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Instituto Tecnologico de Durango

Departamento de Ingenieria Electrica y Electronica. Pruebas y Mantenimiento Electrico. Unidad 4 Mantenimiento electromecanico de maquinas electricas Carpeta de proyectos de investigaciones Docente: Ing.Omar Castañeda ortiz. Alumno:

Edgar Alonso Soto Chaidez 14040231

Periodod escolar ENERO –JUNIO 2019 INVESTIGACION

Mantenimiento Electromecánico de Máquinas Eléctricas. 4.1 Motores de C.A

Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con este tipo de alimentación eléctrica (ver "corriente alterna"). Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem (fuerza eléctrica motriz). Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador.

4.1.1

Características

de

los

aislamientos

de

motores

de

C.A.

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

Definiciones y clasificación Su papel dentro del motor permite un buen desempeño térmico y eléctrico principalmente, contribuyendo así a que el motor tenga una vida útil adecuada. Para satisfacer lo anterior, es necesario que un sistema de aislamiento sea proyectado teniendo en cuenta su desempeño: · Eléctrico: Evitar corto-circuitos entre los elementos conductores y con respecto a tierra, esto es, que soporte los niveles de tensión que soportarán entre cada uno de los materiales activos y con respecto a tierra. · Térmico: Conducir el calor generado por las pérdidas por efecto joule (ri ) adecuadamente hacia el sistema de refrigeración. · Mecánico: Soportar las vibraciones mecánicas que se presentan debido a la atracción magnética entre conductores y con respecto a los núcleos. En general un sistema de aislamiento de un motor de inducción trifásico tipo jaula en baja tensión está constituido por:         

Aislamiento del alambre magneto Aislamiento de ranura Aislamiento entre fases de ranura Cuña de la ranura Aislamiento de cabezales Barnices o resinas Cintas o hilos de amarrado Aislamiento del cable de salida Mangas o tubos de silicón

El material que se utilice en cada uno de estos elementos dependerá de los niveles de temperatura tensión eléctrica que el sistema deba soportar. Los motores pueden clasificarse de acuerdo con su sistema de aislamiento, tomando como referencia su nivel de tensión o temperatura.En lo relativo al nivel de tensión pueden dividirse en motores de baja y media tensión. En este artículo sólo se hace referencia a los sistemas de baja tensión.Por definición se considera baja tensión hasta 1kV, caen en esta clasificación los motores industriales de usos general, los cuales trabajan generalmente a: 480-440V, 240220V y en algunos casos pueden ser proyectados para trabajar a 575V. En general todos estos niveles de tensión pueden ser cubiertos por sistemas aislantes diseñados para soportar hasta 600-660V.No influye la frecuencia de la red que se utilice (50 o 60Hz), siempre y cuando esta sea del tipo senoidal, para alimentaciones con señales electrónicas son otras consideraciones adicionales las que tienen que observarse.

4.1.2 La temperatura y la vida de los aislamientos.

Materiales de aislamiento de bobinados. Los materiales aislantes son definidos como materiales que ofrecen una gran resistencia al paso de la corriente, y por ese motivo, se utilizan para conservar su flujo a través de los conductores. Esto es evidente cuando tocamos una maquina que se encuentra en operación. No recibimos ninguna descarga eléctrica debido al aislamiento. La ruptura del aislamiento implica un cortocircuito entre espiras, causando flujos de corrientes en caminos indeseados. Esto también puede resultar en shocks eléctricos ahumanos operando la maquinaria y también daño a las maquinas. Requerimientos de los materiales aislantes buenos involucran propiedades físicas, confiabilidad, costo, disponibilidad, adaptabilidad al uso en las maquinas, etc.. Aislamiento eléctrico y materiales dieléctricos incluyen varias formas de materiales que rodean y protegen a los conductores eléctricos y previenen flujos de corriente indeseados, perdidas. Las especificaciones eléctricas incluyen resistividad, rigidez dieléctrica y constante dieléctrica. Propiedades Eléctricas: Resistividad Eléctrica: Es la resistencia eléctrica (ohm-cm) al flujo de la corriente a través de el. Su valor debe ser muy alto. Resistividad es inverso de Conductividad. Rigidez Dieléctrica: La rigidez dieléctrica es el máximo voltaje que el material puede soportar antes de que una ruptura ocurra. Este valor especificado como kV/mm, debe ser muy alto, aun para películas muy pequeñas. Clasificación de Materiales AislantesSe clasifican de acuerdo a 2 formas: a) De acuerdo a substancia y materiales, b) De acuerdo a su temperatura a) Clasificación de Materiales Aislantes de acuerdo a substancia y materiales: 1.- Materiales Aislantes Sólidos (Inorgánicos y Orgánicos) Mica, madera, vidrio, porcelana, goma, algodón, seda, rayón, terileno, papel y celulosa, etc.. 2.- Materiales Aislantes Líquidos Aceites minerales de hidrocarbonos refinados, aceite de linaza, varníces sintéticos y espirituosos. 3.- Materiales Aislantes Gaseosos Aire seco, Dióxido de Carbono, Argón, Nitrógeno, etc.

b) Clasificación de Materiales Aislantes de acuerdo a su temperatura: Los materiales aislantes son clasificados principalmente de acuerdo a su límite térmico. La performance de su aislamiento depende de su temperatura de operación. Mientras mas alta es la temperatura, mas alto será el rango de su degradación térmica, por lo tanto, mas baja será su vida útil, como se muestra en la Fig. 1.1. Si se espera una vida de aislamiento larga razonable, su temperatura de operación debe ser mantenida baja. Entonces es necesario determinar los limites de temperatura para el aislamiento, que asegurara operación segura a través de la duración de su expectativa de vida.

Entonces los materiales aislantes se agrupan en diferentes clases: Y, A, B, y C con temperaturas limite de 90ºc, 105ºc y 130ºc para las primeras tres clases y sin limite especificado para la clase C. Las clases Y y A cubren varios materiales orgánicos con y sin impregnación respectivamente. Mientras que las clases B y C cubren materiales inorgánicos, respectivamente con y sin aglutinante. Con el advenimiento de materiales nuevos, por ejemplo, los plásticos y las siliconas durante los años 50, se necesito organizar reorganizar la clasificación de los materiales aislantes. Esta clasificación se muestra en la Fig. 1.2. Esto llevo a la IEC (International Electrotechnical Commision) a producir nuevas categorías a saber: Clase Y: 90º C Papel, algodón, seda, goma natural, Clorido de Polivinilo, sin impregnacion. Clase A: 105º C Igual a la clase Y pero impregnado, mas nylon. Clase E: 120º C Polietileno de teraftalato (fibra de terileno, film melinex) triacetato de celulosa Enamel-acetato-polivinilo Clase B: 130º C Mica, fibra de vidrio (Borosilicato de alumino libre de alcalinos), asbestos bituminizados, baquelita, enamel de poliester.

