Mantenimiento de Motores. Introducción

Transcripción

1 Introducción Un motor, es una máquina que convierte energía en movimiento o trabajo mecánico. La energía se suministra en forma de combustible químico, como gasoil, vapor de agua o electricidad, y el trabajo mecánico que proporciona suele ser el movimiento rotatorio de un árbol o eje. El motor Eléctrico Los motores eléctricos, son máquinas que se utilizan para convertir la energía eléctrica en mecánica, con medios electromagnéticos Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los motores. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético se induce una corriente eléctrica. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor. 1

2 El motor eléctrico trifásico Constitución. La máquina de inducción está constituida por: -una corona estatórica de chapas magnéticas: de 0,35 a 0,5 mm de espesor aisladas entre sí, ranuradas interiormente y convenientemente prensadas y sujetas a una carcasa de aluminio, fundición de hierro o a un marco de acero soldado; -un devanado polifásico distribuido, alojado en el ranurado del paquete estatórico. -una corona rotórica, de chapas magnéticas apiladas directamente sobre el eje en las máquinas pequeñas, o sobre una linterna de acero soldada al eje en las maquinas de potencias medias y grandes, ranurada exteriormente, o cerca de la periferia; -un devanado dispuesto en las ranuras del rotor. El motor eléctrico trifásico Constitución. 2

3 El motor eléctrico trifásico Constitución. Estator Terminado El motor eléctrico trifásico Constitución. Carcasa de aluminio 3

4 El motor eléctrico trifásico Constitución. Las ranuras del rotor pueden presentar una mayor diversidad en su formato dependiendo del tipo de arrollamiento que se adopte. Estas ranuras pueden ser básicamente semicerradas en los motores de rotor bobinado y cerradas en los de jaula de ardilla de fundición de aluminio Cabe aclarar que para los motores de jaula con espiras de cobre se emplean también ranuras semicerradas Ranuras rotóricas cerradas (rotor de jaula) El motor eléctrico trifásico Constitución. Cada una de las láminas del rotor se monta defasada de la siguiente, este defasaje es de un paso. Varillas de Aluminio fundido Aletas de ventilación Aro de Aluminio Aro frontal de aluminio fundido Chapas de hierro silicio 4

5 El motor eléctrico trifásico Constitución. Rotor Terminado El motor eléctrico trifásico Constitución. Caja de conexiones Rodamientos Carcasa Escudos Arandela de sujeción Rotor Estator Ventilación 5

6 El motor eléctrico trifásico Principio de funcionamiento El campo magnético es la base del funcionamiento de las máquinas eléctricas, en función del tipo de alimentación podemos tener: Campo fijo: Son los que no varían su dirección en el espacio. Sí pueden cambiar su sentido, lo que depende del tipo de alimentación (continua o alterna) a los devanados. Campo giratorio: Son campos de valor constante pero giratorios en el espacio a una cierta velocidad angular ws y se obtienen por combinación de campos alternativos. Los motores trifásicos emplean campos giratorios para su funcionamiento 6

7 El motor eléctrico trifásico Principio de funcionamiento Campo giratorio: Si tenemos tres bobinas iguales conectadas a una red trifásica y colocadas a 120º geométricos entre sí, el campo resultante será la suma en cada instante de los campos de cada una de las bobinas. Al mismo tiempo estos campos son proporcionales a las corrientes que circulan por ellas. Mantener un motor es: Mantenimiento Preservar que las condiciones de uso y de accionamiento sean aproximadamente las mismas que se fijaron para su elección. Esto implica una serie de verificaciones, la reposición de lubricantes y elementos desgastados y la reparación de daños incipientes que pudieran detectarse. Podemos separar las tareas en dos: Mantenimiento Eléctrico y Mecánico 7

8 Mantenimiento Mecánico Reengrase de los rodamientos. La experiencia y el conocimiento de los elementos que pueden afectar el correcto estado de la grasa son los mejores indicadores para establecer los lapsos de reengrase. Si no se cuenta con una evaluación concreta de esto, es conveniente efectuar inspecciones a menudo, observando el estado de la grasa mediante el retiro de las tapas que dejan al descubierto el rodamiento. El reengrase debe efectuarse entre 500 y 200 horas de servicio del motor, y se efectuará retirando la grasa usada, desmontando el rodamiento y lavándolo. El deterioro del lubricante se reconoce por el cambio de consistencia o del color, o por la presencia de suciedad. Mantenimiento Mecánico Auscultación de los rodamientos. Con la ayuda de un estetoscopio o de un destornillador se obtiene, mediante el ruido escuchado, una idea del estado de los rodamientos. Como para el diagnóstico es necesaria cierta pericia, es aconsejable el uso de un probador de rodamientos, el cual mediante el análisis de las vibraciones señala claramente el estado y la eventual necesidad del cambio del rodamiento. Sin embargo, antes del reemplazo es necesario lavarlo y probarlo con grasa nueva para establecer si subsiste la anomalía. 8

