Rebobinado De Motores Electricostesis Final.doc
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CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1
INTRODUCCIÓN
En el desempeño de la vida profesional nos enfrentamos la alternativa de realizar trabajos cual no hay mucha
a
técnicos para lo
información real.
Tal es el caso del tema
“Metodología para el Cálculo del
Bobinado de Motores Trifásicos y Diagnostico de fallas para
su
puesta
en
servicio
en
las
Instalaciones
Industriales”. Es la razón que me llevó a investigar el tema, como tesis de grado, con el firme propósito
que sea de ayuda para
los
profesionales
especialidad de
técnicos
que
trabajan
en
esta
reparación de motores eléctricos.
Donde se tiene que diseñar y calcular el proceso del cálculo de rebobinado de motores trifásicos Es por ello el motivo del tema, donde se especifica, como se van a reparar los motores eléctricos, capacidad
técnica
y
un
nivel
científico
y tener la para
poder,
seleccionar, calcular los motores eléctricos y utilizar los
criterios
necesidades
de
técnicos,
para
desarrollo
económico,
distintas empresas Las
máquinas
poder
atender social
de
las las
de producción.
asíncronas,
en
particular
los
motores
trifásicos, constituyen en la actualidad, las máquinas eléctricas de corriente alterna mas divulgadas. Gracias
a
su
sencilla
funcionamiemto, torias
y
a
estructura,
características
su
asíncronos
han
prácticamente
en
costo
los
una
campos
seguridad
trabajo
comparativamente,
encontrado todos
de
alta
de
la
1.2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
motores
aplicación, economía:
industria, la agricultura, el transporte, etc.
1.2. OBJETIVOS GENERALES
satisfac-
los
amplia
de
la
En un panorama de desarrollo, evaluación e investiga-ción industrial
de las fallas que se presentan en los motores
eléctricos y que paralizan la producción. Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina
sea
reparada
deficientemente
y
acreciente
problema, entonces este estudio persigue constituir instrumento práctico adecuados
del
partiendo
ensayos,
a
que
un
y eficaz para hacer los cálculos
correcto
motores,
el
de
debe
la ser
diseño
del
premisa
de
sometido
bobinado
de
las
pruebas
y
antes,
durante
y
después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica. proyecto verán
A las personas interesadas en el
que es un documento
útil
y aplicable en
la práctica de los trabajos a realizar. En un panorama
de desarrollo, evaluación e investiga-
ción industrial
de las fallas que se presentan en los
motores eléctricos y que paralizan
la producción.
Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina
sea
reparada
deficientemente
y
acreciente
el
problema. Entonces
este estudio persigue constituir un instrumento
práctico y eficaz para hacer los cálculos adecuados del correcto diseño del bobinado de motores, partiendo de la premisa de las pruebas y ensayos, a que debe ser sometido antes, durante y después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica.
A las personas interesadas en el proyecto verán que es un documento útil y aplicable en la práctica de los trabajos a realizar.
1.3. OBJETIVOS Proponer
ESPECÍFICOS
una
trifásicos,
metodología
con
del
información
cálculo
concreta
de
motores
presentando
en
forma ordenada y didáctica los métodos para el cálculo de rebobinado, y cumpliendo con las normas técnicas y parámetros del cálculo Plantear mejorar
una
de motores trifásicos.
metodología
la
optimización
técnica de
los
para
lograr
motores
en
y las
instalaciones industriales que conduzcan a un cálculo teórico del estator. Esto
contribuirá
producción,
a
evitando
las
industrias
las
pérdidas
a
mejorar
mecánicas
su y
eléctricas. Plantear
unas
funcionamiento las
normas de
herramientas
conocimientos
para
los
técnicas motores
eléctricos
fundamentales asegurar
para
el
y
el
buen
utilizando
poseer
funcionamiento
los de
adecuado de los equipos eléctricos de control. Capacitar
al
estudiante
de
Ingenieria
Mecánica-
Eléctrica y/o técnico profesional, dedicado a estas
tareas, aprendan mente
y
sin
a realizar su labor satisfactoria-
pérdida
innecesaria
de
tiempo,
se
ha
procurado exponer los métodos más eficaces y rápidos para
llevar
a
cabo
las
diversas
operaciones
de
detección, localización y reparaciones de las fallas técnicas.
1.4. HIPÓTESIS La
forma
bobinado muchas
común del
de
motor
reparaciones
acrecentado
el
expresar se
debe
que
cambiar,
amparadas
problema,
al
en
pues
este
el
deteriorarse ha
motivado
concepto
motor
el
se
que
hallan
vuelve
a
quemar; al no haberse determinado las causas de la falla; y que puede haber sido por la densidad de corriente, o problemas de inducción magnética. En
el
análisis
estudio,
de
permite
estas
fallas
demostrar
que
que antes
se
originan
de
este
efectuar
la
reparación de un motor eléctrico se tiene que identificar los motivos de las mismas evaluación técnica
ello se logra haciendo una
de las pruebas y parámetros físicos.
Luego se tomaran las consideraciones de diseño de acuerdo a lo que en el presente tema se sustenta. Así tendremos un
reparación
eficaz
y
continuación
normal
procesos de producción sin paralizaciones.
de
los
También nos indicará si el motor intervenido es el que debe accionar la máquina a la que
fue destinado tanto
por su potencia o velocidad (torque)
1.5. JUSTIFICACION Una correcta evaluación de las condiciones eléctricas en la
planta
industrial,
podrá
determinar
fallas que afectan al motor, la evaluación correcta
del
tipo
de
motor
evitará
las
posibles
y selección incurrir
en
sobrecostos innecesarios. Las
plantas
necesidades
industriales técnicas
que
para
una
logren mejor
satisfacer
operación
las
de
los
motores, resolverán estos defectos, tomando las medidas preventivas y correctivas para evitar problemas en sus instalaciones eléctricas. El criterio técnico se verá fortalecido con el presente trabajo
que
constituye
el
procedimiento
adecuado
de
diseño de una reparación de los bobinados, entonces
se
eliminarán las paralizaciones
continuas de la producción
industrial,
costos
optimizando
mantenimiento. equipamiento
Menos
los
fallas,
mayor
operativos
y
de
operatividad
de
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MOTOR En
el
física
presente del
capítulo
motor,
características
se
los
técnicas
describirá
tipos y
TRIFÁSICO
de
su
la
estructura
motores
utilización
y en
las la
Industria. 2.1 Se
DEFINICION DEL MOTOR denominan
así
eléctrica trifásica
porque
TRIFASICO al
aplicarle
la
tensión
la convierte en energía mecánica
cuando la corriente ingresa
al estator de la maquina se
produce un campo magnético rotativo y al encontrar el
motor
en
produce
cortocircuito
un
diferencia
campo
por
la
magnético
de
estas
dos
jaula
de
ardilla
el
mismo
rotor
en
velocidades
se
le
se a
la
llama
deslizamiento. En
los
motores
trifásicos
hay
3
series
de
polos
alimentados por fases desplazados 120 grados eléctricos. El motor asíncrono trifásico puede transformador trifásico cuyo un eje
considerarse como un
secundario
montado sobre
libre para girar en forma uniforme.
Es
común designar como
inductor al devanado
la
corriente de línea que es el que forma
El
inducido es el
que recibe el primario.
devanado que tiene corriente inducida
por aquel secundario.
2.1.1. El
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
rotor esta
constituido por un tambor en el que se
dispone, de conductores de cobre o aluminio desnudos en forma radial y que por su forma
ha recibido el nombre
de jaula de ardilla. El funcionamiento es de la siguiente manera: Los
circuitos
alternos
que
alimentan
el
estator,
producen un campo magnético constituido por un cierto número
de polos N y S invisibles que giran a pesar de
que el estator esta inmóvil. Por consiguiente el campo magnético
creado por la corriente alterna
es un campo
magnético giratorio. El campo magnético giratorio en corrientes denominados
inducidos
el estator en el rotor
desarrolla y son de
sentido contrario estator
produciéndose
una polaridad
Características
frente
a cada polo del
contraria.
que le permiten la denominación de motor
de inducción. Los polos invisibles del estator, en su giro arrastraran a los de polos que
al ser
contrarios
solidario del eje producirá
del rotor, el giro
de
este. En la fig. 2.1 se ha analizado las 3 curvas de
las fases
A,B,C con su desplazamiento de 120 grados eléctricos, se observa también polos,
donde
las piezas de un motor cada
pieza
que sería de dos
lleva
su
bobina
correspondiente y que cada grupo de 2 polos va conectado a una de las fases. Tomando únicamente los momentos de corriente máxima de cada fase, tenemos campo magnéticos, como se indica en las líneas
punteadas entre las piezas polares, por lo
cual el rotor
siguiendo los campos
en su rotación
hacia la derecha. Las corrientes sus
de las otras fases
valores respectivos y formando
todos estos campos
estarán, teniendo campos
más débiles
seguirán la misma rotación hacia la
derecha, haciendo que el
rotor gire también en esa
dirección. Al final de un ciclo de cualquiera fases, el rotor habrá pasado frente
de las
a un par de polos de
esa fase, entonces su velocidad depende del número de polos que tenga
el motor, como se trata el ejemplo
de
una máquina de 2 polos, al rotor dará una vuelta completa por cada ciclo de una de las fases. 2.1.2. VELOCIDAD DE SINCRONISMO El motor
eléctrico es sincrónico cuando la velocidad de
giro de rotor coincide con el campo magnético del
estator.
vueltas
Se
por minuto.
expresa
por
el
numero
giratorio de
Solo depende de la frecuencia de la corriente y el número de polos que
posee cada fase del bobinado estatórico.
La velocidad de sincronismo minuto
(Vs) en revoluciones por
(r.p.m.). se emplea la siguiente relación: Vs
120 f p
......................(2.1.)
Donde: f:
es la frecuencia de la corriente en
hertz
(HZ), es
decir ciclos /seg. p:
es el número de polos en cada fase del arrollamiento estatórico. TABLA
DE
LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO
FRECUENCIAS
2 polos
4 polos
6 polos
8 polos
25 hz
1500
750
500
375
50 hz
3000
1500
1500
750
60 hz
3600
1800
1200
900
2.1.3. DESLIZAMIENTO El rotor tipo de jaula de ardilla, experimenta, cuando gira un corto
retardo con respecto al número
de
revoluciones sincrónico, este retardo es necesario para producir una
tensión en el rotor.
Se le designa como deslizamiento y alcanza entre el 3 y el 10% del numero de revoluciones sincrónico, este según su potencia , .Puesto que el motor
ya no marcha en forma
sincrónica se le denomina asincrónico. Si se le designa por Vs a la velocidad de sincronismo y por Vc a la velocidad de carga, se le llama deslizamiento (G)
del
rotor
expresado
en
tanto
por
ciento
,a
la
siguiente relación:
G
Vs
Vc 100 Vs
2.2. IMPORTANCIA Las
corrientes
razones
de
......................(1.2)
DEL MOTOR TRIFASICO alternas
economía
trifásicas
en
el
son
transporte
utilizadas de
por
energía
eléctrica a gran distancia. Pero lo que es igualmente interesante, magnéticos
es
que
giratorios,
asincrónicos
trifásicos
máquinas-herramientas,
producen
aplicables y
fácilmente a
emplean
bombas,
campos
los
motores
para
accionar
ventiladores,
grúas,
maquinarias etc. Estos motores se fabrican desde fracciones de caballos hasta
varios
cientos
de
caballos.
característica de velocidad constante.
Tiene
una
Hay tipos diseñados para que absorban una corriente de arranque
bien
moderada
y
otros
que
absorben
una
corriente elevada. Se construyen para todos las tensiones y frecuencias de servicio de servicio normalizados
y
están equipados para trabajar a 2 tensiones nominales distintas y también 2.3.
de 2 velocidades.