Clase F: 155º C Como los de la clase B pero con alkyd y resinas basadas en epoxy, poliuretano. Clase H: 180º C Como los de clase B con algutinante resinoso de siliconas, goma siliconada poliamida aromatica (papel nomex y fibra), film de poliamida (enamel, varniz y film) y enamel de estermida. Clase C: >180º C Como la clase B pero con aglutinantes inorgánicos apropiados (Teflon ,Mica, Mecanita, Vidrio, Ceramicos, Politetrafluoroetileno). En esta clasificación los materiales no-impregnados, que absorben humedad de la clase Y no son generalmente usados para el aislamiento de motores eléctricos, ya que absorben humedad facilmente y su calidad se degrada rápidamente. Los materiales de la clase C, son por lo general, quebradizos, asi que por lo general tampoco son aptos para motores. Los materials de las clases A y B han sido usados por largo tiempo para aislamiento. En épocas recientes se estan usando mas los aislamientos de la clase F y H. El aumento de temperatura por efecto de las pérdidas eléctricas y mecánicas está ligado a las condiciones de servicio del motor. Bajo condiciones normales de operación, la máquina puede recalentarse por funcionamiento ininterrumpido, hasta alcanzar en su carcasa 40 ó 50°C por sobre la temperatura ambiente. En el interior de la máquina, los devanados estarán sometidos a temperaturas mucho mayores producto del confinamiento, ya que en ellos se produce la fuente de calor que se disipa hacia el ambiente. Esta temperatura puede superar fácilmente los 140°C y debe ser soportada sin problemas por las aislaciones de los devanados, típicamente barnices que, aplicados en una o dos capas, resisten elevadísimas temperaturas en algunos puntos localizados del devanado. Aunque todos los motores incorporan sistemas de ventilación, por medio de ventiladores adosados al rotor que producen ventilación forzada de aire al interior de la máquina, éstos producen intercambio de calor hacia al ambiente por efectos de radiación, eliminando el exceso de calor en su interior y manteniendo la temperatura del motor dentro de parámetros de diseño. Las variaciones de temperatura influyen directamente sobre la temperatura de funcionamiento del motor. En la actualidad, existen materiales aislantes y diseños que permiten que los motores puedan alcanzar hasta 90°C en las superficies de las carcasas. Esto queda limitado, en general, a las siguientes condiciones: • Temperatura ambiente de hasta 40°C. • Variaciones de tensión menores a ± 10% respecto de su tensión nominal. • Variaciones de frecuencia menores a ± 5% de su valor nominal. • Variaciones simultáneas de tensión y frecuencia limitadas. • Que la máquina opere a menos de 1.000 metros sobre el nivel del mar.

• Que las condiciones atmosféricas que rodean la máquina (polvo, humedad o gases, exposición a radiación solar directa, etc.) no interfieran seriamente en la ventilación normal del motor.

¿Cómo se afecta la eficiencia de un motor? Un motor que funciona con sobretemperatura ve afectada su eficiencia neta de forma severa. Básicamente, las pérdidas de carga de un motor (I²R) se verán incrementadas de forma lineal si el devanado de la máquina tiene una temperatura mayor que la nominal, debido a que existe una relación directa de aumento de resistividad del cobre en función de la temperatura. Normalmente, se cuenta con un valor de resistividad del cobre a 20°C.

4.2 Pruebas y mantenimiento a motores de C.A.

4.2.1 Actividades de inspección y guías de M.P. El mantenimiento preventivo en motores eléctricos es muy importante, porque es así como se logra garantizar un correcto y eficaz funcionamiento de una maquina eléctrica tan importante y que podemos encontrar en todo proceso industrial. Siguiendo los procedimientos adecuados de un mantenimiento preventivo podemos minimizar la posible aparición de fallas y desperfectos que deriven en paros de maquinaria no programados. Enseñar las directrices para realizar un correcto mantenimiento a motores eléctricos, de acuerdo con las especificaciones recomendadas por normas oficiales vigentes y del mismo fabricante es el objetivo del presente artículo del blog. Por supuesto la temática seguirá en futuros aportes. 1) Vista General del sistema de vacío donde se aprecia claramente el motor trifásico de 4KW. previamente ya se había desconectado el motor eléctrico, 2) Todas las bombas de vacío cuentan con una turbina la cual sirve para generar el aire de succión, lo primero que tenemos que hacer es desacoplar los ductos de salida de aire y el filtro Al finalizar tendremos disponible la base de la turbina o también llamada caracol y el motor de AC 3) La base de la turbina se encuentra sujeta con 12 tornillos Allen 5mm a continuación procederemos a retirarlos Al finalizar tendremos la base de la turbina lista para retirarla

4) A continuación tenemos que hacer un poco de palanca con la ayuda de un desarmador e ir levantando poco a poco las tapas que cubren a la turbina Y así podremos retirar la tapa, si volteamos el motor tenemos al descubierto la turbina 5) Para retirar la turbina tenemos que aflojar un tornillo hexagonal 19mm para posteriormente retirarlo junto con la rondana de sujeción Ahora estamos en posición de retirar la turbina, siempre cuentan con el ajuste exacto en la flecha del motor de tal modo que se debe poder retirar prácticamente al jalar y con la pura fuerza de la mano, en este preciso momento es importante señalar que debemos de manipular cualquier turbina con mucho cuidado, tratar de evitar dar golpes fuertes con algún objeto a la flecha o a la turbina esto para no tener ningún problema con el balance de la turbina. 6) Ahora solo resta desacoplar el motor de la tapa inferior del caracol para poder liberarlo, en este caso tiene cuatro tuercas hexagonales 19mm en la parte de abajo, son las que hay que retirar.

Al retirar las cuatro tuercas ahora si podemos sin ningún problema quitar la tapa y por fin tendremos libre el motor 7) Teniendo el motor libre lo llevaremos a una mesa de trabajo y procederemos a realizar el cambio de baleros. Lo primero será retirar la tapa trasera que cubre el ventilador para esto hay que retirar cuatro tornillos hexagonales 8mm . Al retirar la tapa podemos ver en ventilador, en este caso presenta un daño importante en una de las hélices por lo que se tendrá que reemplazar, para substituirlo hay que tomar medidas para fabricar uno nuevo. Este ventilador se sujeta gracias a un seguro exterior por lo tanto utilizaremos unas pinzas bota seguros para retirarlo. 8) Al retirar el ventilador tendremos la oportunidad de retirar la tapa trasera como delantera del motor pero antes de realizar esta labor es importante hacer unas pequeñas marcas en las dos tapas para identificar la posición de las mismas y no tener ningún problema con el armado. Así quedaron las marcas dos puntos en la tapa trasera y un punto en la tapa delantera. 9) Procederemos a quitar la tapa trasera para esto retiramos cuatro tornillos hexagonales 12mm Ya sin la tornillería tenemos que hacer palanca poco a poco en la tapa del motor o podemos dar unos ligeros golpes utilizando un martillo de goma y un desarmador y a si retirar la tapa. 10)Normalmente todas las tapas traseras cuentan con una arandela de amortiguamiento aquí la imagen 11) Para retirar la tapa delantera el procedimiento es similar al punto anterior, retirar los cuatro tornillos de sujeción, hecho esto hacer un poco de palanca a la tapa del motor. 12) Una vez libre el rotor procederemos a retirar los rodamientos utilizando un extractor de baleros, otra opción de extraer baleros es utilizando una prensa hidráulica pero como no nos encontrábamos en el taller de trabajo utilizamos el extracto. 4.2.2 Pruebas de resistencia de aislamiento de devanados de estator y rotor. La Prueba Básica de Resistencia de Aislamiento La Prueba directa de resistencia de aislamiento ha sido utilizado para localizar fallas y para evaluar la condición de máquinas por más de un siglo, a menudo con resultados desastrosos, en las manos de un usuario sin experiencia. Hay limitaciones muy claras en la capacidad de la prueba de resistencia de aislamiento, solo, para evaluar la condición de un motor eléctrico para la operación. Para una cosa, tiene que haber un sendero claro entre el sistema de aislamiento y la cubierta de la máquina. El aire, la mica, o cualquier otro material

no conductor entre el devanado y tierra proporcionará una resistencia alta de aislamiento. Las fallas al final de las vueltas del devanado del motor también no proporcionarán un sendero claro a tierra, con la mayoría de defectos del devanado que comienzan como un corto interno del devanado que quizás se gradúen a defectos de aislamiento. Así, que especial cuidado se debe tomar cuando se usa IR como un instrumento de localización de fallas. Al realizar IR, el método apropiado es el de conectar todos los conductores juntos, pruebe con el Medidor de IR por un período de un minuto, asegurando que el conductor rojo de prueba (negativo) está en los conductores y el conductor negro está en la carcasa. Una vez que la medida de IR es obtenida, entonces es ajustada para la temperatura mientras los conductores son aterrizados por 4 minutos o más. Los valores de IR aplicados al voltaje y los valores mínimos de prueba pueden ser encontrados en las tablas 1 y 2.

