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EXPERIMENTAL E LA VICTORIA

 

REPÚB BLICA BOL LIVARIANA A DE VENE EZUELA MINIS STERIO DE EL PODER R POPULAR R PARA EDUCACIIÓN UNIVE ERSITARIA A INSTITU UTO UNIVE ERSITARIO EXPERIIMENTAL D TECNO DE OLOGÍA LA L VICTOR RIA L VICTOR LA RIA- ESTAD DO ARAGU UA COMIISIÓN ACA ADÉMICA DEL D PROG GRAMA NACIONA AL DE FOR RMACIÓN EN ELECT TRICIDAD D

 

DISEÑO E IMPLE D EMENTACIÓN DE UNA MAQUETA M DIDÁTIC CA A AUTOMAT TIZADA PARA ES STUDIAR EL CO OMPORTAM MIENTO Y A ACCIONAM MIENTO DE D UN ASC CENSOR CON UN MO OTOR DE INDUCCIÓ I ÓN R ROTOR JA AULA DE ARDILLA A D 1800 RP DE PM. T Trabajo Esp pecial de Grrado Presenttado al Instittuto Universsitario Expeerimental de la V Victoria para Optar al Título de Técnico Superioor en Electricidad

AUTORE ES: UZ FRANK K CI: 12565741 BR. CRU B CORDE BR. ERO LENIN N CI: 15076916

TUTORE ES: PR ROF. BELTR RÁN VICTO OR PROF F. FUTRILL LE MARIEL LSI

Marzo, 20110

 

DEDICATORIA A mis padres, quienes además de respectarlos los admiré por su buena voluntad de trabajo, por sus conceptos cabales de familia, por su bondad de hacer de nosotros personas útiles a nuestro país.

A todas aquellas personas que han dirigido sus metas al trabajo, a servir a sus semejantes en la educación y a integrar a sus hijos al núcleo familiar.

A mis abuelos, por haberme dado unos padres maravillosos y por su confianza en todo momento. Frank, Lenin

 

AGRADECIMIENTOS A todos aquellos personas que como su estímulo, dedicación y optimismo hicieron que cada día tuviéramos mayor interés en esta rama de la Electricidad.

A las siguientes personalidades, que con su apoyo hicieron posible la realización de este trabajo de grado:

Ing. Marielsi Futrille. Ing. Leydy Cruz Prof. David Martínez A los coordinadores de carrera del programa de formación Nacional Prof. Lizandro Alvarado, Prof. Doris Sevilla, a todos mis compañeros de estudio a quienes les quiero agradecer de inmenso corazón el aporte brindado que contribuyó de manera exitosa en la culminación de nuestra meta.

Gracias a Dios y a nuestra familia.

 

EXPERIMENTAL LA VICTORIA

 

REPÚB BLICA BOL LIVARIANA A DE VENE EZUELA MINIS STERIO DE EL PODER R POPULAR R PARA EDUCACIIÓN UNIVE ERSITARIA A INSTITU UTO UNIVE ERSITARIO EXPERIIMENTAL D TECNO DE OLOGÍA LA L VICTOR RIA L VICTOR LA RIA- ESTAD DO ARAGU UA COMIISIÓN ACA ADÉMICA DEL D PROG GRAMA NACIONA AL DE FOR RMACIÓN EN ELECT TRICIDAD D

 

N RESUMEN DISEÑO E IMPLE D EMENTACIÓN DE UNA MAQUETA M DIDÁTIC CA A AUTOMAT TIZADA PARA ES STUDIAR EL CO OMPORTAM MIENTO Y A ACCIONAM MIENTO DE D UN ASC CENSOR CON UN MO OTOR DE INDUCCIÓ I ÓN R ROTOR JA AULA DE ARDILLA A D 1800 RP DE PM.

T TUTORES : P PROF. BEL LTRÁN VICTOR P PROF. FUT TRILLE MAR RIELSI

AUTORES: BR. CRUZ FRAN NK BR. CORD DERO LENIIN

En el siguiente s Traabajo Especcial de Gradoo, se partiráá del análisiss del motor de iinducción (d dañado) rotoor jaula de arrdilla 1800 RPM. R Para el e diseño de la l maqueta del d a ascensor se busca lograar revolucioones por minnutos muy bajas, es poor ello que se a aprovechará á su condicióón de quemaado de las boobinas para transformarlo t o a 1200 RP PM c el fin de con d mejorar laas revoluciones. No es suficiente 12200 RPM, por p lo tanto se a acoplará un n reductor con c relaciónn 19:1 paraa obtener 633 RPM. Ell motor com mo d dispositivo propulsor p dee la maquetta estará conntrolado porr el diseño de un tablerro, d donde a trav vés de un selector s de tres t posicionnes con llavve de seguridad permitirá p poder trabajjar la maquueta en las opciones automatizada a as y manuaal. Durante la a automatizac ión se ejecuutará el arraanque del motor con sallida de 6 puuntas donde el c controlador lógico progrramable (PL LC) ejecutaráá el arranque en estrellaa-triangulo con c g horario y anti-horarrio, ya que laa cabina del ascensor quue representaa la carga dee la giro m maqueta deb berá subir o bajar b de acuuerdo a la opperación, la estructura e dee la edificaciión e estará diseñaada para tres pisos. Paraa la opción manual m estaará independdizada del PL LC para salida con ú únicamente c motores de tres punttas, en formaa de arranque sencillo.

 

ÍNDICE GENERAL

Página RESUMEN …………………………………………………………………….

vi

ÍNDICE GENERAL …………………………………………………………...

viii

ÍNDICE DE FIGURAS ………………………………………………………..

xi

ÍNDICE DE TABLAS …………………………………………………………

xiv

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………..

1

CAPÍTULO I

3

EL PROBLEMA……………………………………………………………….

3

1. Titulo de la investigación …………………………………………………...

3

1.1. Planteamiento del problema ……….......................................................

3

1.2. Objetivos de la investigación ……………………………………………...

4

1.2.1. Objetivos generales…………………………………………………...

4

1.2.2. Objetivos específicos ………………………………………………...

5

1.3. Justificación de la investigación …………………………………………..

5

1.4. Alcance de la investigación ……………………………………………….

6

1.5. Limitaciones ………………………………………………………............

6

CAPÍTULO II

7

MARCO TEÓRICO …………………………………………………………..

7

2.1. Antecedente de la investigación …………………………………………..

7

2.2. Bases teóricas ……………………………………………………………..

7

 

ÍNDICE GENERAL  

2.2.1. Motores de corriente alterna …………………………………………

Página 7

2.2.2. Motor asíncrono rotor bobinado ……………………………………..

8

2.2.3. Motor asíncrono de rotor jaula de ardilla …………………………....

9

2.2.4. Devanados …………………………………………………………...

12

2.2.4.1. Bobinados concéntricos ……………………………………..

12

2.2.4.2. Funcionamiento eléctrico ……………………………………

13

2.2.5. Interacción motor-carga características mecánicas …………………

16

2.2.6. Características mecánicas de mecanismos industriales ………...........

18

2.2.7. Características mecánicas del motor eléctrico ………………………

20

2.2.8. Operación del motor en los cuatro cuadrantes ……………………….

22

2.2.9 Logo …………………………………………………………………

30

2.2.9.1 Descripción de logo …………………………………………

30

2.2.9.2 Las 4 reglas de oro para manejar el logo ……………………..

31

2.2.9.3 Algunas funciones del logo …………………………………..

32

2.3. Bases legales ………………………………………………………………

35

2.3.1. Decreto de la creación de la Misión Sucre……………………...........

35

2.3.2. Norma Venezolana COVENIN 862:1976 “Máquinas eléctricas rotativas valores y características de funcionamiento” ……………………..

36

2.3.3. Nomenclatura de protecciones ……………………………………….

39

2.3.4. Nomenclatura de aislamiento ………………………………………..

40

 

ÍNDICE GENERAL 

Página 2.3.5. Código eléctrico nacional ……………………………………………

41

2.3.6. Ordenanzas municipales ……………………………………………..

43

CAPÍTULO III

45

MARCO METODOLÓGICO …………………………………………………

45

3. Diseño o modalidad de la investigación ………………………….................

45

3.1. Diseño de la investigación …………………………………………......

45

3.2 Técnicas y procedimientos……………………………………………...

45

CAPÍTULO IV

51

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO …………. 4. Cálculos de la investigación …………………………...................................

51 51

4.1. Datos de la investigación ………………………………………………

51

4.2 Diseño de prototipo ………………………………………….................

64

4.3. Lista de materiales y costos ……………………………………….......

65

4.4. Explicación del diseño del tablero de mando del ascensor ……………

66

4.5. Como operar el tablero ……………………………………………......

67

4.6. Resultados obtenidos ………………………………………………….

80

CAPÍTULO V

82

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ………………………………

82

RESUMEN BIBLIOGRÁFICO …………………………………………….

83

 

ÍNDICE GENERAL   

Página ANEXOS …………………………………………………………………..

84

EJEMPLOS GUÍA PRÁCTICA PARA TALLER DE ELECTRICIDAD ...

106

 

ÍNDICE DE FIGURAS Página

Figura Nº

 

1

Rotor devanado ……………………………………………........

8

2

Rotor jaula de ardilla …………………………………………...

9

3

Campos magnéticos en rotor jaula de ardilla …………………...

10

4

Jaula real ………………………………………………………..

10

5

Estator …………………………………………………………..

11

6

Funcionamiento de un motor …………………………………...

12

7

Esquemas de bloques del accionamiento eléctrico automatizado

13

8

Motor eléctrico como órgano de trabajo ……………………….

15

9

Gráficas características mecánicas ……………………………..

19

10

Absolutamente rígida …………………………………………..

21

11

Funcionamiento de una máquina como motor o en frenaje (generador) ……………………………………………………..

23

12

Motor de 3 puntas y 6 puntas …………………………………..

26

13

Circuito equivalente de un motor ………………………………

26

14

Curva movimiento mecánico de un motor ……………………..

29

15

Placa característica de un motor ………………………………..

37

16

Tipos de conexiones ……………………………………………

49

17

Circuito equivalente …………………………………………….

61

18

Motor con poleas ……………………………………………….

62

19

Partes del proyecto ……………………………………………..

64

20

Programación en el logo ………………………………………..

70

 

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

Figura Nº 21

Plano de fuerza …………………………………………………

74

22

Plano control posición Auto OPER…………………………….

75

23

Plano pulsadores micros ………………………………………..

76

24

Plano select posición mantt …………………………………….

77

25

Plano de bornera ………………………………………………..

78

26

Plano fuente 24 VDC …………………………………………...

79

M1

Estator …………………………………………………………..

85

M1.1

Ranuras del estator ……………………………………………...

86

27

Proceso de desarme del motor de inducción………………………………………………………..

96

28

Desarme del motor donde se observa el inducido rotor jaula de ardilla …………………………………………………………...

97

29

Estator original del motor ………………………………………

98

30

Quemado de las bobinas del estator ……………………………

99

31

Proceso de desarme de las bobinas del estator …………………

100

32

Motor ya embobinado ………………………………………….

101

33

Ensamblaje del tablero de control ………………………….......

102

34

Cálculos realización de planos y pre-ensayos de programación..

103

35

Estructura del ascensor …………………………………………

104

36

Maqueta del ascensor………………………………...................

105

 

ÍNDICE DE TABLAS

Página

Tabla N 0

Funciones lógicas …………………………………………………..

32

1

Lista de materiales y costos ………………………………...............

65

2

Ensayos en motor …………………………………………..............

80

M-2

Coeficiente €………………………………………………..............

87

3

Alambre para bobinar ………………………………………………

88

4

Catálogo de motor para 1200 RPM…………………………………

89

L-1

Propiedades del cobre………………………………………………

90

L-2

Longitud del conductor en metros para bobinas de un diámetro dado…………………………………………………………………

91

L-3

Factor de corrección ………………………………………………..

92

L-4

Número de conductores en tubería………………………………….

93

L-5

Interruptores enchufables …………………………………………..