DESCRIPCIÓN DEL MOTOR TRIFÁSICO.
Se compone de Carcasa
3 partes principales:
Estátor,
ventilador.
eje
rotor,
tapas
o
escudos
y
Ver en la Fig. Nº 2.2.
El motor de inducción tipo jaula de ardilla el eje lleva en su extremo una cuña y sobre él puede montarse una polea o engrane para mover otra máquina, El rotor gira sobre
chumaceras
deslizantes parte
de
para
inferior
tipo
babbit
mantenerlas
de
los
anillos
que
siempre esta
tiene
anillos
lubricadas,
sumergido
en
la el
aceite del deposito.
2.3.1.
ESTATOR
Las bobinas del inductor o
estator están ordenadas en
las ranuras, tiene un núcleo laminado de fierro silicoso con ranuras que corren paralelas. En la fig 2.3 se observa un núcleo en él colocado
varias
bobinas
del
estator
en
cual se han las
ranuras,
para ir formando las piezas polares del campo magnético.
Cada
bobina
empleándose,
debe
ir
protegida
con
papel pescado, nomex
material
aislante,
y diversos tipos
de
aislamiento. La construcción del
estator
constituido por laminaciones
o campo
del motor esta
que se troquelan a partir
de acero eléctrico con el 1 al 3% de silicio. El espesor de la lámina es usualmente de 0.35 mm en
para las máquinas
las que las pérdidas en el núcleo son
importantes, las laminaciones del estator se troquelan frecuentemente de una sola pieza. Para diámetros mayores se usan siempre combinaciones en segmento,
los
troquelados
se
arman
en
el
armazón
del
estator. 2.3.2. ROTOR Compuesto de una masa metálica, también denominadas jaula de ardilla, Rotor en cortocircuito. En la practica se introducen
barras
de
cobre
en
un
cilindro
de
hierro
laminado uniéndose sus extremos para que el cobre sirva para recibir las corrientes inducidas, mientras que el hierro complete únicamente el circuito magnético. Este arreglo aumenta la fuerza de la corriente inducida y, por consiguiente, el torque del motor. Comúnmente las barras de cobre para los inducidos de los motores de inducción se arreglan de la manera como se observa en la fig. mostrada 2.4a. Las barras van paralelas y unidas con sus extremos por medio
de
anillos
de
cobre,
se
asemeja
a
una
jaula
cilíndrica y de allí viene el nombre de jaula de ardilla. El inducido de jaula queda embutido en un núcleo con ranura, una vez terminado el rotor tendrá la apariencia mostrada en la fig. 2.4b. Tiene unas aspas de abanico a cada lado del núcleo, para forzar una corriente de aire en el interior del motor, evitándose de esta manera que se recaliente.
Hay una separación que deberá ser la menor posible de uniformidad
perfecta,
para que su funcionamiento sea
eficaz, el espacio varia entre 0.25 mm. en motores chicos y 4.3 mm. en motores grandes. 2.3.3.
TAPAS
Son
que
los
O ESCUDOS cierran
los
lados
del
armazón
del
motor
tienen aberturas para la circulación del aire que enfría el
bobinado
estas
tapas
chumaceras que sostienen empaque
llevan
en
su
centro
las
el eje y tiene un sistema de
para su lubricación; otros motores usan un
depósito para grasa y los de tamaño mas grande usan un anillo que descansa sobre el eje. Las tapas o escudos albergan los cojinetes que sostienen al eje rotor. Para
motores
grandes
se
usan
chumaceras
de
acero
con
tubo en el interiorde metal bábbit, tiene 2 secciones. 2.3.4. VENTILADORES Ubicados en el lado opuesto al equipamiento, después del escudo para permitir la ventilación y va protegido por un tapa ventilador, los ventiladores están constituidos por aleación liviana de aluminio o plástico. 2.4. TIPOS DE MOTORES TRIFASICOS 2.4.1.
Descripción de motores trifásicos de tipo de jaula de ardilla.
A ) Motores de Rotor de Jaula de Ardilla
inducción
Se le llama, motores con rotor en cortocircuito o de jaula de ardilla porque el devanado rotórico esta formado por varillas conductoras, alojadas en ranuras practicadas en
el
ambos
hierro
del
extremos
propio
rotor,
mediante
y
dos
cortocircuitadas
anillos
en
conductores,
dispuestos en cada lado del rotor. Los motores con rotor de jaula de ardilla se dividen en tres
modificaciones
principales:
con
rotor
en
simple
jaula de ardilla, con rotor de barras profundas, y con rotor de doble jaula de ardilla. Estos tipos de motores difieren,
uno
de
otro,
por
sus
particularidades
de
arranque. a) Motores con rotor de jaula de ardilla simple Estos motores tienen un par de arranque bajo, que en terminos medio varia entre 1.5 a 2 veces el nominal y su intensidad de arranque puede variar de 4 a 7 veces la nominal. Los motores de este tipo se construyen en potencia desde 1/16
HP
hasta
200
HP
y
mayores
con
velocidades
sincronicas desde 300 hasta 3600 RPM. Estos
motores
se
emplean
en
maquinas
tales
como
ventiladores, extractores, bombas centrifugas, maquinas de
imprenta,
maquinas
para
labrar
metales
y
maderas,
cintas transportadoras livianas, ejes de transmision y en general maquinas que arrancan en vacio o que no exigen el suministro de una potencia elevada durante el arranque. b) Motores con rotor de jaula de ardilla con barras profundas.
Estos
motores
elevado
y
tienen
se
compresoras,
un
emplean moledoras,
par
de
en
arranque
máquinas
calandrias
ligeramente
tales
como
:
transportadoras,
clasificadoras, elevadoras, etc.; en términos generales, en maquinas deben efectuar arranques frecuentes o que deben arrancar accionando desde un principio masas de relativa pequeña consideración; pero que al empezar a girar
producen
una
acentuada
reacción
al
movimiento
(efecto volante). En la fig. 2.5 se muestra en sección una ranura con una barra
profunda
también
el
y
estrecha,
aspecto
en
general
la
del
que
se
campo
representa
o
flujo
de
dispersión en la ranura, producido por la corriente que circula por la barra. c) Motores con rotor de doble jaula de ardilla Estos
motores
también
tienen
un
par
de
ligeramente elevado y se emplean en máquinas
arranque que deben
arrancar accionando desde un principio masas de relativa pequeña consideración. En la fig. 2.6 se muestra una ranura con doble jaula. El devanado separadas
consiste por
en
una
barras
dispuestas
hendidura
en
dos
relativamente
capas,
larga
y
estrecha. 2.4.2. MOTORES TRIFASICOS DE ANILLOS ROZANTES Es una
máquina que tiene el bobinado de su
estator,
igual que en los motores con motor de jaula de ardilla; pero difieren en lo que concierne al rotor,
ya que estos
tienen sus arrollamientos de tal forma que producen el mismo número de polos que el bobinado del
estator .
Los terminales del rotor se conectan a anillos rozantes para poder insertar en ellos resistencias el circuito del rotor. Tiene las siguientes partes: A.) ESTATOR bobinado
:
compone
de
carcasa
,
núcleo
y
muy común como el tipo jaula de ardilla.
B.) ROTOR alojar
Se
:
el
Es
devanado
del y
tipo el
liso
anillo
con
ranuras
rozantes
que
para van
dispuestos y aislados en un extremo del eje. El bobinado del rotor puede ser en estrella o en delta y sus terminales se conectan a los anillos. C ) RESISTENCIA VARIABLE :
Se usan para el arranque
y regulación de la velocidad del motor, y va conectado en el circuito del rotor. FUNCIONAMIENTO : La corriente alterna que se le aplica a los 3 bobinados independientes
o fases del estator, forma un campo, los
arrollamientos del motor, cuando están el flujo magnético del
campo
giratorio
del
estator
inducen
voltajes
que
establecen corriente en estos devanados. Estas corrientes no pueden fluir sin
embargo
a menos
que se proporcione un circuito por medio de conexiones entre los anillos de deslizamiento. Las escobillas
estacionarias
que descansan sobre los
anillos de deslizamientos se conectan a una resistencia
variable
múltiple,
proporcionando
así
una
trayectoria
para las corrientes del rotor. Cuando el motor, ha adquirido su velocidad normal, y se haya quitado toda la resistencia exterior entonces, los tres terminales de anillos, quedan conectados en corto circuito,
funcionando
de
esta
forma
como
un
motor
de
rotor en jaula de ardilla. El esquema eléctrico de este tipo se representa en la
fig. N° 2.7.
Los motores de rotor devanado se arrancan con voltaje normal
aplicado
a
los
devanados
del
estator,
bastante resistencia en el circuito del rotor.
y
Para
con
dar el par de carga plena, con corriente de carga plena. El
campo
principal
tendrá
por
lo
tanto,
su
potencia
normal durante el periodo de arranque. 2.4.3
MOTORES TRIFASICOS SINCRONICOS
El motor sincrónico se diferencia
del motor trifásico en
que no emplea la misma corriente alterna de
La línea
para inducir corriente en el inducido, si no que hay un campo
magnético
de
magnitud
fija,
producido
por
una
fuente de corriente directa. Generalmente este campo es ajustable, para variar las características del motor. Su importancia principal es debido a mejorar el factor de potencia en sistemas altamente inductivos. Hay ocasiones en que resulta práctico el uso de un motor sincrónico de gran potencia, operando sin carga, con la única
misión
sistema.
de
Tenemos
mejorar un
tipo
el de
factor
de
motor
potencia
sincrónico
del FYNN
WEICHSEL, son dos motores combinados en uno. El motor arranca como un motor de inducción de anillos, con mayores características de torque que los motores de inducción
de
jaula
sencilla.
El
motor
alcanza
su
velocidad de marcha en 30 seg., después de cuyo tiempo continua
funcionando
como
un
motor
sincrónico.
La
excitación del motor es propia, con un cambio automático de las características de inducción. Estos motores arrancan con cargas pesadas sin ninguna dificultad, pueden desarrollar un torque de arranque del l50 % de carga completa. El torque de arranque puede
aumentarse hasta un
250 % del de marcha, si se aumenta
en proporción la corriente. Se utilizan para el impulso de máquinas para compresoras de aire y en la industria del frío. Una vez que el motor llega a su velocidad sincrónica, se convierte en un motor sincrónico de excitación propia y puede soportar sobre cargas hasta
l50 % sin salirse de
sincronismo. Los motores
Fynn
Weichsel
se fabrican para tres
fases, con voltages de 220V a 550 V, y con potencias de 7 HP a l80 HP . Debido a sus características de arranque similares de
un
motor
de
inducción
con
anillos,
los
conectando
resistencias en el circuito amortiguador o secundario.
2.4.3.1 CONSTRUCCION DEL MOTOR FYNN – WEICHSEL a )
EL
ROTOR
conmutador
y
.-
Lleva
otro
un
bobinado
independiente
conectado
colocado
en
un
sobre
el
primero, conectado a anillos colectores. Por medio de escobillas este bobinado se conecta a la línea trifásica para formar el inductor o bobinado primario.