Hay unas cuantas cosas que tienen que ser consideradas al realizar resistencia de aislamiento de un Centro Motriz de Control (MCC por sus siglas en ingles) o desconectar que es alguna distancia del motor bajo prueba. Por una cosa, si usted ata todos los cables de los conductores y hace la prueba, a causa del área bajo prueba, es posible que las lecturas puedan ser sólo unos cuantos Mega ohmios. Esto no significa necesariamente que el sistema está mal, y unos cuantos trucos se pueden utilizar para evaluar la condición del cable. Adicionalmente, cualquier capacitor o pararrayo debe ser desconectado del circuito y de los drives de frecuencia variable o de los amplificadores, deben estar desconectados del motor. Primero, tome cada conductor y pruebe entre el conductor y tierra. Si la lectura es más grande por una magnitud entonces existen más oportunidades de que no exista ningún problema. Después, desconecte el otro extremo del cable y separe los conductores y aterrice. En el otro extremo, realice la prueba de resistencia de aislamiento entre conductores. Si las lecturas están encima del mínimo, entonces la resistencia de aislamiento del cable está bien (sin embargo, no asegura definitivamente que el cable esté libre de algún defecto potencial).

El mismo proceso puede ser utilizado en algunos motores, a excepción de la prueba de fase a fase, a menos que las conexiones internas del motor se puedan romper, como en un motor de Wye-delta o que los 12 conectores se puedan sacar de la maquina. Si las fases pueden ser separadas, entonces una medida de resistencia de aislamiento puede ser tomada entre fases. Los resultados deben estar encima del valor mínimo mostrado en la Tabla 2. Durante estas pruebas, si usted utiliza un medidor analógico de IR, si la aguja no es constante, o si los dígitos "bailan" alrededor en uno digital, entonces existe una gran posibilidad de que los devanados se encuentren con humedad o contaminantes. El botar es el resultado de la 'descarga capacitiva,' o la acumulación de la energía de DC dentro del devanado que descarga repentinamente y entonces comienza a recargar. La figura 1 representa el gráfico de corrección de temperatura de resistencia de aislamiento para corregir a 40°C. Utilizando este gráfico, si la temperatura del devanado es de 60°C y la resistencia de aislamiento fue de 200 Mega ohmios, el factor de corrección (Kt) sería '4,' y el resultado sería 4 veces 200 Mega ohmios que serían una resistencia corregida de aislamiento de 800 Mega ohmios.

4.2.3 Pruebas y verificación de rotores en jaula de ardilla. La figura siguiente muestra la jaula de ardilla típica del motor de inducción, la cual se forma con las barras y los anillo extremos de cortocircuito. No se muestra el núcleo laminado, pero éste se encarga solamente de concentrar el campo magnético, no participa en la conducción de corriente. La corriente se concentra en las barras conductoras,de aluminio o cobre,según el tipo y diseño del motor.

Anillos extremos

EJe

"--

- Barras conductoras soldadas a las piezas terminales

Pmeba de Growler El nombre viene del inglés zumbador o gruñidor, ya que durante la prueba típica se espera haga vibrar una lámina metálica. Normalmente este se usa en armaduras de Corriente Directa, sin embargo en este boletín se aplica a rotores jaula de ardilla de Corriente Alterna. El principio de funcionamiento se refiere nuevamente al transformador, ya que este consta de una bobina primaria, con un núcleo partido donde se coloca el rotor. Cuando se alimenta con CA, y se coloca el rotor, el campo magnético induce en las barras del rotor una tensión secundaria, que produce a su vez la corriente. Se coloca un amperímetro analógico El motor de inducción se puede explicar como un Transformador Eléctrico, donde el primario es el Estator, y el secundario es el Rotor, el cual está en cortocircuito y además gira. Esto permite establecer la teoría para una prueba sencilla, pero muy potente para probar Ja condición de Ja Jaula de Ardilla del motor de inducción. La figura siguiente muestra el principio básico del transformador eléctrico: cuando se colocan bobinas en un núcleo magnético, que las liga magnéticamente , al alimentar la bobina primaria, el flujo variable concentrado en el núcleo induce una tensión secundaria. Esto Jo estableció Faraday en 1831, en su conocida Ley de l11d11cció11, q ue dice: el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que Ja atraviesa. Nótese que esto sostiene que no hay transformadores de corriente directa.

Pruebas en Motores armados y grandes En motores grandes o armados, no es posible usar un Growler, que es mayormen te usado en motores pequeños. Por lo tanto. se recomienda la prueba cuando se tengan dudas de la condición de la Jaula de Ardilla, principalmen te por alguno de los siguientes síntomas: • Vibración no expl icada por situaciones mecánicas, ni por armónicos eléctricos. • Problemas de arranque, con pérdida de potencia. • Pérdida de potencia del motor una vez arrancado.

4.3 Pruebas y mantenimiento a motores de C.D. 4.3 Pruebas y mantenimiento a motores de C.D. Principio de funcionamiento Según la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

    

F: Fuerza en newtons I: Intensidad que recorre el conductor en amperios L: Longitud del conductor en metros B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas phi: Angulo que forma I con B

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado. Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento. Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines. La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito. La fuerza contraelectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magnético del sistema inductor. Número de escobillas Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de delgas ha de ser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos. En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un bobinado imbricado, se deberán poner tantas escobillas como polos tiene la máquina, pero si en su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen dos trayectos de corriente paralela dentro de la máquina, en un principio es suficiente colocar dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas escobillas como polos.

Sentido de giro En máquinas de corriente directa de mediana y gran potencia, es común la fabricación de rotores con láminas de acero eléctrico para disminuir las pérdidas asociadas a los campos magnéticos variables, como las corrientes de Foucault y las producidas por el fenómeno llamado histéresis. Reversibilidad Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización. Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga. En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector delga, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica. En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal. Variaciones en el diseño del motor Los motores de corriente continua se construyen con rotores bobinados, y con estatores bobinados o de imanes permanentes. Además existen muchos tipos de motores especiales, como por ejemplo los motores sin escobillas, los servomotores y los motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corriente continua como base. Motores con estator bobinado Si el estator es bobinado, existen distintas configuraciones posibles para conectar los dos bobinados de la máquina: 

Motor serie o motor de excitación en serie: el devanado de estator y el devanado de rotor se conectan en serie.  Motor shunt o de excitación en paralelo: el devanado de estator y de rotor se conectan en paralelo.  Motor compound o motor de excitación compuesta: se utiliza una combinación de ambas configuraciones. Motores de imán permanente Los motores de imán permanente tienen algunas ventajas de rendimiento frente a los motores síncronos de corriente continua de tipo excitado y han llegado a ser el predominante en las aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeños, más ligeros, más eficaces y fiables que otras máquinas eléctricas alimentadas individualmente. Motores sin escobillas Los motores de corriente directa sin escobillas están diseñados para conmutar la tensión en sus devanados, sin sufrir desgaste mecánico. Para este efecto utilizan controladores digitales y sensores de posición. Estos motores son frecuentemente utilizados en aplicaciones de baja potencia, por ejemplo en los ventiladores de computadoras.