94

L-6

Capacidad de carga en A para cables ………………………………

95

 

INTRODUCCIÓN La Misión Sucre en su Plan estratégico con el Gobierno Venezolano ha permitido el acceso a todos (as) los venezolanos (as) a la Educación Superior, en igualdad de condiciones y oportunidades sin limitaciones siendo esto un éxito para la política del Gobierno Revolucionario, lográndose así la consolidación de las carreras técnicas municipalizadas, tal es el caso de Electricidad, la cual está avalada por el Instituto Universitario Experimental de la Victoria, Institución que ha brindado todo su apoyo al Programa Nacional de Formación en Electricidad.

En el siguiente Trabajo Especial de Grado tiene como objetivo fundamental dejar en la institución una herramienta didáctica, donde los estudiantes puedan realizar prácticas, lográndose tener así un apoyo para los profesores en materias de taller. El diseño de la siguiente maqueta permite desarrollar un conjunto de prácticas importantes en la carrera de electricidad tales como son ensayos a motores, realizar distintos tipos de arranques, programar con Controlador Lógico Programable (PLC).

El trabajo consta de cinco (5) capítulos estructurados de la siguiente manera: CAPÍTULO I Comprende una descripción del planteamiento de problema, objetivos, alcance del proyecto, limitaciones e justificación que motivo la realización de la maqueta.

CAPÍTULO II Se hace referencia a los antecedentes de la investigación que permitieron desarrollar los cálculos. Además que se desarrollan un conjunto de términos necesarios para la compresión de la siguiente investigación.

 

CAPÍTULO III Se analiza los pasos y las técnicas a utilizar como metodología, para realizar el Trabajo Especial de Grado.

CAPÍTULO IV Se analiza la manera de cómo efectuar el cálculo para un motor asíncrono. Cálculos de las protecciones, posibles funciones lógicas del ascensor y lista de materiales de la maqueta.

CAPÍTULO V Indican las conclusiones y recomendaciones del Trabajo Especial de Grado (TEG), que le servirán de base otros bachilleres para reproducir el proyecto.

CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1. Título de la investigación

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUETA DIDÁTICA AUTOMATIZADA PARA ESTUDIAR EL COMPORTAMIENTO Y ACCIONAMIENTO DE UN ASCENSOR CON UN MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR JAULA DE ARDILLA DE 1800 RPM 1.1. Planteamiento del Problema El exitoso Programa Nacional de Formación en Electricidad llevado por la Misión Sucre, ha ideado buscar estrategias de cómo municipalizar algunas Unidades Curriculares de talleres las cuales son impartidas en el IUETLV. Las aldeas del Estado Aragua que cursan la carrera de Electricidad requieren usar las instalaciones del Tecnológico. La creación de planes para ver algunos talleres en INCES, liceos técnicos por parte de la Coordinación de la Carrera, ha logrado la expansión de los talleres de laboratorio.

En la 1era Aldea del Estado Aragua existe en construcción un taller-laboratorio, donde se han logrado algunos avances en la operatividad del mismo, en la actualidad el taller no posee ningún tipo de equipos e instrumentos. El aporte de este Trabajo Especial de Grado consiste en la construcción de un mesón de trabajo como continuidad de los existentes. El diseño de una maqueta didáctica donde los estudiantes puedan observar el funcionamiento de un motor asíncrono, comprobar lo visto en las Unidades Curriculares como: máquinas eléctricas, taller de regulación, fundamentos de la electrónica, e incluso realizar mediciones comparables a circuito I,

3   

II. Cumpliendo con parte del pensum del Instituto Universitario Experimental de la Victoria.

El motor trifásico obtenido para la realización de la maqueta es de 1.5 Hp jaula de ardilla en condiciones

de cortocircuito, ya que el bobinado se encontraba

quemado siendo ideal para el Trabajo Especial de Grado. A partir de ese momento se procederá con su estudio para evaluar el comportamiento de dicha máquina. Se determinará si se podrá modificar su Hp o solo se conservará sus características de diseño original. El fin es revisar los cálculos teóricos con los prácticos, medir la corriente en cada bobinado fem, su torque

mecánico. Este motor tendrá la

particularidad de que su carcasa estará cortada con el fin de visualizar su parte interna en funcionamiento y tener el mayor contacto visual.

Se rebobinará el motor de acuerdo a los nuevos cálculos, considerando que el motor tiene unas revoluciones por minuto de 1800 RPM. Para la operatividad del ascensor

estos RPM deberán ser transformados a valores muy bajos de

aproximadamente a 100 - 200 RPM,

por condiciones y características de

funcionamiento en el diseño de un ascensor. El funcionamiento del ascensor será de forma automatizada, por medio del Controlador Lógico Programable (PLC) acoplado a la maqueta considerando la capacidad máxima para su funcionamiento y velocidad.

1.2. Objetivos de la Investigación

1.2.1. Objetivos General  

DISEÑAR E IMPLEMENTAR UNA MAQUETA DIDÁTICA AUTOMATIZADA PARA ESTUDIAR EL COMPORTAMIENTO Y ACCIONAMIENTO DE UN ASCENSOR CON UN MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR JAULA DE ARDILLA DE 1800 RPM

4   

1.2.2. Objetivos Específicos 1. Desarmar el motor y analizar su configuración original, tal como número de polos, números de espiras, números de ranuras, tipo de conexión. 2. Realizar los cálculos de la máquina asíncrona, para que cumplan con las necesidades de la maqueta. 3. Embobinar el motor. 4. Realizar pruebas de funcionamiento del motor de inducción. 5. Calcular la protección para la corriente a plena carga del motor. 6. Construir la estructura que representa la carga ( Ascensor) del motor. 7. Realizar el programa de control en el módulo lógico. 8. Realizar las pruebas de funcionamiento del sistema fuente-transmisión-carga (maqueta).

1.3. Justificación de la investigación La necesidad de tener un área propia en las Aldeas ha propiciado la iniciativa de crear propuestas ideas de cómo construir - diseñar un espacio que permita realizar prácticas en el estudio de dicha carrera, lográndose así en lo que tal vez sería la primera aula taller – laboratorio de la carrera de electricidad en las aldeas ya que no se tiene referencia de que exista una a nivel nacional.

Diseñar maquetas didácticas representa el mejor aporte, en ellas se desarrollan las creatividades de los estudiantes dando una demostración de los conocimientos adquiridos en donde tendrán que ser fundamentadas todas las investigaciones hechas, adicionando a esto queda una herramienta de formación que bien puede ser utilizada por los profesores para futuros estudiantes donde tendrán la capacidad de analizar y

5   

comprobar el comportamiento de una máquina asíncrona, no solo queda en el motor sino todo lo que conlleva su carga, su control la maqueta ejecutara una acción llámese proceso, todo esto será el generador de nuevas propuestas e ideas de diseños.

1.4. Alcance de la investigación Diseñar una maqueta didáctica donde se observe el funcionamiento de un ascensor, a través de un motor trifásico que cumplan con las necesidades requeridas para el manejo de dicha maqueta (capacidades establecidas por el diseñador), realizar las pruebas de funcionamiento del motor y analizar los resultados con los datos teóricos, arrancar el motor en forma automatizada a través del Controlador Lógico Programable (PLC). Acoplar todas las variables para la ejecución del programa. 1.5. Limitaciones

La mayor dificultad y obstáculo durante la ejecución del Trabajo Especial de Grado ha sido obtener recursos financieros, para adquirir algunos instrumentos de medición que limitaron realizar los cálculos necesarios para las comprobaciones teóricas-prácticas. La habilitación del espacio para la construcción del mesón de trabajo y el costo de cada maqueta, tiene un peso que en su conjunto es costoso. Sin embargo, gracias al autofinanciamiento de los participantes del Trabajo Especial de Grado se logró cumplir con el alcance del proyecto.

6   

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación Tesis “Aporte al modelo del motor trifásico de inducción con consideración de la saturación y el efecto de doble jaula”, realizada en el año 1997 por la Ing. M. Elena Martín Cañadas en la Universidad de Carabobo para optar al Diplomado.

La presente tesis se explora la bondad de determinados modelos simplificados con inclusión del efecto de ranuras profundas y la saturación magnética del efecto principal, evaluando bajo que condiciones su utilización ofrece garantías. Concretamente se muestra la necesidad del empleo de modelos con inclusión del efecto ranura profunda para la determinación del tiempo de operación estable del motor trifásico de inducción antes huecos de tensión, evidenciando cómo aun los modelos de orden reducido mas de doble jaula predicen resultados acordes con los datos de catálogo suministrados por el fabricante, cometido en el que falla el modelo estándar de jaula sencilla. 2.2. Bases teóricas En esta sección se dará un breve resumen de un conjunto de conocimiento que el lector tendrá que manejar para la compresión del siguiente proyecto. 2.2.1Motores de corriente Alterna Los motores de corriente alterna se clasifican en: o Síncronos: solo giran a la velocidad determinada por la frecuencia de la corriente.

7   

o Asíncronos: se pueden desviar muy poco de la velocidad de giro determinada por la frecuencia y no necesitan un arranque especial. A veces se denominan motores sin escobillas o sin colector. o Monofásico; trifásicos. o Motores lineales: Usados en ascensores o trenes de alta velocidad.

Ya dado por conocido los tipos de motores de corriente alterna existente, se enfocará toda la atención al estudio en uno en particular en este caso será en motor asíncrono o también llamado de inducción. En este caso, el mecanismo que genera la corriente del rotor es un ingenioso sistema de inducción que permite simplificar ostensiblemente la máquina. Su rotor está construido con bobinas en cortocircuito que, al sufrir la inducción de las del estator generan campos magnéticos cuya combinación crea fuerzas que los mantienen mecánicamente casi solidarios. El campo magnético giratorio que produce la red en el entrehierro del estator hace el resto. Se les llama asíncronos porque el campo del inductor gira ligeramente más rápido que el rotor. 2.2.2. Motor asíncrono rotor bobinado

El inducido está bobinado por un grueso devanado, y ofrece al exterior sus conexiones terminales, lo que permite intercalarles resistencias en lugar de cortocircuitarlas completamente.

Fuente :http://www.mitecnologico.com/Main/MotorRotorBobinado

Figura 1 Rotor devanado 8   

En la figura, se aprecian los anillos para cortocircuitar desde el exterior las espiras del inducido.

Esta configuración permite trabajar con una velocidad muy baja pero elevado par mecánico, condición muy apreciada en el momento del arranque de muchas máquinas. Las resistencias se van cortocircuitando paulatinamente, en pasos escalonados, a medida que el motor alcanza la velocidad nominal. 2.2.3. Motor asíncrono de rotor de jaula de ardilla Es el más popular. Aparatos de la casa que lo utilizan: la lavadora, el frigorífico, el ventilador... ¿Cómo sé que hay un motor de alterna y no un universal?: ¡Por el ruido!. ¿Quién aguantaría un ventilador con el sonido de un taladro? Las máquinas de bricolaje de alta calidad llevan motores de alterna. Son más pesadas y voluminosas, pero la discreción del sonido y la suavidad de su giro las hacen muchísimos más agradables de usar.

El nombre Jaula de ardilla deriva de la forma del rotor, pues éste se construye con varillas de cobre o aluminio unidas por sus extremos mediante aros.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_ardilla

Figura 2 Rotor jaula de ardilla 9   

Es evidente que si introduce la jaula en un medio que genere campos magnéticos variables, ésta proporcionará caminos muy asequibles a la corriente.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_ardilla

Figura 3 Campos magnéticos en rotor jaula de ardilla Hay que decir que para que la inductancia mutua entre inductor y jaula sea la adecuada, ésta debe estar inmersa en material ferro magnético. En otras palabras, construida entre chapas magnéticas.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_ardilla

Figura 4 Jaula real

10   

En la figura, las varillas están inclinadas en el sentido de giro. El conjunto está inmerso en chapa magnética. Pero este rotor ó también llamado inducido para que gire tiene que ser inducido por un campo que en este caso es el estator también llamado inductor. Su estator está formado por un paquete de chapas aisladas montado en una carcasa con una serie de ranuras en su periferia donde se encuentran los hilos conductores que forman el bobinado del estator, formando tres bobinas que se corresponde a cada una de las tres fases. Los bobinados están distribuidos en estas ranuras desfasadas y forman conjunto de bobinas desfasadas entre si 120 grados. Cada una de las bobinas se conecta a una fase de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio.