El devanado
conectado al conmutador proporciona corriente directa, la cual se aplica a las bobinas de campo por medio de otro juego de escobillas. En los motores de poca potencia, los anillos y conmutador se
encuentran
podemos
conectados
ver Fig.N° 2.8 .
en
el
mismo
lado
del
rotor,
La
colocación
de
los
bobinados
de
la
armadura
se
introducen en las ranuras en la parte interna hacia el conmutador arriba
y en las mismas ranuras, directamente hacia
de
ese
devanado,
las
bobinas
del
inductor
o
bobinado primario. El devanado primario ocupa la parte de mas afuera de las ranuras y sus puntas pasan al lado opuesto del núcleo, donde conectan a los anillos colectores. B )
ESTATOR
La
parte
estacionaria
del
motor
lleva
2
bobinados
arreglados, uno de los bobinados es el que se forma
como
se muestra en la Fig. Nº2.9 Uno de los bobinados es el que forma el campo magnético constante y es alimentado por el conmutador, mientras que el
otro,
reostato Este
que
viene
siendo
de la caja de
último
devanado
el
inducido
se
conecta
al
devanado
de
arranque. se
denomina
también
“arranque” o “amortiguador”. 2.4.3.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DEL MOTOR En la Fig. Nº 2.10, se observa el rotor por medio de un circulo punteado. El bobinado indicado con líneas gruesas es el inductor que se encuentra y por medio de
conectado a los anillos
las escobillas a la línea.
El otro bobinado del rotor es el de excitación ,el cual va conectado al colector, de donde alimenta al campo de al corriente directa .El circuito incluye un reostato en
el tablero de Arranque conectado entre los bornes F1 y A1. El
bobinado de campo va
se encuentran el
en el estator en donde también
bobinado de arranque conectado a
los
terminales F3 y F4.Estas terminales van al tablero de arranque,
en
donde
hay
una
resistencia
ajustable
que
puede conectarse entre los terminales. Se muestra
la
forma como están marcados los bornes del motor pasara sus conexiones a la línea y
al
arrancador. Los bornes T1, T2, T3, son los que se
conectan al control de arranque .El número de reveladores o relay, dependen de la potencia del motor. 2.4.4. MOTORES TRIFASICOS DE 2 VELOCIDADES (MOTORES DALHANDER) a) MOTORES DE DOS VELOCIDADES Y TORQUE CONSTANTE Estos tipos de motores tienen las características : - La potencia es directamente proporcional al torque y la velocidad,
la
potencia
de
salida
del
motor
en
alta
velocidad será el doble de la que desarrolla una baja velocidad. En baja velocidad las conexiones triángulo y polos
consecuentes
mientras
que
en
alta
velocidad
la
conexión es 2Y. Tienen 2 potencias compresoras
y
y 2 tipos de conexión, se usa en
equipos
de
fundición
y
ventiladores.
Podemos ver en la fig. N°2.11. b) MOTOR DE DOS VELOCIDADES Y POTENCIA CONSTANTE Para este tipo de motores el bobinado se conecta en 2Y y para obtener baja velocidad . Para la conexión del bobinado en triángulo para obtener alta velocidad corresponde al motor de 4 a 8 polos, el cambio
de
velocidad
se
realiza
por
medio
de
un
interruptor selector trifásico. Estos tipos de motores se usa en extractores de aire y torno. 2.5.
CLASIFICACION DE LOS MOTORES TRIFASICOS
Los
motores
de
inducción
de
clasificados en la Asociación como diseños A, B, C, D, y F.
jaula
de
Nacional
ardilla
están
Manufacturera
Los
motores
jaula
única
de
diseño
de
baja
A
usualmente
resistencia
tienen
que
rotores
tiende
a
de
buenas
características de marcha a costa de una alta corriente de arranque y un par de arranque moderado. Debido a la alta
corriente
de
arranque,
se
puede
requerir
un
arrancador de voltaje reducido, para aplicación de cargas en ventiladores, abanicos, máquinas herramientas y bombas centrifugas. Los motores de diseño B es el mas común, son de diseño de jaula de ardilla doble y barra profunda y se usan para un arranque a pleno voltaje. Tienen aproximadamente el mismo par de arranque como diseño A solamente cerca del 75 por ciento de la corriente de arranque. Los motores de diseño C son de construcción de jaula de doble y barra profunda con una resistencia del rotor mas alta que el diseño B, tendiendo hacia un par de arranque mas alto pero de menor eficiencia y un deslizamiento algo mayor que para el diseño B la aplicación es para cargas con prácticamente velocidad constante que requieran un par
de
arranque
regularmente
alto
mientras
jalan
una
relativa baja corriente de arranque. Los motores de diseño C tienen el par de arranque mas alto de todos los motores jaula de ardilla. Generalmente tiene un rotor de jaula única de alta resistencia con el resultado en un alto par de arranque pero también un alto deslizamiento con una baja eficiencia. Estos motores se usan para cargas de alta inercia tales como maquinas de matriz de estampa, prensas y punzonadoras.
Los motores de diseño F son usualmente motores de alta velocidad
conectados
directamente
a
cargas
tales
como
abanicos o bombas centrifugas que requieren bajos pares de
arranque.
El
rotor
tiene
una
baja
resistencia
que
tiende por un bajo deslizamiento y una correspondiente alta eficiencia pero también un bajo par de arranque.
CAPÍTULO
III
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En
este
presente
parámetros
del
capítulo,
motor
analizamos
trifásico
como
los son
diversos la
fuerza
magnetomotriz en los bobinados y el efecto teórico del devanado distribuido cuando produce una onda de flujo en el entre hierro que es senoidal, y los ángulos eléctricos que se forman según el paso del bobinado. 3.1 RELACIÓN ENTRE TENSIÓN, CORRIENTE, NÚMERO DE ESPIRAS EN EL ESTATOR Y FLUJO MAGNÉTICO DEL MOTOR. Las amplitudes y formas de voltaje que se le aplica al estator
del
motor,
está
determinado
por
bobinado. Se debe tener en cuenta el tiempo
su
tipo
de
de la onda
fundamental
de
voltaje
y
la
fuerza
magnetomotriz
distribuida del estator, generados por la aplicación de la
tensión trifásica correspondiente a cada fase R, S,
T. Se
sabe
que
corrientes armónicas
los
problemas
armónicas, que
son
se
deben
variación
frecuencias
de
enteras
a
generación
voltaje o
y
múltiplos
de las de
número entero de frecuencias fundamentales. Cuando
estas
se
combinan
con
las
ondas
sinusoidales
fundamentales forman una onda distorsionada, repetitiva, no sinusoidal. 3.1.1
VOLTAJE APLICADO AL ESTATOR
El voltaje eficaz aplicado por fase,
en un bobinado
concentrado, teniendo el numero de conductores
por fase
( N cs fase ) Vf E
s 2 f N cfase
s V f E 4,44 f N cfase ......................(3.1)
Donde: f es
la frecuencia en ciclos /sg.
es la fundamental del flujo de polo.
En la
practica el
bobinado del estator tiene bobinas
por fase distribuido y ranuras por polo. Considerando
que
el
flujo
magnético
en
el
núcleo
estator es: B S ...................... (3.2)
Si
seleccionamos una onda
eléctrica fundamental.
B
B máx
B T
T
Considerando del esquema que B ; es la inducción:
Magnética Media de la Onda.
B T
T
0
B dt
Luego integrando:
B
1 T
T
0
Bdt
del
B
2 Bmax .
......................(3.3)
Despejando Bmax
Si
B 2
consideramos
el
siguiente
dimensionamiento
estator.
La Di
DiLa g
Asumiendo un área (Sg). Tendríamos entonces: Sg
.Di.La P
...................... (3.4)
Para un Flujo Máximo
Max B .Sg
...................... (3.5)
Remplazando valores (3.4) en (3.5) tendríamos;
para
un
Max B .
.Di.La P
...................... (3.6)
Si se sabe que P '
P 2
Reemplazando la ecuación (3.3) en (3.6)
Max 2 B max.
Max
. Di . La P
. Di . La 2 B max. P
...................... (3.7)
Sabemos que para una Onda Sinusoidal de punto máximo el promedio es
Ef
2
y la máxima fuerza magnetomotriz es:
( N CS fase). f . max 2
Ef VL.
a 3
N Sfase N Sfase
.................... (3.8) ..................... (a)
x
fb
......................(b)
Definimos un número determinado de espiras en una bobina. N
S Fase
1 espira
2 conductores
N Sf espiras x ( N Cf ) N cf 2 N Cfase
.......(3.9)
Reemplazando las ecuaciones (3.9), (3.7) en la ecuación (3.1) tenemos: Di.La . f 2 N S fase x 2 xB máx . P 2
Vf
Vf
Vf
Di.La . f N S fase x 2 xB máx . P 2
2 Di.La . f N S fase x 2 xB máx . P 2
Vf 4.44. f N CS . fase x x10 8 voltios .................... (3.10) Donde : B
:
Es la inducción magnética media
:
Es el juego magnético del núcleo
B máx :
Es inducción máxima.
Di
:
Es el diámetro interno del estator.
La
:
Es la longitud activa del estator.
P
:
Es el número de polos
:
Es
N CS
fase
el
número
de
espiras
en
serie/fase
eficaces. R N CS .fase :
Es el número de espiras en serie/fase reales.
Ef
:
Es la tensión de fase.
EL
:
Es la tensión de línea.
3.1.2.
FORMACIÓN
DE
CAMPOS
MAGNÉTICOS
DE
UNA
MÁQUINA
ASÍNCRONA. Estudiaremos en particular las f.m.m. correspondiente a un devanado trifásico como los existentes en el Estator de las Máquinas Trifásicas. En el Estator Si se aplica un sistema de corriente trifásico en los devanados
bg bt g I bt g I
del estator en la Fig. N° 3.1
i aa t I S M Sen S t ibb i cc
c Sen c
h t 240º h
S
M Sen S t 120º
S
M
S
Eje de base b a
-c
-b
Eje de base a b c
Eje de base c
-a
Fig. 3.1 Esquema de devanado trifásico de dos polos en el estator. La densidad de flujo magnético resultante es B s aa (t ) B S M Sen S t / 0
Wb/m2
B s bb (t ) B S M Sen ( S t 120) / 120
Wb/m2
c
h
B S cc (t ) B S M Sen S t 240º / 240º Por
consiguiente
los
tres
:
Wb / m 2 componentes
senoidales
del
campo magnético están desplazados 120° eléctricos en el espacio pero cada fase variando senoidalmente en función del tiempo. Hallando la densidad de campo resultante: Bs
net =Baa (1) + Bbb(t) + Bcc(t)
L M N
B S net B S M Sen S P / 0º B S M Sen ( S t 120 ) / 120 º B S M Sen ( S t 240º) / 240 º
3.2. LA FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN LAS BOBINAS 3.2.1. FUERZA MAGNETOMOTRIZ PARA UNA BOBINA Para una bobina de peso completo
O P Q
Wb / m2
F=Nb.is
para
s 2 2
F= - Nb.is
para
3 s 2 2
Para
una
distribución
especial
de
la
fuerza
magnetomotriz. Según podemos ver en la figura.
Eje de la ranura
iS Nb . is
2
2
3 2
Para una serie de fourier tenemos:
2
S
F
4 1 1 Nb.is cos cos cos 5 S .......... 3 5
...............
(3.11) Sí
Ufierro Ug
Entonces: H(2g); es la caída magnética. Si despreciamos las caídas magnéticas en el fierro del estator. Debemos tener en cuenta P MAG g 2
3.2.2. Fuerza Magnetomotriz de Varias Bobinas -
Cuando se disponen de 2 bobinas ó mas se enserian.
2’
3’
1’
3 1
2
sí
360 Nr
Donde: Nr:
Es el número de ranuras del estator.
: Es el ángulo eléctrico entre las ranuras. 3’
3 2’
2 1’
1
Ubicando el devanado elemental de una capa.
Para la fuerza magnetomotriz distribuido total, tenemos: FT s F1s F 2s 3s ...............(3.12)
Si Uo es líneal.
F 2s
1 .Nb.is cos cos 3s................... 3 4
F1s
4 1 .Nb.is cos cos 3 ( s )......... ......... 3
F 3s
1 .Nb.is cos cos 3( s )......... .......... 3 4
Analizando la armónica fundamental Para 3 bobinas de paso completo, debemos de considerar un semicirculo.