4.3.1 Actividades de inspección y guías de M.P. Para realizar un plan de mantenimiento de motores de corriente continua hay que saber que se tareas se deben realizar en cada periodo de tiempo en función del motor y de las condiciones ambientales de la ubicación del motor. El plan de mantenimiento a seguir es aconsejable que sea el que proporciona el fabricante del motor, adaptándolo a la instalación, a las funciones que realiza el motor y a los periodos de actividad y inactividad para aprovechar a realizar el mantenimiento preventivo que pertoque en cada momento. Los periodos del plan de mantenimiento se dividen en revisiones diarias, semanales, mensuales, semestrales, anuales y trianuales. En el plan de mantenimiento que he seguido para tener esta información es del fabricante WEG, donde no indica que se tenga que realizar revisión diaria pero partiendo que ya indica que el plan de mantenimiento es orientativo y varía dependiendo de las circunstancias que antes se han mencionado, yo he trabajado en empresas que si se hace revisión diaria del estado visual del motor, por esta razón la incluyo. Las partes a revisar de un motor para realizar un buen mantenimiento preventivo siguiendo el plan de mantenimiento deben ser: Escobillas y porta escobillas Conmutador Rodamientos, cojinetes Filtro de aire, ventilación Bobinados de la carcasa y armadura Las tareas a realizar en cada componente del motor es el siguiente: Porta escobillas Comprobar la libre circulación de las escobillas pero sin grandes holguras para evitar chispazos. Controlar la distancia entre el porta escobillas y el conmutador sea la que indica el fabricante, que suele ser igual o un poco menor a 2 mm. Escobillas Comprobar desgaste de las escobillas cambiándolas al llegar a la marca de mínimo que hay en la misma escobilla. Respetar características de las escobillas que pone el fabricante y no mezclar diferentes tipos de escobillas en uso. La cantidad de escobillas y características de las escobillas montadas por el fabricante se han tomado a partir de la potencia exigida a la máquina, al variar esta potencia de trabajo continuo se debe adecuar la cantidad o características de las escobillas a las nuevas circunstancias de trabajo para evitar desgastes prematuros de las escobillas o incluso daños en el motor.

Conmutador Es importante que el conmutador esté en buenas condiciones de trabajo teniendo que evitar grasas o aceites en la superficie del conmutador y vigilando la humedad excesiva. Los desgastes del conmutador se deben controlar, vigilando el desgaste entre la zona de paso de las escobillas y la zona por donde no pasa, teniendo que controlar el desgaste máximo, la diferencia de desgaste entre las zonas de paso de escobillas y que no se haya ovalado el conmutador teniendo los valores marcados por el fabricante como referencia. Rodamientos, cojinetes Los rodamientos se les debe controlar la temperatura evitando que exceda del valor indicado por el fabricante. Para alargar la vida útil de los cojinetes se debe lubricar correctamente en la cantidad, tipo de grasa y periodo de tiempo que marca el fabricante. Variar la cantidad por exceso o defecto puede ser perjudicial para el motor. Controlar el ruido emitido por el cojinete periódicamente nos permite controlar el buen estado del cojinete y notar si el zumbido emitido varía con el tiempo. Hay equipos especializados para oir pero un simple destornillador puesto encima de la carcasa en la zona del cojinete nos transmite el zumbido del cojinete al oido, teniendo que ser este zumbido uniforme. LA grasa es aconsejable introducirla con el motor en marcha siempre que esto no implique ningún tipo de peligro al operario. En caso de hacerlo con el motor parado, se debe introducir la mitad de la grasa y se mueve el motor durante un periodo de tiempo para que circule la grasa por todo el cojinete y se para engrasando el resto de cantidad indicada por el fabricante. Ventilación La ventilación del motor es importante para refrigerar el trabajo del motor teniendo que controlar, teniendo que controlar que el tipo de ventilación utilizada esté funcionando correctamente, como puede ser motores de ventilación giren en sentido correcto, los filtros estén limpios y en caso contrario limpiarlos como recomiende el fabricante o cambiarlo si fuese necesario. Mantener la carcasa limpia para facilitar el intercambio de calor con el exterior. En caso que el fabricante recomiende limpiarlos con agua los filtros secarlos antes de colocarlos. Resistencia de aislamiento Comprobar la resistencia de aislamiento periódicamente según indique el fabricante para comprobar el correcto aislamiento de los bobinados. Esta tarea se suele realizar con un megohmetro y debe tener un valor mínimo de aislamiento que marca el fabricante.

4.3.3 Procedimiento de servicio al conmutador y escobillas.

La mayoría de los motores de arranque tienen que ser removidos y parcialmente desmantelados (Vea Desmantelamiento de un motor de arranque) para ser inspeccionados o para que sus escobillas sean cambiadas. Sin embargo algunos tienen una banda extraíble, que permite el control de al menos dos de las escobillas con el motor en posición. Sólo en algunos es posible reemplazar las escobillas con el motor en su lugar, a través de un agujero ubicado a un lado de la tapa trasera. En todos los arranques de inercia, con conmutadores de tipo cara, las escobillas pueden ser reemplazadas sin la necesidad de tener que quitar el armazón/conmutador. En un motor de arranque pre-acoplado se retira el solenoide incorporado (Vea Desmantelamiento de un motor de arranque). Las escobillas tienen que tener 8 mm más que la escobilla principal, a menos que el manual de servicio indique otra cifra de desgaste máximo permisible para las mismas. Compruebe siempre que las nuevas escobillas se deslicen suavemente en sus guías. Si se pegan, remueva cualquier punto levantado con una lima fina. Limpie el conmutador con alcohol metilado. Deje que se seque completamente antes de volver a realizar el montaje. El uso de combustible no es recomendado ya que una chispa podría encender los vapores de éste y causar una explosión. Si el conmutador permanece descolorido, límpielo con un papel de lija nuevo. Si la superficie está muy desgastada, compre una nueva o cambie el arranque.

4.3.3 Pruebas de resistencia de aislamiento a devanados de campo y armadura. PRUEBAS EN CORRIENTE DIRECTA Cuando se prueba un bobinado con corriente directa, la distribución se basa en la Resistencia de Aislamiento, la cual es función de la geometría de la bobina en prueba y la resistividad del recorrido de la corriente. Se aplica un voltaje directo entre la bobina y tierra, usando un amperímetro de CD se mide la corriente total, y por Ley de Ohm obtenemos la resistencia de aislamiento:

Donde: IR: Resistencia de Aislamiento (Del inglés Insulation Resistance).

Si se aplica la fórmula general de resistencia, se encuentra que:

Donde: ρ: Resistividad de los materiales del camino, combina todos lo materiales presentes. L: Longitud del camino. A: Área de la sección transversal del camino. En vista que la resistividad de los materiales contaminantes presentes son bajas (Aceite, agua, polvo, fibras naturales), la resistividad del camino de la corriente en un bobinado contaminado es igualmente baja, lo que produce una IR baja, y por lo tanto obtenemos una alta corriente de fuga. La resistividad de los materiales aislantes es muy alta, y tiende a la baja con el aumento de la temperatura. Esta propiedad hace que las pruebas en CD sean útiles para encontrar contaminación dentro del sistema de aislamiento. La interpretación de los resultados es difícil y muchas producen confusión, ya que primero se debe descartar que la causa raíz de una baja Resistencia de Aislamiento se deba a alta contaminación, para luego pensar que es debido a un avanzado deterioro térmico. Dependerá mucho de los tipos de materiales aislantes utilizados en la máquina, por ejemplo: La mica es un material que tiene virtualmente una resistividad muy alta (Tiende a infinito). Analizar una máquina que incluya mica como uno de sus materiales aislantes, presenta algunas dificultades cuando se usan técnicas en corriente directa.

AISLAMIENTO EN BUEN ESTADO:

Ic > 100 veces Ir Ic adelanta a Ir cerca de 90°

AISLAMIENTO MARGINAL: Ic > 50 veces Ir Ic adelanta a Ir menos de 80°

Finalmente, en vista de las diferentes capacidades de las pruebas en CD y CA, se recomienda realizar ambo tipos para una más completa evaluación de la condición de un sistema de aislamiento de una máquina eléctrica rotativa. La figura siguiente ilustra esta situación: Figura 5 Componentes de corriente en la prueba de CA:

Las pruebas en corriente alterna tienen dos problemas significativos, que promueven más a las de corriente directa, que no tienes los inconvenientes siguientes: -

Las pruebas muestran cierta ambigüedad, ya que un bobinado bueno o marginal (En el límite aceptable) tienen altas capacitancias, esto es Ic muy altas, por lo que la interpretación de resultados puede ser complicada, es muy difícil separar ambas componentes de la corriente total. En bobinados extremadamente malos los resultados de las pruebas en CA son contundentes.

-

La cantidad de corriente que fluye en las pruebas de CA es muy superior a pruebas en CD, requiriendo equipos más grandes, con volúmenes y pesos significativos, en comparación con los de CD.