9 Mantenimiento Mecánico Revisión de los cojinetes a fricción. En los casos que se tengan cojinetes a fricción, se vigilará su temperatura. Las causas de una elevación inadmisible podrán ser: - Excesiva tensión de la correa si la hubiera. - Inmovilidad de alguno o varios anillos levanta aceite - Superficie áspera de los cojinetes y del eje. - Perdidas de alineación del eje. Las inspecciones a realizar consistirán en verificar el nivel del líquido, la ausencia de pérdidas y el correcto funcionamiento de los anillos. Se procederá a renovar el aceite cada 6 ó 10 meses, o antes si se viera sucio. Mantenimiento Mecánico Vibraciones. IEC e ISO 2373 admiten 1.8mm/s en motores chicos 2.8 a 3.5 en motores medianos y grandes La permanencia en valores bajos de las vibraciones, indica que no hay cambios en la geometría de las masas rotantes ni en la alineación y fijación del motor. Conviene tener presente que vibraciones elevadas o mantenidas por largo tiempo dañarán sensiblemente los rodamientos y los cojinetes. 9

10 Mantenimiento Mecánico Fijación del motor y de los elementos de acoplamiento o transmisión. Será conveniente verificar periódicamente las condiciones de fijación del motor a su base, con más frecuencia durante los primeros meses de su funcionamiento. Además, como algunas veces los inconvenientes en los elementos accionados por el motor derivan problemas de éste, es aconsejable extender la revisión mecánica sobre el acoplamiento o la transmisión. Se mencionan a título de ejemplo algunos controles: alineación y tensado de la correa, lubricación de los reductores y cajas de velocidad, alineación y fijación de los pernos en los acoples, etc. Mantenimiento Eléctrico Características de la corriente consumida. Se verifica la constancia de la intensidad de corriente consumida por el motor cuando funciona con carga estable y, simultáneamente, en el caso del motor trifásico, si son prácticamente iguales las corrientes en las tres fases. Si se observan fluctuaciones de la corriente con carga constante, se procederá a revisar la jaula del rotor. Si se aprecian diferencias entre las intensidades de corriente de las tres fases, se revisará el bobinado estatórico. Esta observación puede hacerse mediante instrumentos ubicados en el tablero de control, si los hubiera, o con una pinza amperométrica. 10

11 Mantenimiento Eléctrico Tensión de la red y carga del motor. Se controlan los valores de tensión en bornes del motor y de la corriente consumida a plena carga, para comprobar que el funcionamiento se desarrolla en las condiciones prefijadas. Corrientes mayores que la nominal llevan a calentamientos que reducen la vida útil del motor. Arranque. Observar un arranque para verificar su correcta acción, controlando la actuación de los elementos de maniobra. Deben revisarse los contactos de los guardamotores, interruptores y contactores, reemplazándolos a estos últimos cuando sea necesario. Mantenimiento Eléctrico Elementos de protección. Verificar las protecciones termomagnéticas, para comprobar que estén bien reguladas. Conexionado y puesta a tierra. Conviene controlar periódicamente el apriete de todas las conexiones y la rigidez de los empalmes y terminales, para asegurar que no queden elementos flojos que originen calentamientos localizados excesivos, que podrían provocar incluso el incendio del motor. Valores de apriete recomendados, en Nm. φ del borne M5 M6 M8 M10 M12 M16 Mínimo Máximo

12 Mantenimiento Eléctrico Estado del aislamiento. Un indicador del estado del aislamiento es la resistencia de aislamiento de los bobinados. Este valor a temperatura de régimen (entre 80 C y 100 C aproximadamente) deberá superar al obtenido con la siguiente expresión: Tensión no min al del motor [ V ] Re sistencia de aislación = Potencia del motor [ KVA] Y no debe ser menor a 1 MW. El elemento de medición será un meger, de un valor de tensión similar a la de la tensión nominal del motor. Mantenimiento Eléctrico Estado del aislamiento. (Cont.) En el supuesto caso de no alcanzar el valor indicado, deberá procederse a: - La limpieza del bobinado, puesto que el depósito de suciedad es lo que más comúnmente reduce la resistencia de aislamiento, si este paso no da resultado; - Se procede al secado, considerando que la causa es la presencia de humedad. La tarea de limpieza del bobinado se realizará con el motor abierto, mediante el sopleteado de aire a presión, o la aplicación de un cepillo suave. Ante la presencia de aceite o grasa, se sopleteará con algún solvente, asegurándose que éste no ataque químicamente la aislamiento. Se recomienda el tetracloruro de carbono ya que, además, no es inflamable. 12