Kd
2
FT1=d
SI FT1 = d, es la única que existe entre el entre-hierro. d FT 1 K1cos s K 3 cos s K 5 cos 5 s ...............
Por separado se considera
(3.13)
el efecto de la distribución
en el devanado , el factor de reducción se obtiene en forma
generalizada,
es
conveniente
el
análisis
cuantitativo. El efecto de distribución del bobinado de n ranuras por fase, y el rendimiento del fasor del voltaje de fase. El ángulo eléctrico ( ) y las ranuras, el ángulo ( ) igual a 180° eléctricos dividido por en número de ranuras de polo. Si observamos la Fig. de los fasores.
B
C
a d
A
D
2 2
n
O
Es mas conveniente la suma de vectores, el fasor AB , BC, y CD están dirigidos por el punto centro “ O ” y tiene en ángulo ( ) . El fasor suma AD esta subtendido , el ángulo n , con su descripción
previa
en
60°
eléctricos
para
la
forma
normal. La distribución uniforme de la máquina trifásica y 90° eléctricos
para
la
correspondiente
dos
fases
máquina . Para el triángulo Oad, respectivamente.
OA
OA
Aa AB Sen 2 Sen 2 2
...................... (a)
Ad AD Sen n 2Sen n 2 2
...................... (b)
Sen n 2 OA AB. Sen 2
...................... (c)
de
la
Para
la
suma
aritmética
de
los
fasores
es
n
(AB),
consecuentemente el factor de distribución del bobinado es : Sen n AD 2 Kd n. AB n sen 2
...................... (3.14)
Los fasores; AB = BC = CD entonces: El factor de distribución del armónico fundamental (Kd);
Sen3 2 Kd 3 sen 2
...................... (3.15)
Procediendo en forma análoga se tendrá: Sen 3 jx 2 Kdj 3 sen jx 2
...................... (3.16)
Donde: J
:
es armónico cualquiera
:
es ángulo magnético
Por lo tanto;
FT
4 3Nb is Kd1cos 1 1 Kd 3 cos 3 1 Kd 5 cos 5 3 5
Para
las
3
bobinas
los
ejes
de
las
s .......(3.17)
bobinas
no
colineales son imbrincoidales. GRUPO
q=3
is
2 POLOS
Donde: q
:
es el número de bobinas por polo.
mag
:
es el ángulo concéntrico
:
es el ángulo magnético
Si:
360 Nr
Para este caso: Sen qjx 2 Kdj qSen jx 2
...................... (3.18)
is
son
F s
4 q Nb.is Kd1Cos s 1 Kd 3Cos s 1 Kd 5Cos5 s 3 5
...
(3.19) Si despreciamos las armónicas j 3; El factor de distribución es tal que el número efectivo de vueltas sea menor que el número real de vueltas en serie. Entonces de las fórmulas se aproxima a: F s
4 qNbxKd1 is cos s ...................... (3.20)
O
qNb.Kd1 Nd1
ROTOR
Punto donde las fuerzas son mayores.
Nef1
is
El devanado de “q ” bobinas
1s
por polo de Nb, vueltas por
bobinas (bobina de paso completo), tiene la siguiente distribución de fuerza magnetomotriz (f.m.m.).
F
4 1 1 .is qNb.Kd1 Cos s qNb.Kd 3 Cos3 s qNb.Kd 5 Cos5 s 3 5
(3.21) Dejando el lado armónico j 3 tenemos:
F
4 .is qNb.Kd 1 Cos s ......................(3.22)
3.2.3. EFECTO DE RECORTAR EL PASO DE LA BOBINA Sea “”
“”
el
paso
completo
para
P=2,se
tiene
= 180° g por efecto de recortar el paso: y < .
S 1s y / 2 < 90°
y/2
is
1s Nb.La
22
2
y /2
3 2
2
S
F
4 1 1 Nb.is Sen y Cos s Sen 3 y Cos3 s Sen 5 y Cos5 s 2 2 2 3 5
(3.23)
Si:
y Sen j 1 el factor de paso es: 2
y Kpj Sen j ......................(3.24) 2
Si
j= 1,3,5. Y: es paso geométrico de bobina Y’: es el paso expresado en grados magnéticos Para “P” polos: y' Kpj sen j 2
Fj 1 Sen jy / 2 x F1 j y Sen 2 Al recortar el paso, este le puede elegir, tal que se minimice los armónicos j > 3, en un devanado real. y Kp sen j 2
Si despreciamos armónicos j 3
F
4 Nb.Kp1 is cos s ...................... (3.25)
armónicos j 3
Si despreciamos
1S
is
N’b = Nb.Kp1 Kp1 < 1
3.2.4
FUERZA
MAGNETOMOTRIZ
EN
UN
DEVANADO
REAL
DE
2
POLOS Y DE 2 CAPAS Tenemos que elegir un estator cuyas características son: Número de ranuras
:
18
Paso
:
1 - 8
Bobinas de “Nb” Para un devanado trifásico (a,b,c) de “P” grupos / fase se deberá encontrar a ( s ) ; Fb ( s) y Fc ( s). Tenemos para este caso: 2 grupos/fase
Cada grupo tiene 3 bobinas q=B.T/P.x fase = 3 Graficamos:
3’
1
10’
12’
7’
X a
i
“a” S
a
9’
“C”
i
16’
z
18’ 13’
b
C
4’
“b”
i
S
15’
S
b
Fa Fase”a”
20°
20°
Eje de Distribución
6’
y
Paso de bobina 20°
20°
140°
3Nb.Kd1 3Nb.Kd1
1S
3Nb.Kd1.Kp 1 3Nb.Kd1.Kp 1
1S
i
S
a
6Nb.Kd1.Kp1
Entonces: Sen q x x j 2 Kdj qSen j x 2 Kpj Sen j. 2
Para paso, 1-8: 140° Entonces la fuerza magnetomotriz (Fa) (3.26) Podemos evaluar que : Fj 1 KdjxKpj x F1 j Kd1xKp1
Si la relación para los armónicos es: F 3 F5 F 7 F1 F1 F1
Luego despreciando los armónicos. Fa s
4 Nef1a ias Cos s ......................(3.27)
Fb s
4 Nef1b ibs Cos s 120 ..................(3.28)
Fc s
4 Nef 1c ics Cos s 120 ..................(3.29)
Para
igualar
el
Número
de
espiras
en
serie
/
fase
eficaces. Nef1a Nef1b Nef1c Nef1s 2.q.Nb.Kd1.Kp1 .........(3.30)
3.3 ANÁLISIS DE LA ARMÓNICA FUNDAMENTAL, EL FACTOR DE PASO Y DISTRIBUCIÓN. Fuerza magnetomotriz con devanado elemental de 4 polos
Nb
Y=
S 1S
Contorno de Ampere
Tenemos:
...................... (3.31)
360º gº p
Donde : Es el paso polar o paso completo. Graficamos la distribución espacial de j.
iS
Nb.is
4 3er armónico
2
3 2
2
s
1er armónico
Para este caso tenemos la fuerza magnetomotriz.
F
4 1 1 Nb i s cos 2 s cos 3 2 s cos 5 2 s ........(3.32) 3 5
Suponiendo si despreciamos los armónicos j 3 La fórmula se reduce a: F
4 Nb i s .Cos 2 s ......................(3.33)
Calculando para el entrehierro si g = cte.
B
Uo .F 2g
B
Uo 4 . Nef i s Cos 2 s ...................... (3.34) 2g
Se sabe que Nef = m x Nb.Kd.Kp........... (3.35) Donde: Nb
:Es el número de vueltas por par de polos.
m
:Es el número de bobinas por grupo.
Nef
:Es el número de efectivos de vueltas por fase.
CAPÍTULO IV INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE BOBINADO DE MOTORES TRIFÁSICOS
En el presente capítulo tiene por finalidad, detallar la metodología del cálculo matemático para el rebobinado de los motores trifásicos. Teniendo como base las medidas de las dimensiones del estator como son la longitud activa, ancho
de
corona,
ancho
de
diente,
altura
de
ranura,
diámetro interior y exterior. Estas medidas son suficientes para el calculista para optimizar el calculo y tratar de hallar las inducciones del
entre
hierro,
la
corona
y
el
diente,
y
si
se
encuentra dentro de ciertos limites de trabajo normal del
motor y que cuando funcione con su tensión denominado no se sature o se sobre caliente.
4.1 ESTATOR Las laminaciones usadas en la construcción de los motores de inducción tienen espesores del orden de 0.35 mm y cuya calidad depende de cierta medida de la potencia. Para
grandes
diámetro
es
motores del
orden
eléctricos de
un
con
metro,
estatores los
cuyo
paquetes
de
laminaciones se forman con laminas seccionadas, es decir, no se troquelan en forma completa. En cuanto a la calidad de las laminaciones usadas por lo general e los motores de pequeña potencia se permiten perdidas medida
en
de
el que
fierro la
relativamente
;potencia
de
los
grand3es, motores
pero
a
aumenta,
adquiere mayor importancia su rendimiento y entonces las laminaciones tienen perdidas que no exceden a los 2,5 Watt/kg. Para motores de media y gran potencia se usan laminaciones de acero al silicio, con un gran contenido de silicio del 3%. Las laminaciones tienen por lo general un recubrimiento de aislante. 4.1.1 Extracción de devanados Podemos observar que antes de extraer el arrollamiento estatórico de las ranuras, es preciso determinar y anotar de que modo están unidos entre si las diversa ramas de
arrollamiento,
y
cual
es
la
clase
de
conexión
entre
fases. Los motores trifásicos de gran tamaño tienen las ranuras estatóricas
abiertas
(Fig.
4.1.a).
Para
extraer
el
arrollamiento (de varillas)del mismo, basta simplemente quitar las cuñas que cierran las ranuras e ir sacando las bobinas (secciones) una tras otra. En los motores de pequeño y mediano tamaño, las ranuras estatóricas
son
semi
cerradas
(Fig.
4.1.b)
lo
cual
dificulta mas la extracción del devanado (relleno) puesto que le devanado de estos motores están impregnados de barniz
endurecido,
y
algunos
han
sido
además
encapsulados (cubiertos con un barniz a base de resina “epoxy”
como
protección
adicional),
es
necesario
carbonizar el aislamiento que llevan; efectuándose esto en hornos adecuados, y a una temperatura
conveniente.
Luego se cortan las cabezas de bobina del lado opuesto al que se encuentran las conexiones, se retiran las cuñas aislantes que cierran las ranuras y se sacan el resto de las
bobinas,
tirando
de
sus
cabezas.
Se
conservará
intacta una de las bobinas extraídas , a fin de que su forma y dimensiones sirvan de modelo
para la ejecución
de las nuevas bobinas. Durante esta etapa del trabajo, se procederá a completar los
datos
que
faltan
registrar,
tales
como:
paso
de
bobinas, el número de espiras por bobina, las dimensiones de las bobinas, el calibre y clase de aislamiento de los conductores.
4.2 Bobinados 4.2.1 Tipos de Bobinados Se puede hacer diversas clasificaciones de los devanados según se atienda a unos u otros factores. Considerando el número de lados de bobinas que alberga cada ranura, los devanados se dividen en: -
Devanado a una capa
-
Devanado a dos capas.
-
Devanados mixtos.
Considerando
las
disposición
geométrica
de
sus
partes
frontales de las bobinas se tiene: -
Devanados en dos planos.
-
Devanados en tres planos.
-
Devanados con
-
Atendiendo al paso de las bobinas se distinguen:
-
Devanados con bobinas de paso constante.
-
Devanados con bobinas de paso variable (concéntricos)
cabezas de bobinas solapadas.
Considerando el valor del número de ranuras por polo y fase q, tenemos: -
Devanados enteros (cuando q es un número entero).
-
Devanados fraccionarios (cuando q no es entero).