Figura 3 Prueba en Corriente Directa

PRUEBAS EN CORRIENTE ALTERNA Al aplicar voltaje de corriente alterna a una bobina en prueba, conectando este entre los terminales de la bobina y la tierra, la capacitancia del bobinado domina en la corriente de fuga. La capacitancia tiene la siguiente fórmula:

Donde: C: Capacitancia de la bobina. ε: Permitividad dieléctrica del material aislante. A: Área de la sección transversal. d: Espesor del material. El valor de la permitividad del sistema de aislamiento se afectará grandemente por la presencia de vacíos (Huecos) y agua. Por esta razón, las pruebas en corriente alterna son aplicadas a todos los tipos de materiales aislantes. A continuación se muestra el diagrama de la prueba.

La corriente total se divide en dos componentes: Una capacitiva y otra resistiva. Se ha establecido que la relación entre ambas componentes será: AISLAMIENTO EN BUEN ESTADO: Ic > 100 veces Ir Ic adelanta a Ir cerca de 90°

AISLAMIENTO MARGINAL: Ic > 50 veces Ir Ic adelanta a Ir menos de 80°

Finalmente, en vista de las diferentes capacidades de las pruebas en CD y CA, se recomienda realizar ambo tipos para una más completa evaluación de la condición de un sistema de aislamiento de una máquina eléctrica rotativa.

4.3.4 Pruebas de espiras de la armadura, Ducter.

Los puntos con alta resistencia en partes de conducción, originan caídas de voltaje, generación de calor, pérdidas de potencia, etc. La prueba se realiza en circuitos donde existen puntos de contacto a presión o deslizables, como es el caso en interruptores. Para medir la resistencia de contactos existen diferentes marcas de equipo, de diferentes rangos de medición, como ejemplo el de la marca Games J. Biddle; tiene un rango de medida de 0 a 20 Ohms. Los equipos de prueba cuentan con una fuente de corriente directa que puede ser una batería o un rectificador. RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA. A) El equipo bajo prueba debe estar desenergizado y en la posición cerrado. B) Se debe de aislar a lo posible la inducción electromagnética, ya que esta produce errores en la medición y puede dañar el equipo de prueba. C) Limpiar perfectamente bien los conectores donde se van a colocar las terminales del equipo de prueba para que no afecten a la medición. ¿QUE ES UN DUCTER? ducter sirve para medir la resistencia en ohms que hay entre los contactos que normalmente es del orden de los micro ohms otras pruebas son las de Hi-Pot o alto potencial, aislamiento etc...

4.4 Mantenimiento a maquinas eléctricas síncronas Generadores y motores síncronos.

Un generador eléctrico está formado por cuatro piezas indispensables. El inducido o bobinado, que a su vez está conformado por espirales que al rotar cortan con sus puntas las líneas de inducción del campo magnético e introducen corriente y la mantienen mientras las espirales estén en movimiento. Completan el grupo las escobillas, que son las encargadas de exteriorizar la corriente generada, y el colector, que son anillos soldados.

Para funcionar, la corriente que da este generador al exterior mediante las escobillas, invierte su sentido cada vez que el inducido o bobinado da media vuelta. Cada vez que esto pasa, la intensidad aumenta desde cero hasta cierto valor, se disminuye hasta llegar a cero nuevamente y así varía su valor de la misma manera. Partes de un Generador Eléctrico El generador eléctrico está compuesto de una serie de elementos a través de los cuales consigue operar correctamente. Motor – Es la parte más importante porque es la fuente de la fuerza mecánica inicial. Alternador – Es el encargado de la producción de la salida eléctrica y de entrada mecánica en los generadores eléctricos A su vez, alternador está formado por:  Estátor: La parte fija exterior de la máquina en la que se encuentran las bobinas inducidas que producen la corriente eléctrica. El estátor se coloca sobre una carcasa metálica que le sirve de soporte.  Rotor: Se trata del componente móvil que gira dentro del estátor y que provoca el campo magnético inductor que genera el bobinado inducido.  Sistema de combustible –En función del modelo de generador eléctrico, dispondrá con una capacidad u otra, aunque la media es de una autonomía de 6 a 8 horas.  Regulador de voltaje – Este elemento transforma el voltaje CA en CC.  Sistemas de enfriamiento y escape – Se encarga de vigilar que el generador eléctrico no se sobrecaliente y se emplea como vía al exterior.  Sistemas de lubricación – La lubricación garantiza la fluidez y la durabilidad de las actividades del generador eléctrico.

Motor sincrónico: Las Máquinas sincrónicas son maquinas rotatorias eléctricas que pueden trabajar como motor y como generador. Como motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa como generador Las máquinas sincrónicas se utiliza en mayor medida como generadores de corriente alterna que como motores de corriente alterna.

Estas máquinas no tienen par de arranque y hay que emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta la velocidad nominal de sincronismo. Utilizándose también para controlar la potencia reactiva de la red.

4.4.1 Actividades de inspección y servicio a anillos y escobillas de excitación. Sistema de excitación rotativo de corriente continua (DC) • Representan los primeros sistemas de excitación (1920-1960), fueron superados a mediados de los 60 por los sistemas de excitación de AC. ➠ aún se encuentran algunos en servicio en unidades antiguas ➠ conocer su modelo para estudios de estabilidad •Utiliza generadores de continua (excitatriz) como fuente de la potencia de excitación. • Provee la corriente del rotor Ifd a través de anillos rozantes. • La excitatriz es impulsada por un motor o por el eje del generador. • La excitatriz puede ser autoexcitada o con excitación separada. • Con excitatriz autoexcitada la salida de la excitatriz provee su propia tensión de campo. • Con excitación separada el campo de la excitatriz es provisto por una excitatriz piloto (generador de imán permanente). • Los reguladores de tensión de esta tecnología utilizan desde reóstatos hasta varias etapas de amplificación magnética o rotativa Una máquina con engranaje de escobillas funcionará correctamente sólo si los anillos deslizantes y las escobillas se inspeccionan y se someten a un mantenimiento regular. CUIDADO DE LOS ANILLOS DESLIZANTES Las superficies deslizantes de estos anillos deben mantenerse suaves y limpias. Los anillos deslizantes deben inspeccionarse y las superficies de aislamiento limpiarse. El desgaste delas escobillas produce polvo de carbón que crea puentes onductivos con facilidad entre las superficies de aislamiento. Las descargas eléctricas pueden tener lugar entre los anillos deslizantes y puede aparece un centelleo, lo que llevará a la interrupción en el funcionamiento de la máquina. La superficie de contacto de los anillos deslizantes forma una pátina, o película, junto con las escobillas. La pátina puede verse como una superficie coloreada, es un comportamiento habitual y en muchos casos un beneficio para el funcionamiento de la escobilla, por lo que la pátina no debe considerarse como un fallo en el funcionamiento y debería limpiarse.