 

Fuente: http://www.minas.upm.es/dep/Sistemas-Energeticos/maquinas_asincronas.PDF

Figura 5 Estator

11   

El funcionamiento de maquina eléctrica, se aprecia claramente al motor donde esta representado su estator y rotor con las pérdidas existentes en cada uno de ellos.

Fuente: http://www.tuveras.com/index.html

Figura 6 Funcionamiento de un motor

2.2.4. Devanado Para el embobinado del motor de inducción de la maqueta se embobinara para bobinas concéntricas 2.2.4.1. Bobinados concéntricos

Se dice que un bobinado de corriente alterna es concéntrico cuando los lados activos de una misma fase, situados frente a polos consecutivos, son unidos mediante conexiones o cabezas concéntricas. Pueden ser construidos tanto por polos como por

12   

polos consecutivos, estando señalados con flechas los sentidos de la fems. inducidas en los lados activos de una sola fase. Estos lados activos han sido unidos mediante conexiones concéntricas. Bobinados concéntricos monofásicos se ejecutan siempre por polos tipo que exige en menor número de modelos de bobinas. También puede comprobarse como en estos bobinados no se presenta ningún cruce de bobinas de forma que todos los grupos son iguales, siendo sus cabezas ligeramente rectas. 2.2.4.2. Accionamiento Eléctrico

“Se denomina Accionamiento Eléctrico Automatizado a aquella instalación electromecánica destinada a la automatización y a la electrificación de los procesos productivos, convertidora de la energía eléctrica en mecánica (o viceversa) y que incluye la dirección automática de dicha energía transformada”.

Por automatizada se entiende, en este caso, el gobierno o dirección de la energía convertida sin la participación de la mano del hombre. S istem a eléctrico U, I 1

1.- Convertidor

4

U M , In

2.- Motor eléctrico 2

3.- Instalación transmisora

M ,W

4.- Bloque de control

3

OT .- Órgano de trabajo

M c, W c OT

Fuente: http://www.manualvuelo.com/SIF/SIF34.html

Figura 7 Esquema de bloques del accionamiento eléctrico automatizado 13   

Su elemento fundamental lo constituye el motor eléctrico, que convierte la energía eléctrica en mecánica. Está caracterizado por determinadas magnitudes eléctricas: voltaje (UM) y corriente (IM), y mecánicas: Momento (M) y velocidad angular (ω). 

En el estudio del movimiento del accionamiento eléctrico surge la necesidad de determinar las magnitudes de diferentes parámetros mecánicos, como son: desplazamiento y ángulo de giro, velocidad y aceleración y momento y fuerza que provocan el movimiento y determinan su carácter.

El movimiento del accionamiento eléctrico se determina por la acción de dos momentos: el momento desarrollado por el motor y el momento resistivo. En dependencia de las causas que determinan el surgimiento del momento resistivo se diferencian dos tipos de momentos: Momento activo y momento reactivo o pasivo.

El momento resistivo pasivo aparece solo como consecuencia del movimiento y constituye una reacción del elemento mecánico al mismo. El movimiento pasivo está dirigido siempre contra el movimiento, o sea, que siempre tiene signo contrario al de la velocidad. El momento resistivo activo surge independientemente del movimiento del accionamiento y crea una fuente colateral de energía mecánica.

Un caso sencillo de accionamiento eléctrico constituido por un motor eléctrico y el órgano de trabajo de un mecanismo de producción cualquiera, el cual posee un movimiento giratorio y se encuentra acoplado de forma directa al motor a través de un eje.

14   

Mc Motor

Órgano de trabajo M

ω

 

Fuente: http://www.manualvuelo.com/SIF/SIF34.html

Figura 8 Motor eléctrico como órgano de trabajo Nos interesa el movimiento del accionamiento eléctrico, el cual quedará caracterizado por cualquiera de las magnitudes siguientes:   Posición angular del eje ( ϕ ), en un momento dado del tiempo.  

La velocidad angular del mismo

   

 

(ecuación 1)

Su aceleración angular

(ecuación 2)

El movimiento puede ser en dos direcciones (a favor o en contra de las agujas del reloj). La posición, la velocidad y la aceleración angular quedarán caracterizadas por una magnitud y un signo, los cuales dependerán del sentido escogido por nosotros como positivo. El carácter del movimiento del sistema quedará determinado por los momentos aplicados, así como por los momentos de inercia de los elementos componentes del accionamiento eléctrico. En este caso se encuentran dos momentos:

15   

•

el electromagnético desarrollado por el motor y que se simboliza por M.

•

el de carga (Mc) en el cual se incluye el de fricción del sistema mecánico y el

propio del órgano de trabajo de la carga. De acuerdo con el principio de D’Alembert, la acción conjunta de ambos momentos en el sistema determina la magnitud y el signo del momento dinámico (Mdin), donde J es el momento de inercia (constante de inercia):     (ecuación

3)

Está determinado, a su vez, por la aceleración del sistema. De esta forma la ecuación de movimiento del accionamiento eléctrico es la siguiente: (ecuación

4)

A partir de esta ecuación podemos determinar el comportamiento de cualquier accionamiento eléctrico y definir también los regímenes de trabajo.

Cuando Mdin

0, implica, que en la ecuación 2 se tendrá un régimen estático o

estacionario de trabajo del accionamiento eléctrico, o sea, M = Mc (equilibrio de los momentos) y cuando M din ≠ 0 , entonces se estará en presencia de un régimen de trabajo transitorio del accionamiento eléctrico. 2.2.5. Interacción motor – carga. Características mecánicas Debido a que es precisamente la interacción del motor y la carga la esencia del movimiento en los accionamientos eléctricos, es necesario profundizar en estos

16   

aspectos. Vimos que si el momento del motor es mayor que el de la carga, la velocidad del conjunto motor – carga aumenta y lo contrario sucede si el momento de la carga es mayor que el del motor. En general, la condición normal de operación del accionamiento transcurre cuando la velocidad es constante, o sea, cuando los momentos del motor y de la carga son iguales. Las desigualdades entre ambos ocurren en el arranque, el frenaje, o ante la acción de perturbaciones externas y, si la operación del accionamiento es estable, durarán un determinado período de tiempo tras el cual la velocidad se estabiliza al igualarse los momentos. Atendiendo a lo anterior, los accionamientos eléctricos, pueden estudiarse en dos condiciones de operación diferentes: •

Cuando las variables o coordenadas que la definen (fundamentalmente la velocidad) varían en el tiempo, el accionamiento se encuentra en estado transitorio o dinámico.

•

Cuando las mismas variables o coordenadas alcanzan valores constantes o estacionarios, el accionamiento se encuentra en estado estacionario o estable.

El estudio o análisis de estos dos estados se lleva a cabo de diferentes formas y suele hablarse, por esta razón, de la dinámica o la estática del accionamiento eléctrico. Las variables o coordenadas que permiten analizar la interacción entre el motor y la carga son la velocidad y el momento, por tanto, las características que relacionan estas dos variables, tanto en el motor como en la carga, son de gran importancia y se denominan “características mecánicas”. La característica mecánica del motor puede expresarse por: (ecuación

5) 17 

 

La característica mecánica del accionamiento puede expresarse por: (ecuación

6)

Lo anteriormente expuesto puede también expresarse por las funciones inversas:

Φ

Φ (

(ecuación 7)

En el caso de cálculos analíticos resulta ventajoso expresar las características mecánicas, a través de las funciones inversas. Para soluciones gráficas se usan las directas.

2.2.6. Características mecánicas de mecanismos industriales Los mecanismos industriales poseen variadas formas de sus características mecánicas. Sin embargo se pueden obtener, para estas características conclusiones generales mediante la aplicación de la fórmula empírica. –

 

 

(ecuación

8)

donde: MC -----------

Momento resistivo del mecanismo a la velocidad

.

M0 ------------ Momento de fricción de las partes móviles del mecanismo. MCN ---------

Momento resistivo del mecanismo a la velocidad nominal ωN.

X ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Exponente que caracteriza la variación del momento resistivo del mecanismo con la variación de la velocidad.

18   

La fórmula anterior permite clasificar las características de los mecanismos industriales en las categorías principales siguientes:

ω 4

1

3 2

M Fuente: www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml#EFECT

Figura 9 Gráfica características mecánicas 1.- Característica mecánica independiente de la velocidad. Recta 1 En este caso x = 0 y el par de carga no depende de la velocidad de rotación MC = k1 para .

0

Este tipo es característico, la poseen las grúas, los mecanismos de entrega de los tornos, las bombas reciprocantes para una altura fija de entrega y los transportadores para una masa fija del material movido. 2. Característica lineal creciente. Recta 2 En este caso x = 1 y el momento resistivo depende linealmente de la velocidad, el cual crece con el aumento de la misma (se asume para simplificar M0 = 0): MC = k2  Esta característica corresponde a un accionamiento de un generador de corriente directa con excitación independiente y carga resistiva constante. 3.- Característica no lineal creciente (parabólica). Característica # 3. 19   

En este caso x = 2 y el momento resistivo depende del cuadrado de la velocidad: (ecuación

9)

A los mecanismos que poseen este tipo de características se les denomina en ocasiones mecanismos con momentos de ventilación o características tipo ventilador, debido a que en éstos el momento depende del cuadrado de la velocidad. En este grupo también se encuentran los mecanismos de acción centrífuga, tales como bombas y compresores. 4.- Característica no lineal descendente. Característica # 4. En este caso x = -1 y el momento varía inversamente con la velocidad y la potencia solicitada por el mecanismo permanece constante:  

 

(ecuación

10) 

A este grupo pertenecen algunas máquinas metalúrgicas, tales como las fresadoras. También los transportadores elevadores de caña de los centrales azucarero. 2.2.7. Características mecánicas del motor eléctrico En la práctica todos los motores eléctricos poseen la propiedad de que su velocidad disminuye con el momento de carga. Esto se relaciona con todos lo motores eléctricos utilizados en la industria, tanto de corriente directa como asincrónicos. Sin embargo, el grado de variación de la velocidad con el momento es diferente y está caracterizado por la rigidez de sus características mecánicas, dada por la derivada del momento con respecto a su velocidad angular:    

 

(ecuación

11)

20   

Por lo general, en la zona de trabajo de las características mecánicas de los motores eléctricos, la rigidez es negativa β < 0 . En el caso de características no lineales de los motores, la rigidez no es constante. El concepto de rigidez también se aplica a las características antes analizadas de los mecanismos industriales y se expresa como:  

(ecuación

12)

Las características mecánicas de los motores eléctricos se clasifican en tres categorías fundamentales y que se muestran en la siguiente. ω 1 2 3 4 M

Fuente: www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml#EFECT

Figura 10 Absolutamente- rígida

Característica # 1. En este caso la velocidad permanece constante con la variación del momento. Esta característica corresponde a los motores sincrónicos. Características # 2 y 3. Rígida. Corresponde al caso en que la velocidad disminuye poco con el aumento del momento. A este grupo pertenecen los motores de corriente directa con excitación independiente y los motores asincrónicos en la zona de trabajo de sus características mecánicas.

21   

Característica # 4. Poca rigidez. Corresponde a aquellas características en las cuales la velocidad sensiblemente disminuye con el aumento del momento, como por ejemplo el motor serie.

Las características mecánicas de los motores y de los mecanismos ocupan un lugar importante en la teoría y la práctica de los accionamientos eléctricos, debido a que permiten resolver las tareas siguientes: 1. Obtener el punto de operación en régimen estacionario, o sea, determinar la velocidad (ωest) y el momento (Mest) en dicho régimen. 2. Determinar si la operación en régimen estacionario es estable. 3. Determinar los regímenes energéticos de trabajo del motor y el mecanismo, o sea, la dirección de los flujos de energía en régimen estacionario. 4. Formular los principios de regulación de la velocidad y el momento en los accionamientos eléctricos y valorar matemáticamente los distintos métodos de regulación. 5. Calcular bajo determinadas condiciones, el comportamiento del accionamiento eléctrico en regímenes transitorios. 2.2.8. Operación del motor en los cuatro cuadrantes En las características mecánicas que se han estudiado hasta el momento, se ha supuesto que la velocidad y el momento en la máquina eléctrica o convertidor electromecánico son positivos y actúan, por tanto, en el mismo sentido, o sea, que dicha máquina trabaja como motor recibiendo energía de la fuente de alimentación eléctrica y entregándola a la carga mecánica. Aunque ésta es la condición de operación más frecuente de los accionamientos eléctricos, no es la única, y otros regímenes de trabajo, no por menos frecuentes, son de poca importancia.

