bobinados en muy poco tiempo, aunque para ello debe consultar el método y la forma de realizarlo según el tipo de alternador en su co rrespondiente manual. Cojinetes. Todos los cojinetes son de engrase per manente para un funcionamiento libre de mantenimiento. Durante una revisión general, se reco mienda, sin embargo, comprobarlos por desgaste o pérdida de aceite y reemplazarlos si fuese necesario. También se reco mienda comprobar periódicamente si se recalientan los co jinetes o si producen excesivo ruido durante su funcionamiento útil. En caso de verificar vibraciones excesivas después de un cierto tiempo. Esto sería debido al desgaste del cojinete, en cuyo caso conviene examinarlo por desperfectos o pérdida de grasa y reemplazarlo si fuese necesario. En todo caso se deben reemplazar los cojinetes después de 40.000 horas en servicio. Cojinetes en generadores accionados por polea están sometidos a más fuerzas que co jinetes en generadores accionados directamente. Por lo tanto, los cojinetes deben ser reemplazados después de 25.000 horas en servicio. Anillos rozantes y Escobillas. Muy a menudo e l chisporreteo en las escobillas se debe a la suciedad en los anillos rozantes, o alguna otra causa mecánica. Hay que examinar la posición de las escobillas de manera que han de tocar los anillos rozantes en toda su superficie, asimismo deben reemplazarse cuando se ha gastado una cuarta parte de su longitud. Se han de limpiar a fondo los anillos rozantes de forma cíclica, q uitándoles todo el polvo o suciedad que los cubra, y en especial cuando se cambian las escobillas.