Atendiendo a como “avanza” el devanado a dos capas , cabe hacer una distinción análoga a la que se cita para los devanados de corriente continua: -
Devanado imbricado.
-
Devanado ondulado.
A
continuación
se
describen
los
devanados
de
bobinas
concéntricas de una sola capa; los devanados imbricados de dos capas congruentes; devanados no congruentes (con q fraccionario); devanados ondulados de dos capas y los devanados de varias velocidades. 4.2.1.1
Devanados de bobinas concéntricas de una sola capa
La
denominación
de
este
devanado
se
debe
a
que
cada
ranura está rellena completamente por un lado de bobina, es
decir,
los
lados
de
bobinas
se
encuentran
en
la
ranuras formando una sola capa; además, las bobinas que constituyen diferente
un
grupo
ancho,
de
bobinas
colocándose
de
del tal
devanado modo
que
son
de
abarcan
concéntricamente una a la otra. Se
usan
ampliamente
en
los
motores
asincronos
de
potencias pequeña y media. Con este tipo de devanado se obtiene un relleno total de las ranuras con materiales conductores, ya que no se requiere el aislamiento entre las capas del devanado. El número de bobinas en el devanado de una capa es igual a la mitad del número de
ranuras, ya que cada bobina
ocupa dos ranuras. En el devanado de bobinas concéntricas de una sola capa, los
pasos
de
bobinas
en
el
grupo
son
diferentes.
En
general, el paso de la bobina más ancha, la exterior, tiene el paso 4q-1, mientras que el paso de cada bobina siguiente es dos veces menor. La bobina más estrecha, la interior, tiene el paso 2q+1. En el devanado de una sola capa, el número de los grupos de bobinas en cada fase es igual al número de los pares de polos y , por lo tanto,, el número de todos los grupos de bobinas en el devanado trifásico, es igual a 3p. En la Fig.4.2 se muestra un devanado concéntrico de una capa de dos pisos.
4.2.1.2
Devanados imbricados de dos capas, congruentes
Actualmente, en los estatores de las máquinas trifásicas de
corriente
alterna
(sincrónicas
y
asincronas)
han
obtenido amplia divulgación los devanados de dos capas y, en particular, imbricados. En el devanado de dos capas, en cada ranura del núcleo, se colocan en dos capas los lados
activos
de
dos
bobinas
diferentes,
con
la
particularidad de que el lado de una bobina esté en el fondo de la ranura (capa inferior), en tanto que el de la otra, se encuentre por encima de esta primera. Los lados frontales de cada bobina también ocupan dos capas; el paso de una capa a la otra se efectúa en las cabezas de las bobinas. Este devanado se denomina imbricado porque en el esquema para contornearlo. Hace falta ir haciendo vueltas adelante o atrás. Los
devanados
de
este
tipo
tienen
las
siguientes
ventajas: -
La posibilidad de diferente acortamiento del paso, lo que
permite
lograr
buenas
propiedades
eléctricas
y
reducir el consumo de cobre. -
La
posibilidad
de
mecanizar
la
fabricación
de
las
bobinas que tienen la misma forma. El número de bobinas del devanado de dos capas es igual al número de ranuras; y cada fase le corresponden z/m=z/3 bobinas. El número de grupos de bobinas por fase entre el
numero de bobinas de cada grupo, el cual también es igual al número de polos. En la Fig.4.3 se muestra la composición del esquema de un devanado imbricado trifásico de dos capas. 4.2.1.3 Devanados no congruentes (con q fraccionario) Los devanados con q fraccionario son utilizados con más frecuencia en los estatores de los generadores síncronos, siendo
q < 3.
Aquí
estos
devanados
contribuyen a la aproximación de la forma de la curva de la f.e.m. inducida a la sinusoide En los estatores de los motores asíncronos se trata de evitar
los
devanados
con
q
fraccionario
porque
su
utilización provoca ciertas alteraciones en la simetría del campo magnético generado por la máquina. Sin embargo, al rebobinar los motores para otra velocidad de rotación (otro número de polos), o al fabricar los
motores con el
número variable de polos a base de núcleos que tienen una forma
igual
de
hierro,
hay
veces
cuando
surge
la
necesidad de utilizar los devanados con q fraccionario. Los devanados con q fraccionario pueden ser tanto de una capa como de dos. En la actualidad, han adquirido la mayor distribución
los devanados de dos capas, los que
pueden fabricarse fácilmente con cualquier valor de q fraccionario. Como el número de ranuras correspondientes al polo h a la fase q indica, al mismo tiempo, el número de bobinas por grupo;
entonces
si
q
es
un
número
fraccionario,
los
grupos tienen un número diferente de bobinas, mas por termino
medio,
a
cada
grupo
de
bobinas
corresponde
q
unidades. Al componer los esquemas de los devanados con q fraccionario
es
necesario
distribuir
los
grupos
de
bobinas con un número diferente de unidades entre las fases,
de
tal
modo
que
las
fases
del
devanado
sean
simétricas. La diferencia fundamental entre los devanados congruentes y
no
congruentes
consiste
en
el
hecho
de
que
estos
últimos deben tener los grupos de bobinas constituidos por un número variable de unidades. En la Fig. 4.4 se muestra un devanado trifásico de dos capas con q fraccionario. 4.2.1.4 Devanados ondulados de dos capas Se denomina ondulado porque al observarlo en el esquema hace
falta
hacer
zigzag
(ondas)desplazándose
hacia
un
mismo lado; por ejemplo, a la derecha. Como
regla, los devanados
de este tipo son de varillas
de cobre descubiertas, encorvadas debidamente y aisladas. En
los
devanados
imbricados,
casi
ondulados,
no
hay
a
diferencia
conexiones
entre
de
los
bobinas,
lo
que , dado el caso de un número grande de polos, reduce sustancialmente
el
consumo
de
cobre.
Son
utilizados,
fundamentalmente, en las máquinas muy potentes de baja tensión; además, estos devanados se utilizan ampliamente en los rotores de motores dotados
de
fácilmente
anillos las
asíncronos bastantes potentes,
contactores
partes
porque
frontales,
permiten
debido
a
fijar
que
el
acortamiento de los pasos del devanado de un lado del núcleo provoca el respectivo alargamiento de los mismos en
su
lado
opuesto;
por
lo
tanto,
en
los
devanados
ondulados, prácticamente, no se utiliza el acortamiento del
paso.
Los
devanados
ondulados
de
dos
capas
se
fabrican congruentes y no congruentes del número q, con la particularidad de que la parte fraccionaria del número q, en este caso, con más frecuencia se expresa como una
mitad. Hace falta recurrir a los devanados ondulados no congruentes al modificar los motores dotados de rotores bobinados para otro número de polos. En la Fig. 4.5 se muestra un ejemplo de devanado ondulado de dos capas. 4.2.1.5 Devanados de varias velocidades Se
denominan
de
varias
velocidades
porque
pueden
ser
conmutados para un número variable de polos. Han obtenido máxima divulgación entre estos devanados, aquellos donde el número de polos varía dos veces en el proceso de conmutación. En la Fig. 4.6 se representan unos
esquemas
que
aclaran
el
principio
de
tal
conmutación. Para que la dirección de la rotación del motor permanezca inmutable funcionando a una velocidad tanto pequeña como alta, al conmutar el devanado hace falta modificar el orden de alteración de las fases, es decir, cambiar de lugar (intercruzar) dos de las tres fase conectadas al devanado. También se puede variar el número de polos del motor colocando
en
las
ranuras
del
estator
dos
devanados
diferentes. Combinando los dos procedimientos se puede obtener
motores
con
un
número
bastante
grados de regulación de la velocidad. 4.3 ROTORES 4.3.1 TIPOS DE ROTORES
grande
de
los
- TIPO JAULA DE ARDILLA -
TIPO ROTOR BOBINADO
4.3.1.1 ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA Es una combinación de barras conductoras, ordenadas de manera que formen un cilindro unidas con cortocircuito por medio de anillos. El voltaje inducido en cada barra es de menos de 10 voltios por esto no es necesario emplear aislamiento
entre las barras y el núcleo. Las barras frente a cada pieza polar, automáticamente corrientes
de
los
polos
se pone en paralelo con las adyacentes
que
fluyen
en
direcciones opuestas, es decir la corriente que sale de las barras que se encuentran bajo la influencia de una pieza polar, se divide en partes iguales en el anillo, para regresar por el extremo opuesto. Por lo tanto un rotor de jaula de ardilla girará a la velocidad
del
campo
del
estator
menos
la
perdida
por
deslizamiento. Sin embargo el torque de arranque el cual depende de la resistencia del rotor, varia el rotor, de acuerdo con él número
de
polos
del
estator
en
distribución de la corriente de las
vista
de
que
la
barras, cambia con
los cambios del número de centro polares. La
resistencia
total
del
rotor
se
compone
de
la
resistencia de las barras y la de los Anillos, En vista de que las barras que están bajo la influencia de una pieza polar En
general,
mientras
mayor
sea
la
resistencia
del
bobinado de una jaula, mayor será el momento de torsión de arranque y menor su velocidad de marcha. Los rotores de alta resistencia se emplean cuando se requieren un gran
momento
de
torsión
de
velocidad al recibir la carga.
arranque
una
pérdida
de
Las jaulas de alta resistencia para los motores de poca velocidad, delgadas
de de
polos poca
múltiples
se
conductividad,
compone con
de
anillo
barras de
una
aleación de alta resistencia. a) CONSTRUCCION DE LOS ROTORES DE JAULA DE ARDILLA En el desarrollo de los bobinados de jaula de ardilla se emplean muchas combinaciones en su construcción, ver la figura mostrada 4.8 que tiene seis esquemas diferentes. En algunos motores pequeños se emplean la combinación que se muestra en la fig. (a). Los anillos están perforados para paso de los extremos de las barras y están formados con laminas prensados contra las
barras
en
los
extremos,
sumergiéndose
después
en
soldadura, para obtener un buen contacto eléctrico. En algunos motores bien pequeños emplean como anillos unas laminas con ranuras dentro de los cuales se coloca las
barras
generalmente
2
ranuras,
se
observa
en
la
figura. (b) Los extremos de las barras que se extienden hacia fuera de los anillos, se abren, como si se tratará de una chaveta, soldándolos después. En
otro
tipo
de
construcción
se
hacen
uso
de
barras
aleaciones de diferentes conductividad para los anillos y estos
se
funden
con
los
extremos
de
las
barras.