22   

Es muy conveniente, y de gran ayuda en estos análisis, describir adecuadamente las condiciones de operación o regímenes de trabajo con la ayuda de un sistema de ejes cartesianos, en el cual la velocidad se encuentra en el eje de las ordenadas y el momento en el eje de las abscisas. Este análisis da lugar a lo que se denomina operación en los cuatro cuadrantes de la máquina o convertidor electromecánico.

Para determinar si la máquina trabaja como motor o en frenaje (generador) se utiliza la relación de signos entre ω y M. Tendremos como ejemplo el motor de un elevador.

M o to r

C a bin a C o n tr a p e s o

Fuente: http://www.revdelascensor.com/partes.html

Figura 11 Funcionamiento de una máquina como motor o en frenaje (generador)

23   

M

ω

MC

ω M

II

MC

ω

I

Motor Frenaje

M

MC

ω

III

M

MC

Motor

M

ω

IV

Frenaje

Figura 11 (Cont.) La máquina eléctrica como convertidor electromecánico de energía solo puede trabajar en uno de los dos regímenes: •

Motor, cuando la energía eléctrica se convierte en mecánica.

•

Generador, cuando la energía mecánica se convierte en eléctrica. En régimen motor la máquina desarrolla un momento motor y en régimen

generador un momento de frenaje. A diferencia del régimen motor, los regímenes de generación son varios, en dependencia de cómo se utiliza la energía eléctrica obtenida. Estos regímenes de generación o frenaje se clasifican de la forma siguiente: 1.- Regímenes de generación con entrega de energía a la línea (régimen de frenaje recuperativo). En este régimen la energía eléctrica convertida, descontándole las pérdidas, se entrega por la máquina a la red. El balance de la potencia se expresa como sigue:

24   

∆  

(ecuación 13) 

donde: --- Potencia mecánica al eje del motor ---- Potencia eléctrica entregada a la red ∆ --- Potencia de pérdidas en los circuitos de fuerza del motor El paso del régimen motor a generador en el régimen de frenaje recuperativo es posible mediante el paso del motor a trabajar a velocidades por encima de su velocidad de vacío. El hecho de obtener un momento de frenaje en el motor, conjuntamente con la entrega de energía a la red, permite considerarla como un frenaje económico.

2.- Régimen de frenaje por contracorriente En este caso la máquina eléctrica recibe tanto energía mecánica desde su eje, como energía eléctrica, desde la red. La energía total se pierde en los circuitos de fuerza del motor. A este régimen lo caracteriza grandes pérdidas eléctricas, donde: ∆  

(ecuación

14)

3.- Régimen de frenaje dinámico En este régimen, en los circuitos de fuerza del motor, solo se pierde la energía eléctrica obtenida, a partir de la energía mecánica suministrada a la máquina. ∆  

 

(ecuación

15)

 

Características mecánicas del motor asincrónico

25   

Los motores asincrónicos son los más utilizados en la industria debido as su sencillez, su robustez y tamaño. De acuerdo a la construcción del rotor existen dos tipos: - Motor de jaula de ardilla. Motor de rotor bobinado

M M 3N

Fuente: http://www.scribd.com/doc/2448049/Manual-de-motores-electricos

Figura 12 Motor de 3 puntas y 6 puntas El motor de rotor bobinado se utiliza cuando es necesario tener acceso al circuito del rotor.

Para determinar la característica mecánica del motor asincrónico se utiliza el circuito equivalente aproximado: I1

R1

x1

x '2

I '2 Uf

xm

R '2 + R 'ex S

Fuente: www.mty.itesm.mx/etie/deptos/ie/profesores/allamas/cursos/ueee/motores/motorinduccion.pdf

Figura 13 Circuito equivalente de un motor donde: 26   

Uf

Tensión de fase en el estator

I1

Corriente del estator por fase

I '2

Corriente del rotor por fase referida al estator

R1 y X1

Resistencia y reactancia por fase por fase del estator

R '2 y X '2

Resistencia y reactancia de dispersión del rotor referido al estator

R 'ex

Resistencia externa por fase introducida en el rotor, referida al estator

(para el caso del rotor bobinado) xm

reactancia magnetizante por fase

s

deslizamiento del motor, definido por:           (ecuación

16)

donde:

η1 y

expresan la velocidad sincrónica de la máquina

ηy

la velocidad del rotor

Nota: η está dada en RPM y

en rad/seg

En los cursos de maquinaria eléctrica se demuestra que la ecuación del momento electromagnético es: ´

´

       donde R2' t = R2' + Rex'

(ecuación

Del circuito equivalente se deduce que:

27   

17)

´

   donde

´

X t = X 1 + X 2' (ecuación

18)

Sustituyendo esta expresión en la ecuación del momento electromagnético se tiene:

´

                (ecuación

´

19)

Se deriva el momento respecto al deslizamiento s y se iguala a cero para obtener el deslizamiento al cual ocurre el momento máximo Sm ´

                          (ecuación 20)

Sustituyendo a Sm en la ecuación anterior, se tiene:           (ecuación

á

21)

Dividiendo las expresiones (19) y (21) y haciendo algunas transformaciones matemáticas, se tiene: (ecuación ´

28   

22)

Si la resistencia del estator es muy pequeña en comparación con la del rotor, esta expresión puede escribirse aproximadamente de la siguiente forma: 2 á

(ecuación

23)

Utilizando las expresiones (a) o la (c) y la definición de deslizamiento, puede obtenerse la característica mecánica del motor, la cual se muestra a continuación: η

ηn

Mmáxg

O

η1

Mn

Ma

Mmáxm

M

Fuente: www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml#EFECT

Figura 14 Curva movimiento mecánicos de un motor

η1

velocidad sincrónica

ηn

velocidad nominal

Mn

Momento nominal

Mmáxm

Momento máximo trabajando como motor

Mmáxg

Momento máximo trabajando como generador

Ma

Momento de arranque

29   

La zona de operación normal, en estado estacionario del motor asincrónico, es la comprendida entre –0.85 Mmáxg y 0.85 Mmáxm. En esta zona sucede que el deslizamiento es muy pequeño o la resistencia del rotor es muy grande en casi todos los motores de este tipo. En estas circunstancias se cumplen las siguientes relaciones:

´

´

                   (ecuación 24)

Esto significa que en la zona de trabajo, en condiciones normales del motor asincrónico, su característica mecánica puede suponerse lineal. 2.2.9. Logo 2.2.9.1. Descripción de logo * Logo es un módulo lógico universal de siemens. * Logo lleva integrados. * Unidad de mando y visualización con retro-luminación. * Fuente de alimentación. * Interfaz para módulo de ampliación. * Interfaz para módulo de programación (card) y cable para Pc. *Funciones básicas habituales reprogramadas para conexión retardada, desconexión retardada, relés de corriente e interruptor de software. * Temporizador. * Marcas digitales y analógicas. * Entradas y salidas en función de modulo.

30   

Si se desea profundizar en detalle con respecto al manual del logo 230 rc, este se encuentra disponible por internet dirección  www.siemens. com

2.2.9.2. Las 4 reglas de oro para manejar el logo Regla Nº 1: Cambio de modo de operación El programa se crea en modo de programación la modificación de los valores de tiempo y de parámetreos en un programa ya existente pueden realizarse en los modos de parametrización y programación. Para acceder al modo RUN debe ejecutar el comando de menú Start de menú principal.

En el modo RUN, para regresar al modo de operación parametrización, deberá pulsar tecla ESC.

Si está en el modo parametrización y desea regresar al modo de programación ejecute el comando “ Stop” del menú de parametrización y responda con “YES” a “STOP PROG” colocando el cursor sobre “YES y pulsando la tecla OK.

Regla Nº 2: Salidas y Entradas. El programa debe introducirse simpre desde la salida hasta la entrada. Es posible enlazar una salida con varias entradas. Dentro de una ruta del programa no se puede enlazar una salida con una entrada precedente. Para tales retroacciones internas (recursiones) es necesario intercalar marcas o salidas. Regla Nº 3: Para introducción del programa rige:

31   

Pulse las teclas izquierda, derecha, arriba o abajo si mueve el cursor del programa. Con “OK” cambia seleccionar borne/ bloque. Con “ESC” sale del mando de introducción del programa, si elk cursor se representa enmarcado, deberá ud elegir un borne/ bloque. Pulse las teclas arriba o abajo para elegir un borne o un bloque. Confirme la selección pulsando “OK”. Con “ESC” retocede un paso. Regla Nº 4 Antes de crear un programa, haga primero un esbozo completo en papel o programa LOGO! directamente con LOGO! soft comfort. El LOGO sólo puede guardar programas completos y correctos. 2.2.9.3. Algunas funciones del logo Tabla 0: Funciones lógicas Representación el LOGO! funciones GF Q

Designación de la función básica

Breve descripción

 AND (AND)

La salida AND sólo adopta el estado 1 cuando todas las entradas tienen estado 1, están cerradas.

AND con evaluación de flanco

La salida AND con evaluación de flanco sólo adopta el estado 1, cuando todas las entradas tienen 1 y el ciclo anterior tenía estado 0 por lo menos una entrada.

 

Q  

Fuente : Los Autores (2010)

Tabla 0: (Cont.) 

32   

Representación el LOGO! funciones GF

Designación de la función básica

Breve descripción

OR

La salida OR ocupa estado 1 cuando por lo menos una entrada tiene estado 1es decir está cerrada

INVERSOR (NOT)

La salida ocupa estado 1 cuando la entrada tiene estado 0. El bloque NOT invierte el estado en la entrada.

NAND con evaluación de flanco

La salida NAND con evaluación de flanco sólo adopta el estado 1 cuando por lo menos una entrada tiene estado 0 y en el ciclo anterior tenían estado 1 todas las entradas

Q  

Q

Q  

Fuente : Los Autores (2010)

Observación: Si no se utiliza una entrada en los bloques de las funciones generales GF, la (x) para la entrada rige como x= 1. Tabla 0: (Cont.)

Representación el LOGO! funciones SF

Designación de la función básica

Breve descripción

Retardo a la conexión

A través de la entrada trg (trigger), se inicia el tiempo para el retardo de conexión. Par= parámetro T= es el tiempo al cual debe activarse la salida cambia de 0 a 1.

Q

Fuente : Los Autores (2010)

33   

Tabla 0: (Cont.) Representación el LOGO! funciones SF

Designación de la función básica

Breve descripción

Relé autoenclavador

A través de entrada S se conmuta la salida Q a 1. R la otra entrada repone la salida Q a 0.Par parámetros de remanencia.

Textos de avisos

La entrada En al cambiar de 0a 1 el estado en la entrada En (Enable) se inicia la edición de texto de aviso P: prioridad del texto rango de valores 0…30 Par:parámetros.

Q

Temporizador Anual

Mediante el parámetro No se puede especificar los instantes de activación y desactivación para las levas del temporizador anual.

Q

Temporizador Semanal

A través de los parámetros N°1, N°2 y N°3, se ajustan los momentos de conexión y desconexión de cada una de las levas.

Retardo a la desconexión

Con flanco descendentes (cambia de 1 a 0) en la entrad trg (trigger), se inicia el tiempo para el retardo de desactivación, a través R se resetea el tiempo Par: parámetros

Generador aleatorio

Con flanco ascendentes (cambio de 0 a 1) en la entrada de habilitación. En (Enable) se inicia el tiempo para el retardo de activación de generador. Par :parámetros

Q

Q

Q

Q

Fuente: Los Autores (2010)

34   

Las funciones básicas son elementos del algebra de Boole. Las entradas y funciones básicas se pueden negar de forma individual, es decir, que si en la entrada en cuestión hay un “1”, el programa utiliza un “0”. Si hay un “0”, se utiliza un “1”. (véase el detalle en el manual logo 230 rc, disponible por internet en la dirección  www.  siemens. com.   