13 Mantenimiento Eléctrico Estado del aislamiento. (Cont.) La aplicación de un nuevo barnizado no debe entenderse como necesaria. Cuando se midan valores relativamente altos de la resistencia de aislamiento, no se ejecutará. (El aumento del recubrimiento de material aislante reduce la capacidad de disipación térmica). Solamente se procede a barnizar cuando se vean claras muestras de erosión química o mecánica del aislamiento y se asegure que el barniz penetre a los lugares más necesarios, que en general no son las cabezas de las bobinas. Mantenimiento Eléctrico Estado del aislamiento. (Cont.) Si fuera menester la operación de secado, se puede emplear cualquiera de los siguientes métodos, en función del volumen del motor y de las instalaciones con que se cuente: - Cubriendo el motor con una lona y distribuyendo interiormente lámparas o resistencias calefactoras. Se dejará camino a la aireación de manera de evacuar la humedad o se agregará un ventilador. - Mediante horno o estufa. - Por circulación de corriente continua o alterna, requiriéndose un valor menor que el nominal y una tensión de alimentación reducida. NOTA: controlar la temperatura de los arrollamientos para que no superen los valores límites correspondientes a su clase de aislamiento. Para ello se ubiican varios termómetros sobre el bobinado. Como regla general puede considerarse que no se deben superar los 90 C durante el secado, ni los 5 C por hora de incremento mientras llega a esa temperatura. 13

14 Mantenimiento Eléctrico Limpieza. En ambientes de gran suciedad o con partículas en suspensión, se instalarán motores del grado de protección adecuado. Aún en este caso, será necesaria una permanente vigilancia, con revisiones periódicas para evaluar y prevenir las consecuencias de la acción de partículas sobre la aislamiento. En motores abiertos, lo dicho es esencial. La limpieza periódica, realizada en la forma ya indicada, será la primera acción a seguir, el agregado de sistemas filtrantes en el circuito del aire de ventilación será solución cuando aquella sea requerida con mucha frecuencia. En este último caso será conveniente verificar que la ventilación no se ha empobrecido, lo que provocaría incrementos del calentamiento. Mantenimiento Eléctrico Revisión de rotor. Motores de Jaula: La revisión de la jaula podrá prevenir en alguna medida un futuro defecto. En general solo cabrá una inspección visual, buscando algún indicio de anormalidades. En caso de jaulas de cobre, se observarán sus soldaduras y rigidez mecánica. Revisión de otros elementos del motor: Centrífugo y condensadores. Centrífugo: Se controlará su accionamiento: carrera suave y suficiente superficie de contacto eléctrico. En el caso que esta última sea escasa, se podrá corregir aplicando cuidadosamente una lima para eliminar protuberancias. Condensadores: Cabrá verificar la correcta conexión de los terminales. Si ha habido pérdidas de líquido electrolítico, se aconseja el recambio del elemento. 14

15 Mantenimiento Eléctrico Medición de la resistencia óhmica de los bobinados. Servirá para verificación de las conexiones, particularmente en los casos en que haya sido necesario abrirlas. Prueba de la rigidez dieléctrica. Sólo se justificará en los casos en que se dude acerca del estado de la aislamiento y siempre que la circunstancia de una eventual falla posterior del motor detenga un mecanismo imprescindible. Si la resistencia de aislamiento tiene un valor elevado, no será necesaria la prueba de rigidez dieléctrica, en los casos en que aquella no se pueda elevar con los procesos de limpieza y secado, cabrá realizarla para eliminar la duda que este fenómeno se debe a un defecto incipiente localizado, que puede repararse preventivamente, o haber llegado al extremo de la vida del aislante, lo que implica la necesidad de un rebobinado. El ensayo se realiza al 75% de la tensión de prueba de un motor nuevo, aplicada durante un minuto. Si esta prueba se ejecuta para agregar confiabilidad a la medición de la resistencia de aislamiento, podrá tener una duración de sólo unos segundos. Programa de Mantenimiento No es posible definir un único programa de mantenimiento para todos los motores eléctricos. La experiencia en el tema, como el conocimiento del medio en que se ha instalado, son los elementos fundamentales para la elección de las tareas a realizar y su periodicidad. Por esto, sólo a modo de guía, se presenta el siguiente programa de mantenimiento. 15