Ya
fundidas las barras a los anillos, se trabaja el motor en
un torno para dar las dimensiones deseados, ver figura. (c). En los rotores más grandes tienen la construcción que se ve en la figura(d) Las
barras
se
sueldan
en
soldadura
autógena
a
la
superficie exterior de los anillos, las cuales son planas y
se
construyen
de
una
aleación
de
la
conductividad
requerida. Los anillos también pueden ser muy gruesos y tiene ranuras para las barras, como la sección de anillo, las barras de este tipo anillo se unen a los anillos por soldadura eléctrica, formando de esta manera, una fuerte jaula con las características eléctricas Otro tipo mostrado en la figura (f). Se emplea un número de anillos delgado en cada extremo del motor, con agujeros para las barras perforadas con un punzón para que el reborde quede alrededor de las barras pueda soldarse a estos después. Esta construcción da una buena ventilación al motor pero tiene una desventaja de ser más costoso, por las numerosas uniones que se hacen cuando se tratan de motores de muy alta resistencia, se emplean tubos de cobre o bronce, en lugar de barras los tubos se introducen en las perforaciones de los anillos y sus
extremos
se
abocardan
con
cuñas
cónicas,
ver
la
figura (g). b) ROTORES DE JAULA DOBLE Estos motores con jaula doble están adquiriendo un gran uso, debido a que pueden ponerse en marcha directamente
en la línea alimentadora, sin que tomen una corriente excesiva de arranque. La diferencia, en la construcción de estos motores se encuentra en que se compone de dos jaulas en vez de una. El bobinado o la combinación de barras que se encuentra en la parte exterior del motor es de alta resistencia en relación
a
su
reactancia,
cuando
el motor se
encuentra sin movimiento la frecuencia de la corriente inducida
en
el
motor
es
la
misma
que
la
línea
alimentadora. Debido a esta alta frecuencia, el bobinado interior de alta reactancia, llevará muy poco corriente el bobinado exterior de alta resistencia, por otra parte durante el momento de arranque soporta toda la corriente del motor como sucedería en un motor de jaula sencillo, de alta resistencia. Se obtiene un alto momento de torsión para el arranque, con un buen factor de potencia conforme gire el motor para
alcanzar
su
velocidad
normal,
la
frecuencia
del
motor que esta relacionada con su velocidad, disminuye lo cual cambia la distribución de la corriente del motor. Con la disminución de la frecuencia, el bobinado interior de
baja
resistencia
y
alta
reactancia,
recibirá
un
aumento de corriente, mientras que el mismo aumento de velocidad del motor causará una disminución de corriente en
el
bobinado
exterior
de
alta
resistencia
y
poca
reactancia. Cuando el rotor llega a su velocidad normal de marcha el bobinado exterior o sea el de alta resistencia, no tiene ningún funcionamiento eléctrico y el motor funciona como un motor común de jaula sencilla. 4.3.1.2 TIPO ROTOR BOBINADO Cuando
utilizamos
rotor
bobinado
en
los
motores
de
inducción, su velocidad puede variarse a carga completa,
la corriente
de arranque puede regularse y el momento de
torsión para el arranque, puede variar a cualquier valor hasta el máximo. Los
cambios
mencionados
se
hacen
con
una
resistencia
variable conectada en serie con el circuito secundario. Los bobinados de los rotores pequeños se conectan para las
3 fases
de la
misma manera
que se
hacen en
bobinas de los estatores. Los grupos de cada conectan,ya
sean
en
serie,
o
en
dos
o
mas
las
fase se grupos
paralelos, y las 3 fases a su vez se conectan en Estrella o en delta,
para obtener el voltaje correcto en los
anillos. Las bobinas de barra se emplean en motores de tamaño mediano, donde el uso de dos barras por ranura puede hacerse
de
dos
maneras,
las
cuales
se
introducen
una
sobre las otras, por el mismo lado de la ranura. 4.4 CALCULOS DE LOS MOTORES TRIFASICOS Por lo general, el nuevo devanado se realiza con las mismas características del devanado antiguo; pero muchas veces se toman mal los datos de algunas características del devanado antiguo, tales como: el número de espiras por bobina, el paso de bobina, conductores en paralelo, conexiones, calibre del conductor, etc. Con la información obtenida en el proceso anterior, mas la información de sala de pruebas, se procede al calculo de la verificación de las características del devanado, y al cálculo de los parámetros de funcionamiento del motor.
A continuación se expone el procedimiento de cálculo para el caso del estator de un motor asincrono trifásico. 4.4.1 Dimensionamiento del estator Antes de empezar con el cálculo es necesario tomar las siguientes medidas en el núcleo magnético: -
La longitud activa (La).
-
La altura de la corona (Hc)
-
El ancho de diente (Ad).
-
El diámetro interior (Di).
-
El número de ranuras (z).
-
El ancho de ranuras (bm)
-
La altura de ranura (hm).
-
La profundidad de ranura (Hm).
Ver figura Nº 4.9 4.4.2. Fuerza electromotriz inducida en los devanados Se sabe que la fuerza electromotriz eficaz inducida en una bobina de ne Espiras que se desplaza en un campo sinusoidal giratorio es proporcional al flujo y a la frecuencia de este campo, independientemente del número de polos: E = 4.44 f ne 10-8
E = Fuerza electromotriz inducida en voltios. F = Frecuencia de la red en hertzios. = Flujo magnético por polo en Maxwell. ne =
Número de espiras de la bobina.
Para N conductores en serie por fase, con un factor de arrollamiento Ka, y considerando la fuerza electromotriz inducida E igual a la tensión de fase en voltios (v), tenemos:
v 4.44 f Ka
N 10 8 2
v 2.22 f Ka N 10 8 ne Ka
N 2
Ka = Kp Kd Kp = Factor de paso. Kd = Factor de distribución. N
= Número de conductores en serie por fase.
4.4.3. Factor de paso Kp
Una de las características de la bobina o sección es el paso y, o sea, el número de dientes que abarca, El paso puede determinarse como la diferencia ente los números de ranuras en las cuales son colocadas ambos lados de la bobina. El paso se denomina diametral si es igual al intervalo polar , es decir, a la distancia entre los ejes de los polos vecinos opuestos, o también el número de ranuras (dientes) correspondientes a un polo. En este y
z 2p
caso:
donde:
z es el número de ranuras (dientes) del Núcleo, y 2p el número de polos del devanado. Normalmente, el paso de la bobina es menor que el paso polar y se denomina corto. El acortamiento del paso se caracteriza
por
el
factor
de
ahorrar el cable de devanado frontales
más
cortas),
paso
Kp
=
y/;
permite
(a costa de las partes
facilitar
la
colocación
del
devanado y mejorar las características de los motores. El acortamiento
del
paso
utilizado,
normalmente,
encuentra dentro de los límites de 0.85 a 0.66. El factor de paso Kp se calcula de la siguiente manera: Kp Sen 90º y /
Y = paso real = paso diametral
se
4.4.4. Factor de distribución Kd. Las f.e.m.s. inducidas en las bobinas individuales de un grupo q, correspondientes a cada polo y fase, no están en fase; sino que se encuentran desplazados entre si de un ángulo y (ángulo de ranura) en grados eléctricos. El factor de distribución Kd expresa la reducción de la f.e.m. resultante del grupo de bobinas, originada por la distribución de las espiras en q pares de ranuras, en vez de colocarlas en un solo par de ranuras. Para calcular este factor se procede de la siguiente manera: Kd
kd
f .e.m. resultante Suma de las f .e.m.s.inducidas individuales
Sen q / 2 qSen / 2
=
(360/z)p
q
=
z/2pm
=
Angulo de ranura en grados eléctricos
q
=
Número de ranuras por polo y fase, o número de bobinas por grupo
m
=
Número
2p =
Número de polos
p
=
pares de polos
z
=
Número de ranuras
4.4.5. Factor de devanado o arrollamiento
El factor de arrollamiento Ka se define como el producto del factor de paso Kp por el factor de distribución Kd: Ka = Kp Kd La distribución del arrollamiento causa un a perdida de espira, o bien una perdida de tensión de 3.5 a 4.5% en arrollamientos trifásicos. 4.4.6. Número de conductores en serie por fase N Esta dado por: N=
(N°espiras/bobina )(N° bobinas/ranura)(N° ranuras ) (N° de fases) (N° de circuitos en paralelo)
4.4.7. Cálculo del flujo magnético El
campo
giratorio,
al
igual
que
todo
magnetico,
calcula como flujo y
se expresa en Maxwell.
De
la
la
expresión
de
anteriormente, tenemos:
V 10 8 2.22 f Ka N
f.e.m.
inducida,
se
mencionada
= Flujo magnetico por polo en Maxwell. V = Tensión de fase en voltios. N = Número de conductores en serie por fase. 4.4.8. Cálculo de las Inducciones Magnéticas en el núcleo a) Inducción en la Corona Bc. El flujo magnético se reparte en la Corona en dos partes considerándose aproximadamente que la inducción máxima
está
uniformemente
repartida
en
todas
las
secciones de la Corona del núcleo. Se deduce de ello que entre el flujo y la inducción máxima de dicha Corona existe
Bc
la relación:
2 Sc
Sc =
La Hc fa
Sc =
Sección
La =
Longitud activa.
Hc =
Altura de Corona
fa =
Factor de apilamiento.
Bc =
Inducción magnética en la Corona Gauss.
de la Corona.
Reemplazando, y para un factor de apilamiento igual a 0.9, tenemos:
Bc
2 x 0.90 La Hc
Bc 0.556
La Hc
b) Inducción en el entrehierro Br La relación entre el flujo magnético y la inducción en el entrehierro es la siguiente:
Br
2 Se
Se
=
( Di La) / 2p
Se
=
Sección en el entrehierro.
Br
=
Inducción en el entrehierro.
Di
=
Diámetro interior
2p = Número de polos. Remplazando:
Br
2 DiLa / 2 p
Br
p DiLa
p = Pares de polos. c) Inducción en el diente Bd Considerando
la
misma
relación
entre
el
flujo
y
la
inducción en el diente, como en el entrehierro, tenemos: Bd
2 Sd
Sd= (z fa La Ad)/2p Bd = Inducción magnética en el diente. Sd = Sección de los dientes en un polo Reemplazando: Bd
2 z faLaAd / 2 p
Bd 1.75
LaAd z / 2 p
Las magnitudes de Bc, Br y Bd utilizadas para
motores de
uso general varían en el siguiente rango: -
Bc = 14000 – 20000
-
Br = 6000
-
Bd = 14000 – 21000
– 9000
Estos valores varían de acuerdo al número de polos, la potencia, tipo constructivo y antigüedad del motor 4.4.9. Densidad de corriente J La
densidad
de
corriente
J
la
calculamos
siguiente expresión: J
J
I
f
a Cp S
=
Densidad de corriente en A/mm2
lf = Corriente de fase en Amperios. a
=
Número de conductores en paralelo.
Cp
=
Número de circuitos en paralelo.
mediante
la
S
Sección del conductor en mm2
=
Esta
magnitud
define
las
pérdidas
en
el
cobre
del
bobinado y está, por lo tanto, ligado a la temperatura de operación del motor. Esta magnitud varía del motor y tipo constructivo. Las densidades de corriente, de acuerdo al tipo constructivo del motor, pueden tener los siguientes valores: -
Motores cerrados con ventilación radial : 3.5 - 4.5 A/ mm2.
-
Los motores semiprotegidos con ventilación radial: 4.5 - 6.5 A/ mm2
-
Motores con ventilacióñ reforzada: 6.5 - 8.5 A/ mm2.
Los
valores
indicadas,
mayores se
de
refieren
las a
densidades los
de
motores
corriente
de
menores
dimensiones y mas veloces. En la Tabla 4.1 se muestran valores de la densidad de corriente
en función a la clase de aislamiento.
4.4.10. Factor de utilización Fu Llamado
también
representa
la
factor
proporción
de
relleno
entre
el
Area
de
la
sumaria
ranura, de
la
sección transversal de los conductores colocados en la
ranura (Sm) y el área total de la sección transversal de la ranura (Sr.). Fu
Sm Sr
Sm = Nr Cp s Nr = Número de conductores en la ranura. Este factor nos indica si todos los conductores podrán ser colocados o no en las ranuras. Además nos indica si la ranura quedará llena o no. La
variación
de
este
factor,
de
acuerdo
al
tipo
de
devanado y forma de la ranura, se muestra en la tabla 4.2. 4.4.11. Densidad de carga lineal Q Representa el producto de la corriente en un conductor por el número de conductores en la ranura para una unidad de longitud periférica del diámetro interior del núcleo. Según esta definición se tiene:
Q
z Nr I f
Di a
(A/mt)
Q
=
Densidad de carga lineal.
Nr
=
Número de conductores en cada ranura
If
=
Corriente de fase
Di
=
Diámetro interior.
a
=
Circuitos en paralelo
Para
motores
nervaduras,
de
construcción
cerrada,
con
aletas
o
ventilación externa, clase de aislamiento F,
cuatro polos y frecuencia de la red de 60 Hz, se muestra, en
la
tabla
4.3
la
densidad
lineal
en
función
del
diámetro exterior del nuevo núcleo magnético. Asimismo, en la tabla 4.4 se dan los factores de corrección para motores con otros números de polos. Por otro lado, para la clase de aislamiento B, los valores de densidad lineal es menor aproximadamente en 20% a los de clase F.