2.3. Bases legales 2.3.1. Decreto de la creación de la Misión Sucre

La universidad posible, aquella que permita hacer realidad lo establecido en la Constitución Bolivariana, corría el riesgo de convertirse en un propósito inalcanzable si no se tomaban decisiones que, como el Decreto 3444, se orientan a despejar el camino para la transformación del sistema de educación superior. El paradigma existente (modificado por el Decreto 3444), venía generando contradicciones legales, conceptuales y administrativas entre el Ministerio de Educación Superior y el Consejo Nacional de Universidades. El Art. 102 establece: “La educación es un derecho humano y un deber social fundamental, es democrática, gratuita y obligatoria…” Art 103 establece: “Toda persona tiene derecho a una educación integral de calidad, permanente, en igualdad de condiciones y oportunidades, sin más limitaciones que las derivadas de sus aptitudes, vocaciones y aspiraciones… El estado creará y sostendrá instituciones y servicios suficientemente dotados para garantizar el acceso, permanencia y culminación en el sistema educativo.”

35   

Art. 110: “El estado reconocerá el interés público de la ciencia, la tecnología, el conocimiento, la innovación y sus aplicaciones y los servicios de información necesarios por ser instrumentos fundamentales para el desarrollo económico, social y político del país así como para la seguridad y soberanía nacional…”

2.3.2. Norma Venezolana COVENIN 862:1976 “Máquinas eléctricas rotativas valores y características de funcionamiento”. Esta norma cubre las máquinas rotativas sin limitación de potencia o de tensión, con la excepción de las máquinas para vehículos de tracción, para los cuales se recomienda la adopción de una norma aparte.

El comprador debe especificar con toda precisión, el servicio requerido en ciertos casos en que la carga no varíe de manera predeterminada. Las cantidades variables en función del tiempo, se pueden representar gráficamente o numéricamente cuando la sucesión real de los valores en el tiempo sea indeterminada.

Las características nominales deben ser determinadas por el fabricante para definir las posibilidades de la máquina. Las máquinas deben llevar una placa que identifique los valores de la máquina señalados por el fabricante de conformidad con la definición de las características nominales indicadas.

Siendo una de las preocupaciones de los profesionales de la electricidad, saber identificar los diferentes componentes eléctricos en el taller o en la industria. En esta ocasión se realizará un estudio de como identificar las características técnicas de cualquier motor eléctrico. Por ciertas normativas, tanto nacionales como internacionales, todos los motores eléctricos deben tener una o dos placas

36   

identificativas, según el caso. Las placas de los dos motores utilizados son de marca Siemens.

Fuente: http://es.shvoong.com/exact-sciences/engineering/1769481-explicación-placacaracterísticas-motor-eléctrico/

Figura 15 Placa característica de un motor A continuación se explica la placa representada en la fig. 15: 1. En primer lugar, está indicando que se trata de un motor trifásico alterno. Solo tenemos que fijarnos en el 3 y el símbolo de corriente alterna. 2. Cada fabricante tiene su propia nomenclatura para identificar la clase o tipo de motor. Esto solo lo podemos saber consultando los catálogos de los fabricantes o a través de internet. En el ejemplo que nos ocupa, tenemos la nomenclatura 1PH7  que mirando el catálogo de Siemens, sabemos que se trata de un motor trifásico asíncrono de JAULA DE ARDILLA. 3. También disponemos de un número de serie que nos indica la fecha de fabricación, entre otras cosas poco relevantes para nosotros. 4. La nomenclatura  IM B3  indica las características mecánicas correspondientes al modelo del ejemplo, nos referimos a la forma constructiva, es decir medidas y tamaños. Cada fabricante tiene su propia nomenclatura.

37   

5. La nomenclatura  IP 55  nos indica que tipo de protección mecánica tiene el modelo de motor. Hay que tener en cuenta varias cosas. En primer lugar, la nomenclatura está normalizada internacionalmente, lo que quiere decir que todos los fabricantes están sometidos a ella. En segundo lugar, se observara que la nomenclatura dispone de 2 números, lo cual quiere decir que cada número significa una cosa diferente. Se podrá decir que se trata de una nomenclatura numérica. 6. La nomenclatura  Th. Cl. F indica que clase de aislamiento tiene el motor. En el ejemplo para un motor con aislamiento de clase  F.  Esta nomenclatura está normalizada.

Esto es respecto a las razones constructivas del motor. Para las características eléctricas. 1. Las tensiones:  La placa explica que el motor puede estar alimentado con tres tensiones diferentes, pero siempre con una conexión en estrella. Este dato es importante porque dice que tipo de arranque está disponible en el motor. 2. Las intensidades: Indica las intensidades que consumirá el motor en los arranques a diferentes tensiones. En este caso se dispondrá de tres tensiones, y tres intensidades. El hecho de que en el ejemplo sean iguales a 120 A, es solo una coincidencia. 3. La potencia: Indica las diferentes potencias que el motor es capaz de generar para las diferentes tensiones de alimentación. 4. El factor de potencia: el factor de potencia Cosφ  se refiere a la relación existente entre la potencia real y la potencia aparente. Cuando mayor sea el factor de potencia, mayor será la potencia transformada, es decir, mejor beneficio dará el motor. 5. La frecuencia:  Cada frecuencia indica que potencia tendrá. Normalmente las frecuencias de red de los países suele ser de 50 Hz, aunque los hay que tienen 60 Hz.

38   

En este ejemplo el fabricante indica que variando la frecuencia tendrá diferentes potencias. 6. Las revoluciones: Indica que número de revoluciones tiene el motor a cada tensión. 7. EN/IEC 60034-1:  Es la normativa a la que está sometido el fabricante. Es decir que IEC es igual que CEI.

2.3.3. Nomenclatura de protecciones

La nomenclatura empieza por IP seguido de dos números identificativos que individualmente significan una cosa distinta. Así que para esta nomenclatura disponemos de dos tablas: Primer cifra 0 : No tiene protección especial contra contactos. No dispone de protección especial contra cuerpos sólidos extraños. 1 : Protección contra contactos de grandes superficies. Protección contra la penetración de sólidos extraños superiores a 12mm. 2 : Protección contra contactos de las manos, dedos. Protección contra la penetración de sólidos extraños superiores a 12mm. 3 : Protección contra contactos de herramientas, etc superiores a 2.5mm. Protección contra la penetración de sólidos extraños superiores a 2.5mm. 4 : Protección contra contactos de herramientas, etc. superiores a 1mm. Protección contra la penetración de sólidos extraños superiores a 1mm.

39   

5 : Protección total contra contactos. Protección contra depósitos de polvo. 6 : Protección total contra contactos. Protección total contra partículas de polvo. Segunda cifra 0 : Ninguna protección contra el agua. 1 : Protección contra la caída vertical de gotas de agua. 2 : Protección total contra la caída vertical de gotas de agua, cualquier ángulo. 3 : Protección contra el rociado de agua hasta un ángulo de 60° desde la vertical. 4 : Protección contra caídas de agua desde todas las direcciones. 5 : Protección contra chorros de agua desde todas las direcciones. 6 : Protección contra inundaciones ocasionales. 7 : Protección contra inmersiones ocasionales. 8 : Protección contra inmersiones, según acuerdo entre cliente y fabricante.

2.3.4. Nomenclatura de aislamiento

Con la tabla de aislamiento, se refiere a la temperatura máxima permitida para el devanado, independientemente de que otras partes del motor sufran una mayor temperatura. Y : 90°C. A :105°C. 40   

E : 120°C. B : 130°C. F : 155°C. H :180°C. C : más de 180°C

Esta norma se encontrar publicada en la página de Sencamer por si se desea más detalle de la misma.

2.3.5. Código eléctrico nacional Otra herramienta obligada utilizar para este diseño representa el CEN: Sección 620-Ascensor, montaplatos escaleras mecánicas, pasillos móviles y elevadores para sillas de ruedas. 620-61. Protección contra sobrecorriente debe consistir en lo siguiente:

1. Los motores que mueven los ascensores y montacargas y los motores de los grupos motor-generador con control de campo del generador, deben estar clasificados como de ciclo intermitente. Dicho motores deben estar protegidos contra sobrecargas según lo establecido en el Artículo 430-33. 2. Los motores que mueven los ascensores y elevadores para sillas de ruedas deben estar clasificados como de ciclo intermitente. Dicho motores deben estar protegidos contra sobrecargas según lo establecido en el Artículo 430-33.

Sección 430- Motores, circuito y controles de motores. 41   

430-2. Sistemas de velocidad variable. El circuito alimentador o el circuito ramal de entrada a equipos de conversión de potencia que forman parte de un sistema de velocidad, deben basarse en la carga nominal del equipo de conversión de potencia esté marcado indicando que incluye protección contra sobrecarga no es necesaria protección adicional contra sobrecarga.

Se permite que el medio de desconexión esté en el circuito de entrada al equipo de conversión y debe tener una corriente nominal no inferior al 115% de la corriente nominal del equipo de conversión.

430-6. Determinación de la capacidad nominal de la corriente y otros parámetros nominales de los motores.

El calibre de los conductores que alimentan los equipos de los que trata esta sección serán seleccionados de las tablas 310-16 a 310-19 o de acuerdo con el articulo 310-15(b). La capacidad nominal y otros parámetros nominales de los motores se deben determinar según como se especifican en (a), (b), (c).

(b) Motores de par (de baja velocidad). Para los motores de baja velocidad la corriente nominal debe ser la corriente con el rotor bloqueado y la corriente de la placa de características se debe utilizar para determinar los conductores del circuito ramal tal como se establece en los artículos 430-22 y 430-24 y la corriente nominal de la protección del motor sobrecarga y la del dispositivo de protección del circuito ramal contra cortocircuito y falla a tierra.

Sección 220- Cálculos de los circuitos ramales alimentadores y de acometidas. Si no se especifican otras tensiones para el cálculo de cargas del circuito alimentador

42   

y los circuitos ramales, se aplicarán las tensiones nominales de 120, 120/240, 208Y/120, 240, 347, 480Y/277, 480, 600Y/347 y600 volt.

220-3. Cálculo de los circuitos ramales. Las cargas de los circuitos ramales se calculará como se indica en los siguientes apartados:

(a) Cargas continuas y no continuas. La capacidad nominal del circuito ramal no será menor que la suma de la carga no continua más el 125% de la carga continua. El calibre mínimo de los conductores del circuito ramal, sin aplicar ningún factor de ajuste o corrección, debe permitir una capacidad máxima igual o mayor que la de la carga no continua más el 125% de la carga continua. 2.3.6 Ordenanzas municipales

Todo edificio en altura de Pb y más de tres pisos deberá llevar obligatoriamente ascensores. No 6345/97 Los propietarios o responsables legales de ascensores y equipos de elevación deberán adecuar las instalaciones para mejorar las condiciones de seguridad a los usuarios, instalando los siguientes elementos: •

Cuando la separación entre puertas enfrentadas de cabina supere los 140mm, se colocará sobre el lado interior de las puertas un elemento reductor del espacio excedente. Este será de tipo cajón con el plano superior inclinado.

•

Todo umbral de cabina debe estar previsto de un guardapiés cuya parte horizontal deberá proteger todo el ancho de las puertas de embarques con las que se enfrente. La parte vertical tendrá la máxima altura que permita la profundidad de la caja

del ascensor.

43   

No 6742/99 Adaptación de ascensores para discapacitados en edificios de uso públicos. Disponerse para edificios de uso público sea de dominio público o privado (de acuerdo a la ordenanza No 608/95) la adaptación de sus ascensores. a) En todos los tipos de cabina la “botonera” o tablero o panel de control cuando sean accionado por el público se ubicará en una zona comprendida a las 1.00mts altura medida desde el nivel del piso de la cabina y a 0.50mts de las esquinas para posibilitar su uso por persona que utilizan sillas de ruedas. b) En todos los tipos de cabina en la “botonera” o “tablero” o “panel de comando” y en la izquierda de los pulsadores se colocará una señalización suplementaría para disminuidos visuales de los números de piso

y demás comandos, en colores

contrastantes y relieve, con caracteres de un espesor de relieve de 0.015mts, los comandos de emergencia se colocarán en la parte inferior de la botonera.