16 Programa de Mantenimiento Tarea de mantenimiento Reengrase de rodamientos Auscultación de los rodamientos Revisión de los cojinetes a fricción Vibraciones Fijación del motor y alineación Características de corriente consumida Frecuencia En motores de aparatos electrodomésticos no es necesario En motores de hasta 50 HP, cada 1000 a 2000 horas de servicio. En motores mayores a 50 HP, cada 500 a 100 horas de servicio. En motores de aparatos electrodomésticos cada 500 horas de servicio. En los demás motores, cada vez que se realiza el reengrase. Mensualmente verificar pérdidas de aceite y temperatura de cojinetes. Cada 6 ó 10 meses, el estado del aceite. Anualmente medir el huelgo y observar las superficies de fricción. Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor en marcha. Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor parado. Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor en marcha. Programa de Mantenimiento Tarea de mantenimiento Tensión de red y carga del motor Arranque Elementos de protección Conexionado y puesta a tierra. Estado del aislamiento Limpieza Revisión del rotor Revisión de otros elementos del motor Frecuencia Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor en marcha. Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor en marcha. Anualmente Ocasionalmente, cuando se realice otra tarea de mantenimiento con el motor parado. Anualmente En función del medio ambiente (semanalmente / anualmente) Cuando por alguna causa se abra el motor. Cuando por alguna causa se abra el motor. 16

17 Programa de Mantenimiento Tarea de mantenimiento Medición de la resistencia de los bobinados Prueba de rigidez dieléctrica Frecuencia Sólo cuando en las tareas de mantenimiento se han abierto las conexiones Sólo cuando se entienda imprescindible Protección de motores eléctricos El conjunto de aparatos que asegura el comando y la protección de un receptor eléctrico es llamado SALIDA. Cuando el receptor es un motor, dicho conjunto es llamado SALIDA MOTOR. Dicha salida, tiene como función extra, la de proteger al conjunto de aparatos que la conforman. En consecuencia la salida motor debe proteger además del motor, al conjunto de aparatos que lo componen y fundamentalmente privilegia la protección de las personas, este concepto importante se conoce como Coordinación.. 17

18 Protección de motores eléctricos Los elementos destinados a una salida motor deben cumplir con las siguientes funciones básicas: Función de seccionamiento. Función de interrupción. Función de conmutación. Función de protección contra cortocircuito. Función de protección contra sobrecargas. Protección de motores eléctricos Distribución eléctrica de baja tensión Seccionamiento Interrupción Protección contra corto-circuitos Seccionamiento Interrupción Protección contra corto-circuitos Protección contra sobrecargas Conmutación Variación velocidad Arranque progresivo 18

19 Sistemas de arranque Sistemas de arranque Arranque directo. Arranque estrella triangulo. 19

20 Sistemas de arranque Arranque directo Arrancador simple y económico. Presenta picos de corriente de arranque elevados, que deben ser soportados por la red de alimentación. No reduce la tensión y, por lo tanto, tampoco reduce el par de arranque. Sistemas de arranque Arranque Estrella Triángulo Se emplea en motores donde estén accesibles los dos extremos de todos los arrollamientos. Así en una red 3x380 V el motor debe ser 380/660 V y en una red de 3x220 V el motor debe ser 220/380 V (La tensión menor indicada en la chapa característica, corresponde a la tensión de diseño de cada arrollamiento). Consiste en arrancar el motor con tensión reducida Ö3, con lo que se reduce el par y la corriente a una tercera parte del valor que corresponde al arranque directo. 20

21 Sistemas de arranque Comparativa Tensión aplicada en el arranque Corriente de arranque con Tensión reducida Par de arranque con Tensión reducida Método de Arranque % de la nominal % de la corriente en directo % del Par en directo Directo Estrella - Triángulo Arrancador Suave El avance en la tecnología de fabricación de dispositivos electrónicos, favoreció notablemente el desarrollo y fabricación de equipos para el arranque de motores utilizando semiconductores. Hoy en día puede obtenerse a un costo razonable, productos que mejoran la performance del arranque, para motores de pequeña y alta potencia, haciendo obsoleto el empleo de sistemas de arranque electromecánicos a tensión reducida, quedando como vigente solo el sistema estrella triángulo para pequeñas y medianas potencias. 21

22 Arrancador Suave Esquema circuital Arrancador Suave ATS48 características Prestaciones del accionamiento: Control de par. Control del par suministrado al motor durante todo el período de aceleración y deceleración (reducción significativa de los golpes de ariete). Facilidad de ajuste de la rampa y del par de arranque. Posibilidad de by-pass del arrancador con un contactor al final del arranque con mantenimiento de las protecciones electrónicas (función by-pass). Amplia tolerancia de frecuencia para las alimentaciones por grupo electrógeno. 22

23 Variación de velocidad Entre los controladores electrónicos de motores trifásicos de jaula, los variadores de velocidad merecen una especial atención. Los variadores de velocidad son dispositivos electrónicos que nos permiten variar la velocidad y la cupla de los motores convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y de tensión de la red de distribución en magnitudes variables. Como ventajas de la variación de velocidad podemos citar: Economía de energía. Incremento de la producción. Economía de los materiales. Reducción de los costos de mantenimiento. Mejora del tratamiento y de la calidad 23