4.4.12. Cálculo de la Longitud media de una espira Lm Para poder calcular el peso del conductor utilizado en el devanado
del
motor,
es
necesario
primero
calcular
la
longitud media de una espira. A continuación se indica el modo de calculo para un arrollamiento concéntrico. De acuerdo a la fig. 4.10 tenemos para un bobinado imbricado en punta:
Lm 2 La 4 d 0
2 Dmy 2 lm z Sen Sen
Dm
=
Di + Hm + 4 mm.
lm
=
(l1 + l2) /2
Dm
=
Diámetro medio.
Hm
=
Profundidad de ranura.
lm
=
Longitud media de la ranura
Para calcular el diámetro medio Dm, se añaden 4m.m. para tener en cuanta las formas de la ranura y de la cuña de cierre. Los valores varían de acuerdo a la clase de aislamiento: - Clase A :
12.5 - 20mm.
- Clase B :
20
- Clase F :
27.5 - 35mm.
- 27.5 mm.
Para un bobinado concéntrico :
Lm 2 La 2 fc 2 fnc
2 Dmy z
fc
=
Flecha del lado de conexión.
Fnc
=
Flecha del lado de no conexión.
y
=
paso de bobina
4.4.13. Cálculo del peso del conductor utilizado El peso del conductor utilizado en el devanado de un motor trifásico se calcula de la siguiente manera: Pc 26.7 Cp s Lm N a 10 3
Este
peso
representa
(Kg) el
comprende las conexiones las
pérdidas
inevitables
peso
neto
del
cobre
y
no
entre las secciones, así como de
recorte
durante
la
reparación. Por lo tanto, es necesario prever un exceso de 5 a 10% del peso neto.
4.4.14. Cálculo de los cables de salida Para calcular la sección de los cables de salida del devanado
a
la
caja
de
bornes
del
motor,
primero
se
calcula la sección neta ( Sn ) en una rama: Sn = S Cp a El valor de la sección del cable de salida debe ser mayor o igual a la sección neta de la rama, cumpliéndose: Scable > Sn El
tipo
de
diferentes
cable
se
selecciona
requerimientos,
tales
de como
acuerdo la
a
tensión
los de
servicio, temperatura de operación y flexibilidad. Normalmente se eligen los tipos flexiplast y ws por sus altas flexibilidades (ver tabla 4.5) Todas
las
dimensiones
del
núcleo
magnético,
las
características y parámetros calculados anteriormente se registran en la hoja de cálculo de motores (formato 4.1). Realizados
todos
los
cálculos,
y
de
acuerdo
de
los
resultados obtenidos, la sección de cálculo pasa a la sección
de
bobinados
la
hoja
de
bobinado
de
motores
(formato 4.1), en donde, además de los datos de placa, se
indican
las
medidas
del
núcleo
y
las
siguientes
características del arrollamiento:
En
-
Ranuras por polo.
-
Bobina por ranura.
-
Bobinas por grupo.
-
Número de grupos.
-
Espiras por bobina.
-
Paso de bobina.
-
Conexión.
-
Calibre del conductor.
-
Conductores en paralelo.
-
Número de salidas .
la
tabla
Nº
4.6,
se
muestra
la
variación
de
las
inducciones en función de la potencia TABLA 4.1 RANGOS DE DENSIDAD DE CORIENTE EN FUNCION A LA CLASE DE AISLAMIENTO (8)
A Y Densidad de corriente (A/mm2)
4
CLASE DE AISLAMIENTO E B F 4-6
6-10
Temperatura Máxima Admisible (*C)
120
130
155
TABLA 4.2 VARIACION DEL FACTOR DE UTILIZACION DE ACUERDO AL TIPO DE RANURA Y DEVANADO (8)
TIPO DE RANURA
TIPO DE DEVANADO
TRAPEZOIDAL O CUADRADA
SIMPLE CAPA DOBLE CAPA SIMPLE CAPA DOBLE CAPA
OVALADA
FACTOR DE UTILIZACION (Fu) 0.36-0.43 0.30-0.40 0.40-0.43 0.36-0.43
TABLA 4.3 DENSIDAD LINEAL VS, DIAMETRO EXTERIOR PARA MOTORES DE CUATRO POLOS Y CLASE DE AISLAMIENTO F (8) CLASE F, DIAMETRO EXTERIOR DE (m) 0.10 0.12 0.14 0.15 0.16 0.18 0.20
60 HZ, 4 POLOS DENSIDAD LINEAL Q (103 A/m) 19 21 23 24 24 24 27
0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.35 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.45 0.46 0.48 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.90 1.00
TABLA 4.4 FACTORES DE CORRECCION PARA LA TABLA 4.4
27 28 29 33 35 35 35 36 36 37 37 38 38 38 39 39 44 45 45 46 46 46 46 46 46
CUANDO EL MOTOR
TIENE OTRO NUMERO DE POLOS (8)
NUMERO DE POLOS DIAMETRO EXTERIOR De (m) 0.10 - 0.26
2
6
8
10,12
0.93
1.000
1.000
0.84
0.96 - 0.50
1.00
0.930
0.930
0.84
0.50 - 0.65
1.10
0.915
0.915
0.84
0.65 - 1.00
1.10
0.920
0.870
0.84
TABLA 4.5 INTENSIDAD DE CORRIENTE ADMISIBLE EN CONDUCTORES PARA INSTALACIONES GENERALES TIPOS: TW, UT, MT,XT, INDOPRENE, TM, TFF TX, CTM, NLT, NMT, NPT, WS, TZZ, CCT-B, GPT. Temperatura ambiente : 30°C Temperatura alcanzada en el conductor : 60°C Calibre
Sección Real
AWG-MCM 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 1
mm2 0.324 0.517 0.821 1.310 2.081 3.309 5.261 8.366 13.300 21.150 33.630 42.410
1/0 2/0 3/0 4/0 250 MCM 300 350 400 500 600
Intensidad Admisible en amperios Al aire En Ductos (**) 3 (*) 5 (*) 7 (*) 10(*) 20 25 40 55 80 105 140 165
1 (***) 2 (***) 5 (***) 7 15 20 30 40 55 70 95 110
52.48 67.43 85.03 107.20
195 225 260 300
125 145 165 195
126.7 151.0 177.4 202.7 253.4 304.0
340 375 420 455 515 575
215 240 260 280 320 335
(*)
Calibres
primitivos
solo
para
instalaciones
interiores (**)
No mas de 3 conductores en el ducto.
(***)
Calibres permitidos solamente para sistemas con tensiones inferiores a 100 voltios.
TABLA 4.6 VARIACION DE LAS INDUCCIONES EN LA CORONA, ENTREHIERRO Y DIENTES CON RESPECTO A LA POTENCIA (8)
POTENCIA Bc
INDUCCIONES Br
Bd
0.4 – 12
(GAUSS) 14000 - 18000
(GAUSS) 6000 - 8500
(GAUSS) 14000 - 19000
15 - 30
15000 - 20000
6000 - 9000
15000 - 20000
36 - 60
14000 - 18500
6500 - 8500
15000 - 21000
70 - 125
14000 - 16500
6000 - 7500
14000 - 18000
(HP)
4.5. BOBINADO CONCENTRICO IMBRINCADO 4.5.1. DEVANADO DE BOBINAS CONCENTRICAS Las bobinas que forman un grupo tienen diferentes pasos y en cada fase se dispone un número de grupos igual a la mitad del número de polos del motor. Según podemos ver en la figura 4.11 El número de bobinas es igual a la mitad del números de ranuras, y el número de ranura, y el número de bobinas por grupo esta dado por: q
Nr 3 xP
Donde: Z=Nr :
Número de ranuras del estator
p
Numero de polos
:
q=B/G:
Número de bobinas por grupo
Los pasos de bobina mayor y menor en ranuras se calculan usando : Ymax= 4 x q - 1
.....................(a)
Ymin= 2 x q + 1
.....................(b)
Y los intermedios se obtienen restando 2, sucesivamente al mayor de los pasos: En los bobinados concentricos debemos tener en cuenta , calcular el total de conductores efectivos en estos tipos de bobinados.
a) Demostración:
N3 N2 N1
Kp3 Kp2
Y1
Kp1 Y2 Y3
En un bobinado donde hay 3 tipos de pasos diferentes y el número de espiras por bobina es constante o iguales. N1=N2=N3=Ni Ni=cte=número de espiras. Para el análisis de las capas de los bobinados sabemos que : Nr 2
1 capa
B.T. =
2 capas
B.T. = Nr
B.T . Nr 2 B.T . 2 ....................(1) Zb / r B.T .
Nr xzb / r 2
Despejando de la relación (a) tenemos: N .G. B.T . x B.T . fases x ...............(2) fases N .G.
Reemplazando (2) en (1) N .G. B.T . 2 Nr ............(3) x fase x Zb / r fases N .G.
P
N .G fase
para polos opuestos
Si denominamos que:
i
Yi x 90 T
Análogamente para varios pasos: Y1, Y2, Y3.......Yn
i
Yi x 90 T
Y Si sabe que: Kp1= Sen 1 x 90 T
Entonces: Y Y Y Y N 1 Sen 1 x 90 N 2 Sen 2 x 90 N 3 Sen 3 x 90 N i Sen i x 90 T T T T Kp N 1 N 2 N 3 .....N i
..........(4) En forma general sería:
n
Kp
Ni.Kpi i 1
n
Ni
...................(5)
i 1
4.5.2. DEVANADO IMBRINCADO Las bobinas que forman un grupo tienen el mismo paso y en cada
fase
se
dispone
un
número
de
grupos
iguales
al
número de polos. Se utilizan en motores de mediana potencia y ofrecen la posibilidad
de
escoger
el
paso
de
la
bobina
convenientemente para minimizar el contenido de armonicos del campo magnético del motor. Podemos ver en la figura N° 4.12 El paso de la bobina debe de ser lo mas próximo posible a : y
5 z x 6 p
y el número de bobinas por grupo esta definido por: q
z 3p
z p
Si sabemos que :
Para capa simple B.T = z/2 Para doble capa
B.T = Z
Donde :
: es el paso completo o paso polar
y
: es el paso de la bobina
q
: es el número de bobinas por grupo
p
: es el número de polos
De la fórmula de aplicación tenemos : Para el factor de paso; y.90 Kp sen z/ p
y.90 Kp sen
El paso de la bobina casi siempre es menor que el paso polar,
en tal
caso el
paso toma
el nombre
de
paso
reducido. En ningún caso tal reducción puede alcanzar a la mitad del paso polar. 4.6.
TENSION DE TRABAJO Y CONEXIONADO INTERNO DEL ESTATOR.
Una vez concluida la colocación de las ranuras asi como terminado el acuñamiento del devanado, se realizan las conexiones para componer el esquema del devanado, los terminales ranuras
de
los
situadas
grupos cerca
de de
bobinas la
salientes
caja
de
de
las
bornes,
son
considerados como comienzos de las fases . Las
3
fases
de
un
motor
trifásico
están
siempre
conectadas en estrellas (y) o en triángulo ( ) . En la
conexión unidos
en
estrella,
conjuntamente
los en
finales un
de
punto
las
común
fases
están
(centro
de
estrella), y cada principio de fase va conectados a unas líneas
de
triángulo,
alimentación
de
la
red.