44   

CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 3. Diseño o modalidad de investigación 3.1. Diseño de la investigación En el presente Trabajo Especial de Grado, se partirá de una investigación de campo analizando un motor dañado para su posterior embobinado. La construcción física de una estructura que simule a un ascensor no representará mayor complejidad en el diseño pero si lo será los RPM de la máquina asíncrona. La automatización de la maqueta se realizará por medio del Controlador Lógico Programable (PLC). Todas las etapas

son importantes para el nacimiento de lo que será el DISEÑO E

IMPLEMENTACIÓN DE UNA MAQUETA DIDÁTICA AUTOMATIZADA PARA ESTUDIAR EL COMPORTAMIENTO Y ACCIONAMIENTO DE UN ASCENSOR CON UN MOTOR DE INDUCCIÓN ROTOR JAULA DE ARDILLA DE 1800 RPM.

3.2. Técnicas y procedimientos Paso Nº 1: Determinar los datos originales de la :máquina Antes de proceder a desarmar el motor es conveniente tomar nota sobre algunas marcas en los cables como pueden ser números colores etc., para que al entregar un motor tenga el mismo número de puntas e identificaciones, definir el tipo de conexión que tiene. Todo esto con el objeto de que al momento de su reinstalación se eviten confusiones que pudieran provocar un mal funcionamiento, ya que algunas veces la reinstalación de un motor es efectuado por personas inexpertas y se basan por las marcas que el motor traía anteriormente.

45   

También se deberán hacer algunas marcas en las tapas para asegurar la posición. Una vez abierto el motor se tomara el estator con la parte de las conexiones hacia arriba para así desatar los amarres y buscar todas las puntas de conexiones, el paso de las bobinas, bobinas por grupo, número de grupos, tipos de embobinado, vueltas por bobinas, número de ranuras, largo de ranura, calibre de alambre y tipo de aislamiento.

La placa de datos también se deberá transcribir para hacer comparaciones al final del trabajo. Paso Nº 2: Desembobinado del estator: del motor, con el objeto de realizar el embobinado

Para el desembobinado del estator se utilizará un martillo con un cincel o en su defecto un cortador afilado. El inductor se debe colocar con un tope, para que no se recorra hacia atrás

cuando se golpe la carcasa con el cortador. Para cortar las

bobinas, se colocará el estator con la parte contraria a las de las conexiones.

Con las bobinas cortadas al ras del laminado y con ayuda de un botador que abarque el ancho de la ranura, se procederá a extraerlas tomando las precauciones necesarias para

que no se enreden la bobina dentro de la ranura evitándose el

deterioro de la formación del laminado.

Paso Nº 3: Limpieza del estator, para facilitar la entrada de los aislamientos del alambre Extraídas ya las bobinas es muy común que tengan residuos de papel o barniz, los cuales pueden quedar pegados en las paredes de las ranuras. También puede

46   

existir alambre de cobre, hierro fundido a causa de cortos circuitos en el motor. Por tal motivo, es importante eliminar estos defectos y tratar de dejar las laminaciones lo menos dañadas posibles.

Para la limpieza serán necesarias las siguientes herramientas: ™ Navajas ™ Seguetas ™ Lijas ™ Cepillo de alambre ™ Gasolina ™ Brocha La finalidad de realizar una buena limpieza es que a la hora de embobinar las bobinas puedan sufrir algún deterioro que pudiera generar fallas en la maquina asíncrona.

Paso Nº 4: Protección de las bobinas del estator Los aislamientos en un embobinado son muy importantes en la parte eléctrica, porque evitan contacto con parte de hierro del motor. De no existir buenos aislamientos, provocarían cortos que serían peligrosos para el operador.

Los aislamientos deben estar preparados para soportar determinadas temperaturas y proteger de humedad y polvo a las bobinas.

En los embobinados podemos encontrar varios tipos de aislamientos como son: plástico, barnices, papel, tubos de lino impregnados, tubos de fibra de vidrio, aislantes a base de silicones (barniz).

47   

Para motores que trabajan en condiciones de temperaturas que sobrepasen los 40º C y para motores que trabajen en ambiente húmedo, se recomienda el uso de aislantes de tela de vidrio y barnices a base de silicones. El aislante que es colocado entre las ranuras lo podemos encontrar en: ™

Papel pescado

™

Careco

™

Espagueti este es un aislante en un tubo formado de resina y

fibra de vidrio que sirve para aislar los puntos de conexión entre las bobinas ™

Mayla

Paso Nº 5: Bobinado del estator del motor de inducción En este caso se trabajará con bobinados concéntricos (para mayor información véase el Capítulo II).

Es de suma importancia a la hora de embobinar tener definido el principio y el final de cada grupo de bobinas para poder realizar las respectivas conexiones.

Paso Nº 6: Colocación del barniz El barniz se colocará cuando el motor se encuentra listo para trabajar, es decir, una vez que se hayan realizado las pruebas correspondientes y se compruebe su buen funcionamiento. El barniz al secarse hace que los alambres queden sujetos entre sí, endureciendo las bobinas. Esto evita ruidos por alambres sueltos, vibraciones y además actúa como una capa protectora.

48   

Paso Nº 7: Conexiones para verificar el nivel de tensión de trabajo Un motor de inducción para una red de distribución de 220 V, presenta seis terminales, dos para cada arrollamiento de trabajo donde la tensión de alimentación de éstas bobinas es de 220V. Para un sistema de alimentación de 220/ 127 V – 60Hz el motor debe ser conectado en delta y para sistema de 380/ 220- 60 Hz el motor debe ser conectado en estrella

 

Fuente: http://www.sapiensman.com/electrotecnia/motor_electrico1.htm

Figura 16 Tipos de conexiones

Para la configuración de arranque del motor estará determinada por ambas conexiones de la figura 19, lográndose así realizar un arranque estrella- triangulo.

Paso Nº 8: Ensayos referidos a la máquina asíncrona.  Con el motor funcionando, chequear línea por línea la lectura del amperaje que el motor desarrolla y así poder compararlo con el amperaje especificado en la placa del motor. De existir alguna diferencia podemos deducir falla eléctrica o mecánica.

49   

Paso Nº 9: Criterio a tomar en consideración para la construcción del tablero de control-programación y regulación de velocidades del motor. El control y funcionamiento del ascensor se realizará a través del Controlador Lógico Programable (PLC). Donde los tres pisos de la estructura que representa al ascensor estará totalmente automatizada. La velocidad será regulada por un reductor de 19 : 1. es decir que por los 1200 RPM tendrá 63 RPM de salida.

Paso Nº 10: Selección de los conductores Los conductores y la protección serán seleccionados de acuerdo al Código Eléctrico Nacional (CEN). La sección 430-15 del CEN, hace referencia a estos cálculos.

Paso Nº 11: Verificación del consumo de la maquina chequeo de las conexiones Una vez verificado la conexión y amperaje, se procederá a poner en funcionamiento el ascensor. En caso de falla, verifique en el motor las condiciones de: Componente del motor

Defecto

Rodamientos, tapas, estator y rotor

Su desgaste ocasiona mal funcionamiento y provoca un estancamiento del rotor

Falta de lubricación

Provoca el calentamiento del motor, destruyendo las vías

alineación del eje del motor

El desbalanceo provoca fricción

50   

CAPÍTULO IV ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO

4. Cálculos de la investigación 4.1. Datos de la investigación Datos originales del motor: *Alimentador: trifásico, rotor jaula de ardilla *Frecuencia

60 Hz

*Velocidad:

1800 RPM

*Polos

4

*Hp:

1.5

* Pasos de bobinas

1-10

*Tipo de conexión

triángulo

Nota: Con las características del motor se debe tener en cuenta ciertas consideraciones como diseñador, porque el motor es el elemento propulsor en el diseño de esta maqueta. Si se observan los datos originales, se aprecia la presencia de un motor de muchos RPM, para la maqueta del ascensor es imposible trabajar a estas velocidades. Es por ello que antes de rebobinar se realizara un análisis de este motor, aunque ciertamente no se estará diseñando esta máquina rotativa si lograra conocerla a detalle. Partiendo de la Fig: M-1 (véase anexo), calcular el número de espiras para un motor trifásico hasta de 50 Hp.

51   

Donde: D: diámetro interno del estator en centímetros. L: largo del estator, en centímetros P: número de polos N: número de ranuras del estator β: inducción estimada del entrehierro, en Kgs (tomar 4 para motores antiguos o 5 para motores modernos) F: frecuencia de la red V: tensión de la red en voltios K: 1 para bobinas de dos capas (dos haces por ranuras) o2 para bobinados de una capa K1: número de ranuras en paralelo determinadas K2: 1 para conexión en delta o triangulo 1.73 €: factor de bobinado Tomando los datos de la

Fig : M-1 (Anexo)

Paso polar: =3.14 7.9÷4 = 6.20 = 3.14 7.9÷6= 4.13

Obsérvese que para P = números de polos se realizo con 4 y 6 polos, 4 por el diseño original que poseía el motor y 6 por consideraciones propias en búsqueda de modificar sus RPM más adelante entraremos en detalle. Flujo Magnético estimado Φ: Φ

  1000

Φ 5 6.20 7.9 ÷1000 = 0.244 Wb Φ 5 4.13 7.9 ÷1000 = 0.163 Wb

A partir de estos valores, se determinará el número de espiras por fase Zf

52   

60

donde

ξ

2,22

= tabla M-2 (Anexo) 1 2 ÷ 2.22 0.244 60 0.88 1.73 = 533.65 1 2 ÷ 2.22 0.163 60 0.88 1.73 = 786.68

= 60 220 = 60 220

Nota: los valores K1 = 1 si el motor es serie; K: 2 si dos ramas en paralelo K1= 2 si es 4 ramas en paralelo. No Espiras por bobinas Z 3

3 3

533.65 ÷ 36 = 44.47 786.68 ÷ 36 = 65.55

Los cálculos con 4 y 6 polos, es para realizar una comparación de cada embobinado, de los 4 polos originales que era el motor y los 6 polos a que fue transformado. Para determinar S del alambre sección mm2  

ç

1.73

2

Donde motores menores o iguales 10 Hp ç = 7 A ÷ mm2 10 a 50 Hp Ç = 5.5 A ÷ mm2 ç = densidad de corriente I= corriente nominal 7 1.73 ÷7 A / mm2 1.73 2 = 0.5 mm2 Llevando estos mm2 a AWG Calibre 24 *Números de ranuras = K = 36 *Números de fases = q= 3 *Números de polos = 2p = 6

Por tabla M-3 (véase anexo)

53   

Número de ranuras por polo y fase: 2

36 ÷ 6

3=2

Número de bobinas: 2

36 ÷ 2 = 18 Grupo de bobinas: 2

6

3

18

Cálculos Hp: 1.73

220

1000 

7.0 0.811 .73 ÷1000

2.160

si 1Hp = 745.69 w Cuanto Hp son 2.160 Kw

Por reglas de tres podemos decir: Hp =2.89 aproximadamente 3 HP RPM: 120

120

º

 

60 ÷ 6 = 1200

Por consideraciones de diseño se ha elegido 6 polos para trabajar con 1200 RPM, ya que para 4 polos como originalmente era el diseño del motor las

54   

revoluciones estarían en 1800 RPM. Por ese motivo al principio se estuvo realizando los cálculos para 4 y 6 polos.