PERIODO DE PARADA Cuando se produce un periodo de parada largo, las escobillas deben levantarse. Durante el transporte, almacenamiento, instalación o interrupciones largas, las superficies deslizantes de los anillos deslizantes deben mancharse o cubrirse con suciedad, etc. Antes de reiniciar la máquina, las superficies deslizantes deben inspeccionarse y limpiarse. DESGASTE En caso de que los anillos deslizantes se hayan vuelto ásperos o irregulares, deberían conectarse a tierra o tratarlos en un torno. La asimetría de todo el diámetro del anillo debe ser inferior a 1 mm, pero por una poca distancia, un valor máxmio de 0,2 mm está permitido. En caso de que los anillos deslizantes se gasten o estén quemados, debe montar unos nuevos. Mida la excentricidad de los anillos deslizantes usando un calibrador indicador graduado. Deje que el punto de medición descanse en el anillo deslizante o en la superficie exterior de la escobilla. Se registran los valores más altos y más bajos durante un giro del eje. La diferencia entre los valores máximo y mínimo no debe ser mayor de 1 mm y localmente no mayor de 0,2 mm. La diferencia de los diámetros exteriores de los dos anillos deslizantes no debe ser preferiblemente superior a 2 mm. CUIDADO DEL ENGRANAJE DE ESCOBILLAS El engranaje de escobillas deben inspeccionarse y las superficies de aislamiento limpiarse. El desgaste delas escobillas produce polvo de carbón que crea puentes conductivos con facilidad entre las superficies de aislamiento. El polvo de carbón se elimina mejor aspirando el engranaje de escobillas. PRESIÓN DE LAS ESCOBILLAS La presión de las escobillas debe distribuirse regularmente sobre toda la superficie de contacto, es decir, la escobilla debe adaptarse a la curvatura del anillo deslizante. La presión de las escobillas es uno de los factores más importantes del funcionamiento de las escobillas. La presión debe ser de 18-20 mN/mm2 (180-200 g/cm2). Utilice una balanza de resorte para medir la presión de las escobillas. Fije una balanza de resorte a la punta de la palanca presionando las escobillas y tirando en dirección radial hasta que no haya presión en las escobillas. Coloque un pedazo de papel entre las escobillas y la palanca de presión para detectar si ya no hay más presión. Consulte la Figura 79 Comprobación de la presión de las escobillas con balanza de resorte.

DESGASTE DE ESCOBILLAS Si las escobillas se desgastan rápidamente o de forma desigual, deben observarse los puntos siguientes: • Asegúrese de que las escobillas se encuentran en buen estado y de que puedan moverse libremente en sus portaescobillas. • Compruebe que los cables con conectores que están unidos a las escobillas se encuentren en buen estado y que estén conectados de forma fiable. • Elimina el polvo de carbono con ayuda de un aspirador. CHISPAS EN LAS ESCOBILLAS La posible aparición de chispas en las escobillas puede observarse a través de una ventana situada en la envolvente de los anillos deslizantes. Con frecuencia, la aparición de chispas inicia un funcionamiento inadecuado. Es necesario tomar medidas inmediatamente para prevenir la aparición de chispas. De deben eliminar los motivos de la aparición de chispas y restaurarse el funcionamiento sin alteraciones. Causas posibles de la aparición de chispas: • Situación de carga inadecuada • Escobillas adheridas a sus portaescobillas • Escobillas demasiado sueltas en sus portaescobillas • Conexión suelta de un borne de escobilla • Contacto imperfecto de las escobillas • Presión de las escobillas incorrecta o desigual • Deterioro en las superficies de deslizamiento de los anillos deslizantes • Tipo de escobillas no aceptable para las condiciones de funcionamiento • Desalineación de los acoplamientos de eje • Máquina no equilibrada • Rodamientos desgastados, con consecuencia de entrehierros desiguales

ANILLOS COLECTORES (para motores con rotor bobinado) Estos deberán ser mantenidos limpios y lisos. La limpieza deberá ser hecha a cada mes, ocasión en que deberá ser retirado el polvo depositado entre las anillos (ver ítem 4.10). En caso de desmontaje de los anillos colectores, el montaje debe garantizar su centralización evitando ovalización o golpes radiales. También deberá ser garantizado el correcto posicionamiento de las escobillas sobre los anillos (100% de contacto). Si estos cuidados no son tomados, ocurrirán problemas de desgaste de los anillos colectores y escobillas. PORTAESCOBILLAS Y ESCOBILLAS (para motores con rotor bobinado) Los portaescobillas deben quedar en sentido radial con referencia al anillo colector, y separados 4mm como máximo, de la superficie de contacto, con la finalidad de evitar ruptura o daños de las escobillas (figura 4.6).

ESCOBILLAS Los motores eléctricos dotados de anillos colectoras, son entregados con un determinado tipo de escobillas, que son especificadas para la potencia nominal del motor. Nunca deben mezclarse sobre el mismo anillo,escobillas de tipos diferentes. Cualquier alteración en el tipo de escobilla solamente será hecha, con la autorización de la Weg Máquinas, porque las diferentes especies de escobillas provocan modificaciones en el comportamiento de la máquina en servicio. Las escobillas funcionamiento.

deberán

ser

observadas

semanalmente

durante

el

Las que revelan desgaste, ultrapasando la marca indicada en figura 4.7, deberán ser substituidas en tiempo hábil.

Por ocasión del cambio y siempre que sea posible deberá ser substituido para cada anillo, primeramente una escobilla, cambiándose el segundo después de haber pasado algún tiempo, a fin de dar tiempo necesario para su asentamiento. Al ser substituidas, las escobillas deberán ser lijadas a fin de que se moldeen perfectamente a la curvatura de la superficie del anillo (mínimo 75%).

Figura 4.7 - Marca de desgaste de la escobilla. En máquinas que se trabajan siempre con el mismo sentido de rotación, el asentamiento de las escobillas deberá ser hecho solamente en el mismo sentido y no en movimientos alternados, debiendo ser levantada la escobilla durante el movimiento de retorno del eje (figura 4.8).

Figura 4.8 - Asentamiento de las escobillas. Las escobillas deberán asentar con una presión uniforme sobre la superficie de contacto, para que quede asegurada una distribuición uniforme de la corriente y un bajo desgaste de las escobillas. Es importante que en todas las escobillas montadas, la presión sea igual, con una tolerancia de más o menos 10%. Desvios mayores llevan a una distribuición desigual de la corriente y con eso hay desgastes desiguales de las escobillas. El control de la presión de las escobillas es hecho con un dinamómetro. Resortes cansados deben ser substituidos.

4.4.2 Rodamientos, clasificación, tipos y su lubricación. Clasificación de los rodamientos Los rodamientos se dividen en dos grupos principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos. Los rodamientos de bolas se clasifican de acuerdo con la forma del anillo: rígidos de bolas y de magneto. Los rodamientos de rodillos a su vez se clasifican de acuerdo al tipo de rodillo: cilíndrico, de agujas, cónicos y esféricos. Los rodamientos también pueden ser clasificados de acuerdo con la dirección de la carga aplicada: rodamientos radiales y rodamientos axiales. Otros métodos de clasificación pueden hacerse teniendo en cuenta:  

números de filas de rodamientos separables o no separables

En cualquier caso, también existen otro tipo de rodamientos, diseñados según requerimientos del cliente, o fabricados en materiales especiales, como cerámica, resinas, aceros inoxidables, etc., o sometidos a tratamientos especiales. Características de los rodamientos Los rodamientos se fabrican en muchos tamaños y variedades, cada cual con sus propias características. Sin embargo, cuando los comparamos con los casquillos, los rodamientos tienen las siguientes ventajas:      

Su par inicial es bajo y la diferencia entre su par inicial y su par de funcionamiento es pequeña Con el avance de la normalización a nivel mundial, los rodamientos están disponibles y son intercambiables internacionalmente Son fáciles de lubricar y consumen menos lubricante Como regla general, un rodamiento puede soportar cargas radiales y axiales simultáneamente o independientemente Los rodamientos se pueden precargar para obtener un juego negativo y obtener una mayor rigidez Pueden ser utilizados dentro de un gran rango de temperaturas

Las características de los rodamientos más comunes se describen a continuación:

Rodamientos de 1 hilera de bolas de ranura profunda Los rodamientos rígidos de bolas son el tipo más común. Su campo de aplicación es muy amplio. Las ranuras de los carriles de rodadura de los aros interior y exterior constan de arcos circulares con un radio ligeramente mayor que el de las bolas. Además de las cargas radiales, pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones. Dado que su par es bajo, no son aconsejables en aplicaciones con altas velocidades y bajas pérdidas de potencia. Además de los rodamientos de tipo abierto, estos rodamientos frecuentemente incorporan blindajes de acero o sellados de caucho en una o ambas caras y están prelubricados de grasa. A veces también se utilizan anillos de resorte sobre el aro exterior. El tipo más común de jaula es el de acero estampado. Rodamientos de 1 hilera de bolas de contacto angular Los rodamientos individuales de este tipo son capaces de soportar cargas radiales y axiales en una dirección. Están disponibles en cuatro ángulos de contacto: 15º, 25º, 30º y 40º. Cuanto mayor es el ángulo de contacto, mayor carga axial. Para aplicaciones a altas velocidades son preferibles los de menor contacto angular. Habitualmente se montan emparejados y se debe ajustar correctamente el juego entre ambos. Las jaulas de acero estampado son las más usuales. Rodamientos dúplex A la combinación de 2 rodamientos radiales se les denomina par duplex. Estas combinaciones se suelen formar utilizando rodamientos de bolas de contacto angular o rodamientos de rodillos cónicos. Las posibles combinaciones son: cara-a-cara, la cual une las caras del aro exterior (tipo DF); espalda-a-espalda, (tipo DB), o bien las dos caras en la misma dirección (tipo DT). Los rodamientos duplex del tipo DF y DB pueden soportar cargas radiales y axiales en cualquier dirección. El tipo DT se utiliza cuando existe una gran carga en una dirección y es necesario repartirla equitativamente sobre los dos rodamientos. Rodamientos de 2 hileras de bolas de contacto angular Los rodamientos de doble hilera de bolas de contacto angular constan de 2 rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular montadas espalda-aespalda. La diferencia con los anteriores está en que constan sólo de 1 aro interior y 1 aro exterior que contienen 2 caminos de rodadura cada uno. Pueden soportar cargas axiales en cualquier dirección. Rodamientos de bolas de 4 puntos de contacto Los rodamientos de 4 puntos de contacto tienen los aros interior y exterior separables, ya que el aro interior está seccionado en sentido radial. Ambos pueden soportar cargas axiales. Las bolas tienen un ángulo de contacto de 35º con cada aro. Este tipo de rodamiento puede sustituir una combinación cara-acara o espalda-a-espalda de rodamientos de contacto angular. Las jaulas suelen ser de latón mecanizadas.

Rodamientos de rodillos cilíndricos En este tipo de rodamientos, los rodillos cilíndricos están en contacto lineal con los caminos de rodadura. Tienen una alta capacidad de carga radial y son aconsejables para altas velocidades. Existen los siguientes tipos. NU, NJ, N o NF para rodamientos de una hilera, y NNU o NN para rodamientos de doble hilera. Los aros interior y exterior de todos estos tipos son separables. Algunos rodamientos de este tipo carecen de reborde en ambos aros, lo que permite que ambos aros puedan desplazarse axialmente uno respecto al otro. Este rodamiento puede ser utilizado como rodamiento de extremo libre. Los rodamientos de rodillos cuyo aro interior o exterior consta de rebordes a ambos lados, mientras que el otro aro no consta de reborde alguno, pueden soportar cargas axiales en una dirección. Los rodamientos de doble hilera de rodillos cilíndricos poseen alta rigidez radial y se usan principalmente en máquinasherramientas de precisión. Generalmente se utilizan jaulas de acero pretensado o de latón mecanizado, aunque a veces se utilizan de poliamida moldeada. Rodamientos de agujas Los rodamientos de agujas están compuestos de finos rodillos de una longitud que va de tres a diez veces su diámetro. Por lo tanto, la relación entre el diámetro exterior del rodamiento y el diámetro del círculo inscrito es pequeña y poseen una capacidad de carga bastante alta. Existen muchos tipos, de los cuales bastantes carecen del aro interior. El tipo de copa-estirada consta de aro exterior de acero pretensado, mientras que el tipo sólido consta de aro exterior mecanizado. Existen también montajes de jaula y agujas que carecen de aros. La mayoría de estos rodamientos tienen jaulas de acero pretensado, aunque algunos carecen de jaula. Rodamientos de rodillos esféricos Los rodamientos de rodillos esféricos constan de rodillos en forma de barril. El aro interior tiene dos caminos de rodadura, mientras que el aro exterior tiene un solo camino de forma esférica. Debido a que el centro de curvatura del camino de rodadura del aro exterior coincide con el eje del rodamiento, son autoalineantes. Estos rodamientos pueden soportar grandes cargas radiales y algunas cargas axiales en cualquier dirección. Tienen una gran capacidad de carga radial. Algunos rodamientos tienen agujero cónico y pueden ser montados directamente sobre ejes cónicos o bien sobre ejes cilíndricos con la ayuda de un manguito. Las jaulas son de acero pretensado, latón mecanizado o de poliamida moldeada. Rodamientos de rodillos cónicos Los rodamientos de este tipo constan de rodillos cónicos guiados por un reborde en la parte posterior del cono. Pueden soportar altas cargas radiales y también cargas axiales en una sola dirección. Normalmente son montados de manera similar a la de los rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular. Puesto que son separables los conjuntos de conos y aros pueden ser montados independientemente. Estos rodamientos se dividen en tres tipos atendiendo al

ángulo de contacto: de ángulo normal, de ángulo medio y de ángulo pronunciado. Generalmente se utilizan jaulas de acero pretensado. Rodamientos de bolas de empuje de una sola dirección Los rodamientos axiales de bolas de una sola dirección constan de aros en forma de arandela con caminos de rodadura. Al aro ajustado al eje se le denomina aro del eje, mientras que al aro fijado en el alojamiento se le denomina aro del alojamiento. En los rodamientos axiales de bolas de doble dirección hay 3 aros, de los cuales el central es el que se fija al eje. También existen rodamientos axiales de bolas con asiento de alineación debajo del aro exterior, cuya finalidad es compensar errores de montaje o desalineamientos del eje. Normalmente las jaulas son de acero pretensado para tamaños pequeños y de latón mecanizado para tamaños grandes. Rodamientos de rodillos a rótula Estos rodamientos poseen un camino de rodadura esférico en el aro del alojamiento y de rodillos en forma de barril dispuestos oblicuamente a su alrededor. Ya que el camino de rodadura del aro exterior es esférico, este tipo de rodamientos son autoalineantes. Tienen una gran capacidad de carga axial y pueden soportar cargas radiales moderadas una vez aplicada la carga axial. Las jaulas suelen ser de acero pretensado o latón mecanizado. Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos soportan cargas axiales en una única dirección. Soportan cargas axiales muy altas pero no fuerzas radiales. Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos son sólo adecuados para aplicaciones de baja velocidad. Rodamientos completamente llenos de rodillos Los rodamientos NNF completamente llenos de rodillos tienen un anillo interior compuesto por 2 piezas y 3 pestañas integrales y se mantienen unidos mediante un anillo de retención. Este rodamiento se fabrica con 2 obturaciones como estándar. Se utilizan principalmente en poleas o máquinas elevadoras.

4.4.3 Características de cojinetes, chumaceras y lubricación por aceite.

Cojinetes Generalidades. Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su rotación y evitar deslizamientos.

Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje. Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que estén hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamente separados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del que están formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, el rozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga y temperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y parada), los cojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no seca, haciendo inevitable el contacto directo entre las superficies de fricción. Por lo anteriormente mencionado, se han de tener en cuenta unas cualidades importantes que ayuden a la construcción de los cojinetes: 

El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido.



El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no se produzca una acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando el ajuste creado.



El material debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.

Clasificación de los cojinetes

Los cojinetes se clasifican en cojinetes de fricción y de rodamiento. En los cojinetes de fricción, los árboles giran con deslizamiento en sus apoyos. En los de rodamiento, entre el árbol y su apoyo se interponen esferas, cilindros o conos, logrando que el rozamiento sea solo de rodadura cuyo coeficiente es notablemente menor. Por la dirección del esfuerzo que soportan se clasifican los cojinetes en:   

Los cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la dirección del radio. Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la dirección del eje Los cojinetes mixtos hacen al mismo tiempo el efecto de los cojinetes radiales y axiales.