Desde luego, el rebobinaje de un motor trifásico, con el fin de cambiar el número de revoluciones por minutos, tropieza con grandes dificultades. Si la dificultad proviene del número de ranuras se la puede casi siempre eliminar usando un devanado a ocupación parcial de ranura. En casos muy complicados, se resuelve el problema combinando un devanado de este último tipo varias ranuras “muertas”(no bobinadas). Se consideró suficiente quitarle 600 RPM por embobinado, porque por mecánica podrá ganar más es decir bajar los RPM. Deslizamiento:

1200 – 1130 ÷1200 = 0.05833

para este motor 6 polos

Analizando el Estator FEM. Como E 1 = es el valor eficaz de la FEM inducida por fase en el estator. 4.44

 

4.44 0.33 60 3 0.163 59.07 volt

  59.07

48.91  

76.536 volts √3

55   

 

1.73 76.536

132.67 volts

En donde   0.33 1 = 0.33 Grados eléctricos:( ϒ) ϒ = ((360 polos) ÷2 ) ÷ Q ϒ= ((360 6) ÷2) ÷ 36 ϒ = 30º •

El 36 corresponde a Q = al número de ranuras del estator. ρ=ϒ δ

δ = número de ranuras/ número de polos

ρ = 30 6

δ= 36 ÷ 6

ρ = 180

δ=6 º

36 ÷ 3 2

3

6 número grupo de bobinas

donde : sin

2

cos

2

Kp = factor de paso Kd = factor de distribución

sin (180º ÷2 ) = Kp = 1

  

sin

 

2

sin

2  

sin ((2 x 30)÷2) ÷2 sin ( 30 ÷2 ) = 0.2333 ÷ 0.4668 = 0.4997 Cálculos para 3 er. Armónico: 4.44

3

56   

0.3

4.44 3 60 2 4 0.0051wb 48.91 volt sin 3

 

 

2

sin 3

2

 

sen (3 x 3 x (30/2)) ÷ 3 x (sen (3 x(30÷2))) 4 03= 5.1 mwb = 0.0051 wb artificio cálculo comprobado de otro procedimiento Potencia: 3 Hp Se partirá de la fórmula: Asumiendo que fdp = 0.81 N= rendimiento = 0.9 = 1.73

Vl

Il

estos Hp sacados por cálculos

cos ϕ

Para conocer Il, despejando en la siguiente ecuación: = (HP÷1.73) 220 0.81 = (2.2 kw ÷ 1.73) 220 0.81 = = 7.12 A Cálculos para la resistencia de los devanados en el estator: De acuerdo a la bibliografía utilizada vademécum para el bobinado de máquinas eléctricas, se puede utilizar la fórmula de resistencia de los materiales Cu cobre aplicable para este cálculo: =V

(L÷ S)

106

Donde: V = Resistividad (depende del material) Pcu a 0º microohms cm2 por cm 1.56 (ver en anexo L-1)

57   

L= longitud en cm S= Sección en cm2 Para determinar el valor de L

Ver en anexo la tabla L-2

= 1.56 (1900 ÷ 0.00261) 106 = 1.13 ohm por dos cantidad de capas = 2.271ohm Para obtener el valor de esta resistencia a una temperatura de trabajo a 60 ºC, realice los siguientes cálculos: =

( I+ a

t)

a= 0.0043 coeficiente

= 2.2741 (1+0.043 = 8.1412 ohm

60)

Reactancia: Para sacar el cálculo aproximado de la reactancia referida en el estator, hay que tener en consideración las medidas de las ranuras en el estator que es la parte objeto de estudio, es por ello, que se ha medido con detalle tanto las dimensiones de la garganta altura y ancho del estator. (Véase anexo de la figura M-1 hoja 2/3) =2

W

Nf 2

W 2 3.14 q W 2 3.14 3= W 18.84

Φ

At

Kpq

L

donde q= número de fase que en este caso es 3

At = permanencia total del estator por dispersión At At1 A cb1 A z1

58   

At1 = permanencia ranura estator ; AT1 At Ac Ag At= permanencia ranura. At μo h 3 a Donde: h= altura total – altura de cuña-altura de La garganta. At 1 1.5‐ 0.1‐ 0.793 3 0.5 = 1 x 0.607 1.5 0.40 M/bb/cm Ac = Permanencia cuña μo

Ac

2

hy

ay

a

1

2

0.1

0.2

0.5

M/bb/cm Ag = Permanencia garganta Ag Mo x hd a 1 x 0.0793

0.5

0.158 M/bb/ cm

At 0.40 0.171 0.158 At 0.728 M/bb/cm L= longitud del hierro + canal de ventilación Nota: se desprecio el canal de ventilación como valor de cálculo L 7.9 cm = 18.84 (32÷ 0.244) (0.728 ÷3) = 55.57 ohm Pérdidas Io2 R1 1.52 2.27 5.1076

al multiplicar por 3 se determina = total Io = es medido 1.5

Pérdidas en el hierro  

1

 

En este caso el valor Pm = será mayor de 250watt se asumirá 400 watt cos

59   

0.771

En este caso no calculará en factor de potencia porque se asumirá como 0.85. cos

= 1.5

sin

220 220

1.125

195.555

60   

0.65 = 0.975 A

= 1.5

0.75 = 1.125 A

0.975

225.64  

  Fuente: http://html.rincondelvago.com/motor-de-induccion-trifasico.html

Figura 17 Circuito equivalente

En este caso no se

tomará en cuenta al rotor para el estudio, ya que se

desconocen características de diseño por ser jaula de ardilla. Porqué el rendimiento del motor varía si se modifica la carga o el voltaje? El rendimiento del motor de inducción viene dado por: al variar o modificar (aumentando) la carga su deslizamiento crece y la velocidad disminuye como esta última decrece, aumenta al movimiento relativo, se produce un mayor voltaje en el rotor, lo que a su vez produce una mayor corriente en el rotor por lo cual aumenta la pérdida en el cobre del rotor, además las pérdidas por fricción con esto la Psalida variara y debido que el rendimiento depende de esta variable también variará. Torque: 2

3.14

60

2

3.14

60

1

Ya realizado los cálculos de la máquina se deduce que un motor de 1200 RPM todavía es elevado, estas consideraciones deben ser corregidas mediante mecanismo mecánicos que más adelante se detallaran. Protección del Motor: Capacidad: 3Hp Corriente a plena carga: 10.6

(ver anexo tabla 430-150 CEN) 61 

 

C Corriente dee selección de d conexión: Ic = 10.6 1.25 = 13.255 A

Cuando o uno o máás de los mootores del grupo g se utillicen por coortos periodoos, i intermitente , periódico o de ciclos variable, la corriente dee dichos mootores utilizaada e el cálculo en o se debe esttablecer de acuerdo a con la sección 430-22 4 del cóódigo eléctriico n nacional, se tomará el mayor m de loos dos valorres siguientees: el estableecido según el a artículo 430-22(a) la coorriente a pleena carga dell motor multtiplicador 1.225 C Conductor: 3# 3 14 Thw

ver tabla anexo a de connductores

T Tubería: ¾”

ver tabla anexo de tuubería

D Dispositivo a desconexióón: 10.6

1 1.15= 12.19 A

T Tamaño com mercial: 3x 15amp 1 P Puesta a tierrra: 1#14

ver tabla enn anexo pueesta tierra

La selección L n por caída de d tensión caapacidad de distribuciónn es despreciiable ya quee L = longitud es mínima. C = I *L Cd b los RP PM por meccánica en este e sentido se No se debe perdeer de vista bajar p procederá a aplicar.

Fuente://centro os.edu.xunta.ess/cpidoutordannielmonje/files//Problemas%220de%20Poleass%20y%20Enggra najes.pdf

Figura 18 Motor con poleas

62   

A diferencia de 1000 RPM que se muestran en la figura 19, el motor de este proyecto posee unos 1200 RPM. Aunque para este proyecto se trabajara con un reductor 19: 1, es decir 1200 ÷ 19 = 66 RPM, esta es una sola demostración de cómo reduce RPM.

Si el motor gira a 1200 RPM y su eje 10mm de diámetro se quiere reducir la velocidad del motor por medio de un sistema de polea, de forma que eje de salida gire a 200 RPM calcular el diámetro de la polea que hay que acoplar?

Fórmula:

w1 1200

d1 = w 2 10 = 200

d2 = (1200

d2 d2

colocando los valores despejando a d2

10) ÷ 200

d2 = 60 mm d2 = el diámetro de la otra polea que se necesitaría para poder obtener una velocidad de RPM de 200 velocidad adecuada para las necesidades requeridas.

63   

4.2. Diseño de prototipo

 

Fuente:Los Autores (2010).

Figura 19 Partes del proyecto

64   

4.3 Lista de materiales y costos Tabla 1: Lista de materiales y costos Descripción Pulsadores mediano y pequeños Pulsadores Luz piloto Conectores macho- hembra Foto -eléctrico Transformador vac Canaleta 40x40 Riel simétrico Borneras

Cantidad 9 pzas

Bsf 7

Total (Bsf) 24

6 pzas

1

6

Plush

5 pzas 19 pzas

6 3.5

30 66.5

110/24

1 pza 1 pza

60 50

60 50

2 pzas 2 pzas 18 pzas

65 20 4

130 40 72

1 pza 2 juego 90 mts 1 caja 4pzas

1 60 Donado 170 3

1 60 170 11

2.5 kgs

204

204

1 pzas

150

150

Puente rectificador Marquillas varias y tirra Cable # 18, 14 Tablero Micro–swtich y porta fusible Alambre para bobinar Nº 24 Selector 3 posición con llave Contactores Logo Guardamotor Ángulos 1/2 Bocinas y poleas Reductor Platinas Carrete

4 pzas 1 pza 1 pza 2 pzas 6 pzas 1pzas 2 pzas 1 pzas

100 1200 300 100 55 150 50 50 SUB-TOTAL :

400 1200 300 200 120 150 100 50 3588.5 Bsf

MANO DE OBRA: 1600 Bsf TOTAL: 5188.5 Bsf

65   

NOTA : Para compra del PLC se realizo de forma auto-gestionada por todos los participantes.

4.4. Explicación de diseño del tablero de mando del ascensor

Antes de entrar en detalle en el tablero de mando es necesario conocer en detalle las señalizaciones que se encuentran en la parte frontal del tablero como: Las luces pilotos parte superior: ON (verde) = señalización de energizado OL (amarillo) = señalización de disparo por sobre-corriente LB, L1, L2 ascensor P2, P1, PB

(amarillo) = señalización que indica donde se encuentra parado el

= interior

P2, P1 , PB = exterior

hace referencia interior de la cabina hace referencia a los pasillos fuera de cabina

Imagínese un ascensor el cual se podrá llamar desde fuera o desde dentro de la cabina es la razón de esto. Start (negro) =

pulsador normalmente abierto para funcionar con logo

Stop ; Emergencia = dispositivos de protección para el logo.

M1 ( rojo ) Conectores rápidos plush son líneas vivas para micro C ( negro) Conectores rápidos plush común asociado a MI. Esto es igual para M2, M3 es decir tenemos la posibilidad de 3 salidas para micro que es este caso.

66   

+ (rojo), - (rojo) alimentación en 24vdc , C (negro) común de estos 24vdc Selector tres posiciones con llave de seguridad con operaciones OPER y MANTT. START (verde) = asociado a la función MANTT STOP (rojo) = asociado a la función MANTT. 4.5. Como operar el tablero *Antes de cualquier manipulación leer los planos que se encuentran en el anexo *Verificar que no se encuentra ningún cable desconectado sí existiera el caso ver en el plano a que circuito se encuentra asociado se podrá ubicar con las marquilla de identificación que posee cada cable. * En la parte interna de tablero se encuentra un breaker ( guardamotor ) CB al pasar este se estará energizando por lo tanto a luz piloto ON encenderá en este momento debe de tenerse máxima precaución ya que estarán presenten tensiones trifásicas. *Para poder trabajar con los pulsadores frontales del tablero es necesario usar la llave y activar el selector de tres posiciones, ubicándose en la posición que desea operar. OPER- ofrece trabajar con el PLC y todos los pulsadores superiores (véase la fig. 20 para comprender la lógica de la programación del PLC). Si por el contrario se colocara el selector en 0 no se podrá realizar ninguna operación desde la parte de externa del tablero. En posición MANTT comandara a los pulsadores start MANTT y stop MANTT respectivamente, con el fin de poder realizar algunos ensayos sin necesidad del PLC en forma de un arranque sencillo para un motor. *Es importante saber que el indiferentemente la posición del selector se podrá trabajar con el logo sin ningún problema siempre y cuando CB este en operación start.

67   

Observación: este tablero ofrece una comodidad que no solo puede ser utilizado, como para operación de la maqueta del ascensor, las salidas del motor están hechas para un motor de 6 puntas trifásico pero igual se pudieran conectar aquí 2 motores trifásicos de 3 puntas todo depende de la pericia para la lectura del plano sin necesidad de realizar gran transformación al igual que pudiera manera cualquier control solo con el hecho de cambiar la programación del logo que este fue diseñado con este fin didáctico.

Es necesario conocer las posibles funciones lógicas, ya que el ascensor está pensado para 3 pisos de los cuales puede trabajar muy bien igual con 2 pisos.

*El micro de posición Plata baja

entrada I8

*El micro de posición Planta 1

entrada

I7

*El micro de posición Planta 2

entrada

I8

Referido a la cabina del ascensor. Pulsadores de llamada de la cabina:

*Pulsador Piso 2

entrada I5

*Pulsador Piso 1

entrada I4

*Pulsador Planta baja

entrada I3

Ya definidas las entradas se procede a realizar las posibles funciones lógicas: Posibles funciones lógicas en la subida:

68   

S= I6 x I5

S=I6 x I4

S= I7 x I5

R=I8

R=17

R=I8

Posibles funciones lógicas en la bajada: S=I8 x I3

S=I7 x I3

S=I8 x I4

R=I6

R=I6

R=I7

S=la primera entrada indica el micro que se encuentra pulsado ya que la cabina siempre se encontrara estacionado en uno de los micros * la segunda entrada indica el pulsador de llamada que fue activado.

R= representa la respuesta de donde se va a parar la cabina al cual fue llamado (véase Figura 20.

El programa está realizado para un edificio de tres piso Pb, P1, P2 respetivamente con start y stop de logo. Las medidas de protección como fotoeléctrico tiene que ser adicionadas fuera del programa porque las entradas del logo ya están ocupadas. Existe una marca M1 salida virtual que en la figura 29 no está representada pero que específicamente .está asociada a la salida Q3 inversor de giro, donde compara el estado de las entradas I8, I7, activa la marca M1 si la cabina queda fuera de piso por un corte de energía en el sistema bajando siempre a planta baja como seguridad esta marca se encuentra en el bloque B12 sumadora de todas las operaciones para la salida Q3.

A continuación programa para la maqueta del ascensor:

69   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 20 Programación en el logo

70   

Fuennte Los autoress (2010)

Fiigura 20 (Coont.)

71   

  Fuente: los Autores (2010)

Figura 20 (Cont.) 72   

 

Fuente: los Autores (2010)

Figura 20 (Cont.)

73   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 21 Plano de fuerza

74   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 22 Plano de control posición Auto-OPER

75   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 23 Pulsadores Micro

76   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 24 Select posición manual-mantt

77   

Fuente: los Autores (2010)

Figura 25 Plano de bornera

78   

  Fuente: los Autores (2010)

Figura 26 Plano fuente 24 vdc 79   

4.6. Resultados obtenidos Es importante acotar que para este re-cálculo del motor no se

realizaron

muchos de los ensayos necesarios por razones explicadas en el capitulo I, se trabajo con los instrumentos de medición mínimos para su comprobación. A continuación se presenta en tabla los instrumentos de medición con los resultados obtenidos:

Tabla 2 Ensayos en motor DESCRIPCION

VALOR TEORICO

CALIBRE DEL 24 ALAMBRE RESISTENCIA 2.7 EN LOS DEVANADOS 1200 RPM Fdp Io Ic ; In TENSIÓN LINEA TORQUE

0.81 1.5 7.5 EN 220 7.8 Nm

VALOR PRACTICO

INSTRUMENTO

REALIZADO

24

GALGA

SI

10

OHMIMETRO

SI

TACOMETRO -- COFIMETRO AMPERIMETRO - AMPERIMETRO

NO

-1.8 _220 - --

-

NO NO NO

VOLTIMETRO

SI

FRENO PRONY

NO

Fuente: los Autores (2010)

En la siguiente tabla se ha presentado los ensayos mínimos que se debe realizar.

La programación lógica cableada no representa grandes dificultades.

80   

A primera vista, puede parecer razonable que los fabricantes de máquinas pongan más cuidado a la hora de diseñar y construir máquinas de gran potencia, y que descuiden el diseño de las de pequeñas potencia. Un punto porcentual de rendimiento en una máquina de elevada potencia significa un gran ahorro de energía, mientras que en las potencias reducidas, el ahorro es inapreciable. Así por ejemplo en un motor de 1kw , se podrá dar el lujo de tenerlo trabajando con un rendimiento realmente malo, por ejemplo el 65%. Ello implica que, por cada hora de trabajo, se pierden en calentamiento inútiles 0.54kwh. Mientras que ese mismo rendimiento en una máquina de 100 kw daría 54kwh de energía perdida por cada hora de funcionamiento habitual para esas potencias), la energía perdida en una hora sería de tan solo 5.2KW / h.

Entre los fabricantes de máquinas, se encuentra muy extendida la costumbre de que casi todo los equipos grandes,-han de construirse con más cuidado y delicadeza que los equipos pequeños. La justificación de porqué se hace así, está en la idea de que las máquinas pequeñas se utilizarán en aplicaciones de tan baja potencia, que el hecho de construirlas con un rendimiento malísimo o buenísimo, ni siquiera será advertida por el usuario. Mientras que de lo que sí se dará cuenta la persona que compra un motor de 1kw, es de su precio.

En grandes instalaciones donde se necesita una gran cantidad de pequeños motores empieza a ser relativamente normal que se sustituyan los quizás cientos de motores bajas prestaciones, por otros de elevado rendimiento. El argumento económico parece ser el definitivo a la hora de hacer la sustitución; si la inversión necesaria para comprar e instalar los motores de alta eficiencia (incluido un buen factor de potencia) se amortiza rápidamente con el ahorro energético que su instalación acarreará, entonces se seguirá adelante, en caso contrario, con lo que se seguirá es con los motores de mal rendimiento. 81   

CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo a los resultados obtenidos de los ensayos del presente proyecto, se llego a las siguientes conclusiones.

Se observó que las variaciones de un motor trifásico puede ocurrir de distintas maneras, por modificaciones de sus devanados, por electrónica (driver) o hasta inclusive por métodos mecánicos solo por nombrar algunas. Siempre que se realiza algún tipo de cálculo teórico se hace obligatorio su comprobación mediante métodos prácticos, es por ello, que los instrumentos de medición juegan un papel importante en cualquier investigación. Se recomienda realizar comprobación más prácticas como por ejemplo un cofímetro, el freno prony para torque, tacómetro para sus RPM, ya que el tablero puede ser muy provechoso para otras pruebas de puesta en marcha para maquetas de cualquier tipo o inclusive como alimentador de motores. Son infinitas las aplicaciones que tiene solo hay que ser ingenioso, como fue este proyecto donde se planificó y diseño para un logo de 12 entradas pero al final existieron inconvenientes con la compra del controlador lógico programable (PLC) pero el diseño no se afecto significativamente porque existieron un conjunto de opciones que permitieron solucionar con comodidad. El explotar este proyecto en su totalidad pudieran ser imaginables los resultados positivos que se obtendrías la multiplicación de este tipo de proyectos en otras aldeas, el potencial que representa como herramienta de formación para futuros estudiantes de la carrera de electricidad.

Es de suma importancia la lectura e interpretación de planos eléctricos para identificar un problema y obtener la solución más conveniente.

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RESUMEN BIBLIOGRÁFICO  

Anoux Pual . Bobinador de Máquinas Eléctricas .1979 .Editorial Sintesis.pag 479 Código Eléctrico Nacional Penisi. Oswaldo. Canalizaciones Eléctricas Residenciales.1989. Tercera Edición pág. 329 www.arqhhys.com (2010) www.kmsomerinca.com.ve (2010) www.siemens.com (2010) www.nichese.com (2010) www.tuveras.com (2010) www.sencamer.com (2010)

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ANEXOS

 

Fuente: los Autores (2010)

Figura M1 Estator 

85   

Fuente: los Autores (2010)

Figura M 1.1 Ranuras del estator

86   

Tablaa M-2 Coeficciente €

                       

 

    Fuente: Anoux F x Pual . Bobinaador de Máquinnas Eléctricas

87   

Tabla 3 Alambre para bobinar

Fuente: Catálogo embobinado de motor

88   

Tabla 4 Catáloogo de motorr para 12000 RPM       

 

  Fuuente: Catálogoo Siemens paraa motor 1200 RPM  R

89   

Tabla L – 1 Propiedades del cobre   

Fuente: Anoux Pual . Bobinador de Máquinas Eléctricas

90   

Tabla L- 2 Longitud del conductor en metros para bobinas de un diámetro dado

Fuente: Anoux Pual . Bobinador de Máquinas Eléctricas

91   

Tabla L-3 Factor de corrección

Fuente: Código Eléctrico Nacional

92   

Tabla L-4 Número de conductores en tubería

93   

Tabla L-5 Interruptores enchufables

94   

Tabla L-6 Capacidad de carga en A para cables

 

 

95   

 

 

   

 

 

 

Figura 27 Proceso de desarme del motor de inducción  

96   

 

     

 

 

 

Figura 28 Desarme del motor donde se observa el inducido rotor jaula de ardilla 

97   

 

 

 

 

 

 

 

Figura 29 Estator original del motor  98   

 

 

 

 

 

 

 

Figura 30 Quemado de las bobinas del estator 

99   

 

 

 

 

 

 

 

Figura 31 Proceso de desarme de las bobinas del estator  

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Figura 32 Motor ya embobinado 101   

 

 

   

 

 

 

Figura 33 Ensamblaje del tablero de control

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Figura 34 Cálculos realización de planos y pre-ensayos de programación

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Figura 35 Estructura del ascensor

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Figura 36 Maqueta Ascensor

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EJEMPLOS GUÍA PRÁCTICA PARA TALLER DE ELECTRICIDAD

En la siguiente guía de ejercicio se asocian a las Unidades Curriculares que son cursadas en el Programa Nacional de formación PNF de electricidad, con el fin de tener una visión de cómo puede ser aprovechado el proyecto durante los periodos de formación de los alumnos de electricidad. A continuación, se muestra de cómo puede ser utilizada la maqueta durante los talleres.

1.- UC : Taller de Regulación y Control I Objetivo: que el alumno desarrolle habilidades en el manejo de la lectura e interpretación de planos eléctricos. Herramientas a utilizar: un ohmímetro y tablero. Pasos: Realizar el levantamiento del plano eléctrico del circuito de fuerza del tablero de control del ascensor.

2.- UC: Taller de Regulación y Control II Objetivo: manejar la programación lógica. Herramientas a utilizar: la maqueta. Pasos: Realizar la programación con el logo para un ascensor de dos pisos, donde al ser llamado espere 10 seg para ejecutar la operación, es decir cada vez que se pulse planta baja, piso 1, piso 2 espera 10 segundos.

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3.- UC: Laboratorio de Máquinas Eléctricas II Objetivo: realizar la comprobación práctica de los conocimientos adquiridos, durante máquinas eléctricas. Herramientas a utilizar: el tablero del ascensor, motor y amperímetro Pasos: Máquinas corriente alterna: Realizar un arranque en estrella y mida la corriente de línea al momento del arranque y durante el trabajo. Repetir el mismo ejercicio con una conexión en delta. Explicar el comportamiento de la corriente.

4.- UC: Taller de Mantenimiento Eléctrico Objetivo: que el alumno desarrolle la importancia del mantenimiento preventivo. Herramientas a utilizar: la maqueta, destornillador y ohmímetro. Pasos: Desarmar los contactores en el tablero del ascensor y realizar la limpieza de sus contactos. Medir la bobina y armar. Realizar un programa de mantenimiento para la maqueta en su totalidad.

5.-Proyecto Desarrollar un proyecto de ampliación en la maqueta del tablero del ascensor, para que también se puedan controlar motores de corriente continua.

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