Tipos de cojinetes Clasificación de los cojinetes:  

Cojinetes de fricción Rodamientos

Ranuras de engrase Para garantizar un perfecto rodaje y conservación de la forma geométrica y dimensiones del agujero del cojinete es importante mantener una adecuada lubricación. Para ello debemos conocer la forma y situación que deben tener las ranuras de engrase del cojinete. En un árbol en reposo la presión del lubricante esta centrada. Si el eje gira a poca velocidad, la línea de presión sufre un desplazamiento en sentido contrario al giro. Existen tambien cojinetes autolubricados, los cuales estan hechos de un material sinterizado, a base de bronce, cobre y hierro con gran porosidad y capaz de retener hasta un 30-40% de su volumen de aceite haciéndoles destinados para soportar pequeñas cargas a costa de un inconveniente bastante importante como es el que no se puede utilizar en contacto directo con el agua y otros fluidos, al igual que tampoco puede superar temperaturas más elevadas de 100ºC.

Chumaceras Las chumaceras NTN se componen de un rodamiento rígido de bolas con anillo interior extendido y un alojamiento (housing) hecho de hierro fundido (alto grado) o de acero prensado, disponibles en variadas formas. La superficie exterior del rodamiento y la superficie interna de la chumacera tienen forma esférica, lo que permite compensar un cierto grado de desalineación.: Las chumaceras se clasifican como sigue: a) b) c) d) e) f) g)

Chumaceras de piso. Chumaceras de pared de 4 agujeros. Chumaceras de pared de 2 agujeros. Chumaceras de cartucho Chumaceras redondas de 4 agujeros Chumaceras colgantes Chumaceras tensoras

Los rodamientos o repuestos de chumacera tienen 2 tipos diferentes formas de fijación al eje: •

Mediante prisioneros con cabeza esférica ubicados en el extremo alargado del anillo Interior. Series UC, UCX, AS, UR, AR, UCS, ASS.

• Mediante un collarín excéntrico el cual se inserta en el

•

extremo del anillo interior girándolo en el sentido de la rotación del eje. Series UEL, AEL, JEL, REL, UELS,AELS, JELS. Mediante un adaptador cónico (manguito de fijación). Series UK; UKX.

Las chumaceras con rodamientos de bolas pueden ser relibricables y no relubricables, la selección del tipo depende de las necesidades de la aplicación.

4.4.4 Alineación de máquinas, conceptos generales.

Qué es la alineación de ejes de máquinas rotativas industriales? Definición de alineación de ejes La alineación de ejes de máquinas rotativas es el proceso mediante el cual una o dos máquinas (normalmente un motor o una bomba) se posicionan de tal manera que el punto de energía se transfiera de un eje hacia el otro, haciendo que los ejes de rotación de ambas piezas estén co-alineados cuando la máquina esté en funcionamiento en condiciones normales. Como con cualquier definición estándar hay excepciones.

Algunos tipos de acoplamientos, por ejemplo los acoplamientos de engranajes o ejes cardan, necesitan de una determinada desalineación para asegurar la correcta lubricación cuando están en funcionamiento. Los puntos importantes para tener en cuenta en la definición anterior son: En el punto de transferencia de energía Todos los ejes tienen algún tipo de catenaria debido a su propio peso, por lo que los ejes no están rectos, y por lo tanto la localización donde la alineación de los dos ejes puede ser comparada es sólo en el punto de transmisión de energía de un eje al otro. los ejes de rotación No se debe confundir la alineación de ejes de máquinas con la alineación de los acoplamientos. En el punto de transferencia de energía Todos los ejes tienen algún tipo de catenaria debido a su propio peso, por lo que los ejes no están rectos, y por lo tanto la localización donde la alineación de los dos ejes puede ser comparada es sólo en el punto de transmisión de energía de un eje al otro.

Catenaria de la maquinaria La cantidad de desviación de una máquina depende de diversos factores como la rigidez de los ejes, la cantidad de peso entre los soportes colgantes, el diseño del soporte y la distancia entre los soportes.

los ejes de rotación No se debe confundir la alineación de ejes de máquinas con la alineación de los acoplamientos. Las superficies de acoplamiento no deben ser usadas para medir las condiciones de alineación ya que no representan los ejes de rotación de los propios ejes. Para ahorrar en los costes de mantenimiento, las superficies de acoplamiento se tratan sólo de manera superficial o no se tratan para nada.

4.4.5 Análisis de vibración, causas y criterios de evaluación. La correcta interpretación de las medidas de vibraciones en la maquinaria industrial permite minimizar las averías en estado latente y reducir los costes de las reparaciones Hay que tener en cuenta que todas las máquinas vibran, debido a las tolerancias inherentes a cada uno de sus elementos constructivos. Estas tolerancias proporcionan a una máquina nueva una vibración característica básica mediante la cual comparar futuras vibraciones para su correcta evaluación. Máquinas similares, funcionando en buenas condiciones, tendrán similares características de vibraciones. Un cambio en la vibración básica de una máquina, funcionando en condiciones normales, será indicativo de que algún defecto incipiente se está dando en alguno de sus elementos. Diferentes tipos de fallos dan lugar a diferentes tipos de cambio de vibración característica de la máquina. Máquinas rotativas Un tren de maquinaria consiste en una fuente de potencia (motor eléctrico), unos acoplamientos intermedios (correas, embragues, cajas de cambio, etc.) y toda una serie de elementos móviles como bombas, ventiladores, etc. Todo elemento de un tren de maquinaria genera fuerzas dinámicas durante el funcionamiento de la máquina. Cada una de estas fuerzas dará lugar a frecuencias de vibración, que identificarán a los distintos elementos de la máquina. Si todos los elementos de una máquina están unidos entre sí, las frecuencias de vibración de cada uno de los componentes de la misma se transmitirán en su totalidad. Causas más comunes de fallo

Fallos en acoplamientos

Desequilibrios No es necesario que exista un desequilibrio mecánico real, para que exista un desequilibrio en la máquina. La inestabilidad aerodinámica o hidráulica, también puede crear una condición de desequilibrio en la máquina.

Desalineamiento Es el defecto más usual en la industria. El desalineamiento se produce entre dos ejes conectados mediante acoplamientos. También puede existir entre los cojinetes de un eje sólido, o entre otros dos puntos de la máquina. – Desalineación paralela: se presenta entre dos ejes entre sí cuando no están en el mismo plano. Este tipo de desalineación generará una vibración radial – Desalineación angular: se produce cuando los ejes no están paralelos entre sí, es decir, entre los ejes existe un pequeño ángulo. Este tipo de desalineación generará una vibración axial En conclusión, se puede decir que si en un acoplamiento se notan niveles elevados de vibraciones del tipo radial (perpendicular al eje), casi con toda seguridad sufre una desalineación paralela de los ejes acoplados. Si se miden niveles anormales de vibraciones del tipo axial (paralelo al eje), se puede asegurar con poco margen de error que ese acoplamiento sufre una desalineación angular de los ejes acoplados. Falta de apriete en los elementos de unión

Si al realizar las mediciones se observan niveles de vibración anormales, antes de realizar cualquier otra medición, se debe comprobar que los elementos de apoyo o unión están bien sujetos y no sufren holgura. Si este fallo existiera se producirían vibraciones sin que la máquina estuviera averiada. Si se tuviera sospecha de que los anclajes están en malas condiciones, se deberán tomar medidas, tanto axiales como radiales, en los puntos de unión o anclajes, ya que puede que no absorban bien las vibraciones existentes en el tren de maquinaria.

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Conclusión En este proyecto aprendimos el funcionamiento real de un motor, como encontrar fallas, y lo mas importante el desglose de las piezas de estas máquinas electromecánicas eléctricas, como relación del tema observamos el mantenimiento de ellas y en forma descriptiva el cómo saber cuándo requiere mantenimiento esta máquina, También en que es un aprendizaje más y un nuevo conocimiento adquirido para un futuro trabajo laboral, tomando en cuenta que, los motores son máquinas eléctricas muy importantes en los aparatos que usamos a diario, como una licuadora, una lavadora, un carro, un taladro. Se usan en muchas cosas que utilizamos a diario y nos ayuda a tener una mejor calidad de vida.