En
la
conexión
en
el final de cada fase esta unido al principio
de la siguiente. Muchos motores trifásicos están concebidos de manera que cada una de sus fases están subdividida en varias ramas o derivaciones iguales, unidas entre si en paralelo. Según el
número
de
derivaciones
existentes
en
cada
fase
se
tiene una conexión de dos ramas (doble paralelo), de tres ramas (o triple paralelo) etc., pudiendo ser en estrella o en triángulo. Por lo tanto tenemos conexiones tanto en estrella como en paralelo: serie (y), doble paralelo (2y), triple paralelo (3 Y,3 ), etc. A continuación se indica el procedimiento para la conexión en serie (ver figura 4.13): -
Primero se conectan todas las bobinas en grupos si estas no han sido confeccionadas por grupos.
-
Seguidamente se conectan entre si todos los grupos que pertenecen a la fase A, empezando por el primer grupo, de
tal
manera
que
las
corrientes
circulan
por
los
grupos, alternadamente, en sentidos inversos. -
A continuación se conectan entre si los grupos de la fase C, empezando por el tercer grupo exactamente
-
igual que los de la fase A.
-
Luego se conectan los grupos de la fase B del mismo modo que se ha procedido con las fases A y C; pero empezando por el quinto grupo.
-
Si la conexión en estrella se unen los finales de cada fase; y si es en triángulo, se conectan el final de la fase A con el principio de la fase C, el final de la fase C con el principio de la fase B, y el final de la fase B con el principio de la fase A.
Para
las
conexiones
en
paralelo
se
sigue
el
mismo
procedimiento, pero teniendo en cuenta que, al formarse las
derivaciones
paralelas,
la
dirección
de
los
corrientes den los grupos de bobinas deben permanecer iguales que la conexión en serie. En la figura 4.14 se muestra el procedimiento de conexión en estrella/doble paralelo. Los devanados de los rotores bobinados de los motores asíncronos
se
conectan
primordialmente
en
estrella
conectándose juntas las tres de las seis varillas libres y las otras tres con los anillos contactores (rozantes) del rotor. Las
conexiones
plomo,
plata
conductores:
se
efectúan
etc, luego
de se
con
soldaduras
acuerdo aislan,
a
la
de
dureza
generalmente
estaño, de
con
los tubos
aislantes (espaguettys). En el anexo 1 se muestran estas soldaduras y materiales aislantes . Una vez realizadas las conexiones se procede a sujetar y aislar
las
partes
frontales
del
devanado
(cabezas
de
bobinas). En el caso del rotor bobinado se sujetan con unos bandajes de alambre de acero o con cinta con fibra de vidrio especiales.
CAPITULO V CALCULOS MATEMÁTICOS EN EL PROCESO DE REBOBINADO DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE
Siempre que se rebobina
INDUCCIÓN
un motor se trata de dejarlo tal
como era originalmente salvo en casos
especiales
de
variación de tensión. Para
el
rebobinado
consiste
parámetros, como la inducción la corona y en los dientes cuales
deben
de
en
calcular
ciertos,
en él entre – hierro; en
del núcleo del estator, los
encontrarse
entre
cierto
rango
de
valores, para que se consideren normales y estos dependen del tipo, tamaño
y utilización
del motor.
Según la hoja de bobinados, del diseño actual del motor, se observa los datos, del recepcionado y del entregado, que sería cuando el estator ya ha sido rebobinado. 5.1 TIPO DE MOTOR TRIFASICO DE 18 HP Como ejemplo el
proceso
de aplicación, a continuación se describe de
reparación
de
un
motor.
Asíncrono
trifásico de jaula de ardilla, cuyos datos de placa son: Marca
:
Delcrosa
Potencia
:
18 HP
:
220V / 440V
Corriente
:
47A
Conexión
:
2 /
Velocidad
:
1745 RPM.
Frecuencia
:
60 HZ
Tensión
Clase de aislamiento:
B
Tipo
:
NV160M4
Factor de Potencia
:
0.85
5.1.1 OBSERVACIONES Las diferentes
EXTERNAS
Y PRUEBAS DE RECEPCIÓN.
partes tales como
bornes, funda, ventilador, soporte,
escudos, caja de
aletas, eje, placa,
de datos, etc., se encuentra en un buen estado. Estas observaciones se encuentran registradas en el protocolo de pruebas que se adjuntan al final.
Solamente se realizó la medida de la resistencia de aislamiento
entre
fases
y
con
respecto
concluyéndose que existe cortocircuito
a
masa,
entre espiras.
5.1.2 REVISIÓN ELECTROMECÁNICA. Concluido
el
desmontaje,
se
comprobó
que
los
rodamientos estaban en buenas condiciones, requiriéndose simplemente un cambio de lubricante; asimismo se verificó el
correcto
ajuste de los rodamientos con respecto al
eje y a sus respectivos alojamientos. Se realizaron las pruebas del núcleo la
jaula
de
ardilla,
cuyo
resultado
magnético y de se
encuentran
registrados en el protocolo de pruebas. 5.1.3 PRUEBA DEL NÚCLEO MAGNÉTICO. La
=
16.2 cm
Hc
=
2.3 cm
Fa
=
0.9
Bc
=
16,000 Gauss (Valor asumido)
Ne
=
10 espiras (asumido)
S
=
33.53 cm2 = La. Hc. Fa = 16.2x2.3x0.9
S
=
33.53 cm2
E
=
4.44 f ne Bc.S 10-8
=
4.44x60x10x16,000x33.53x10-8
=
14.29 voltios
E
Tiempo de prueba = 10 minutos. Resultado : Bien.
5.2 CALCULOS DEL PROCESO DE REBOBINADO 5.2.1 DATOS DEL NÚCLEO MAGNÉTICO Diámetro exterior
De = 31.5 cm.
Diámetro interior
Di = 15.9 cm
Longitud activa
La = 16.2 cm
Altura de corona
Hc = 2.3 cm
Ancho de diente
Ad = 7 mm
Número de ranuras
Z
Dimensiones
=
36
de la ranura:
b Hm
h
a
r
=
2
mm.
a
=
5.2
mm
b
=
4.0
mm.
h
=
26.5 mm.
Hm
=
29
mm.
5.2.2. DATOS DEL BOBINADO ANTIGUO
Ranuras por polo
:
9
Bobinas por ranuras
:
2
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por bobinas
:
14
Paso de bobina
:
1-6-8-10
Cable de salida
:
N° 10
Conexión
:
2
Alambre
:
N° 18 A.W.G
Alambres en paralelo
:
3
Número de salidas
:
12
Número de polos
:
4
Clase de aislamiento :
/
“B”
Flecha lado conexión
:
Flecha lado no-conexión : 5.2.3. CÁLCULO DEL FACTOR DE
75mm. 65 mm.
PASO
Kp = Sen (90° y /) Kp1 = Sen (90x5/90)
= 0.7660
Kp2 = Sen (90x 7/90) = 0.9396 Kp3 = Sen (90x 9/9) Kp
= 1
0.7660 0.9396 1 3
Kp = 0.9019 5.2.4 CÁLCULO DEL FACTOR DE DISTRIBUCIÓN kd
Sen q / 2 qSen / 2
A.W.G.
= (360/Z) p = (360/36)2 = 20
q
= z / (2p m) = 36/4x3 = 3
Kd
Kd 5.2.5
5.2.6
Sen 3 x 20 / 2 3Sen 20 / 2
= 0.95979
CÁLCULO DEL FACTOR DE ARROLLAMIENTO Ka =
kp kd = 0.9019 x 0.95979
Ka =
0.86563
NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE N
N espiras / bobina N bobinas / ranura N ranuras N de fases N de circuitos en paralelo
N = 14x2x36
= 168
3 x 2 N = 168 5.2.7
CÁLCULO DEL FLUJO MAGNÉTICO
V 10 8 2.22 fKaN
2.20 x10 8 2.22 x 60 x0.86563x168
=
1’135,734.6
Maxwell
5.3
RECONOCIMIENTO DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA DE ACUERDO A
LOS
PARÁMETROS
TÉCNICOS
CARACTERÍSTICA 5.3.1. INDUCCIÓN EN LA CORONA. Bc 0.556
La Hc
Bc 0.556 x
1'135,734.6 16.2 x 2.3
Bc = 16,947.623 Gauss 5.3.2. INDUCCIÓN EN EL ENTREHIERRO Br
p DiLa
Br
1'135,734.6 x 2 15.9 x16.2
Br = 8,818.499 5.3.3.
Gauss.
INDUCCIÓN DEL DIENTE Bd 1.75
LaAd z / 2 p
Bd 1.75 x
1'135,734.6 16.2 x 0.7 36 / 4
Bd = 19,474.187 Gauss. 5.4
DENSIDAD DE CORRIENTE
DE
LA
PLACA
J
If a Cp s
J
47 / 3 2 x3 x 0.8231
J = 5.49 amper / mm2 5.5
CÁLCULO DEL AREA SECCIONAL DE LA RANURA
5.5.1. FACTOR DE UTILIZACIÓN Fu
Sm Sr
Sm = Nr Cp s =14x2x3x(0.8231 mm)= 69.1404 mm2 Sr
r2 a b h r br 2 2 2
2 5.2 4 Sr 26.5 2 4 x2 2 2 2 2
Sr = 2
+ 26.5 (5.2 + 2 + 2 ) + 8 2
Sr = 189 .18 mm2 Fu = 69.1404 mm2 189.18 mm2 Fu =
0.36
5.5.2. DENSIDAD DE CARGA LINEAL
Q
Q
zNrI f
Dia 36 x14 x 2 x 47 x 0.159 x 2 3
Q = 27,378.42 A / mt. 5.5.3. CÁLCULO
DE
LA
LONGITUD
MEDIA
DE
UNA
ESPIRA
PARA UN DEVANADO CONCÉNTRICO: Dm = Di + Hm + 4 mm = Dm = 159 + 29 + 4 = 192 mm. Dm = 192 mm. Lm = 2 La + 2fc + 2fnc +
2 Dm y z
Lm = 2 x 162 + 2(75) + 2 (65) + 2 (192)y 36 Lm = 324 + 150 + 130 + 33.49y Lm = 604 + 33.49y Lm1 = 604 + 33.49 (5) = 771.45 = 0.77145 mt Lm2 = 604 + 33.49 (7) = 838.43 = 0.83843 mt. Lm3 = 604 + 33.49 (9) = 905.41 = 0.90541 mt.
5.5.4.
CÁLCULO
DEL PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO
Pc = 26.7 Cp s Lm N a 10-3
Como hay que calcular para cada tipo de bobina, en este Caso: N = 168 = 14, ya que hay 12 grupos. 12 Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm X 14 x 2
3
x 10-3
Pc = 3.1975 Lm Pc1 = 3.1975
x 0.77145 = 2.46671 kg.
Pc2 = 3.1975
x 0.83843 = 2.68087 kg.
Pc3 = 3.1975
x 0.90541 = 2.895048kg.
Pc = Pc1 + Pc2 + Pc3 = 8.042629 kg. Pc = 8.042629 kg. Considerando un 10% adicional, tenemos: Pc = 8.84689 kg. 5.5.5. CÁLCULO DE LOS CABLES DE SALIDA Sn = s Cp a = 0.8231 x 3 x 2 Sn = 4.9386 mm2 Según la tabla 4.5, el cable tipo WS N° 12 AWG sección
igual
a
3.309
mm2;
pero
tiene una
considerando
reserva, tomamos como cable de salida el N° 10 AWG.
una
5.5.6. CÁLCULO DEL NUEVO DEVANADO En los
cálculos del devanado antiguo, observamos
que las indicaciones magnéticas, son muy altas, número de alambre muy
en paralelo muy alto
bajo.
normales
Para
que
estos
recomendados,
y factor de utilización
valores se
deben
se
adecuen
variar
características, tales como el tipo de conexión número de espiras por bobina. 5.5.7. FACTOR DE PASO Kp = 0.9019 5.5.8. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN Kd = 0.95979 5.5.9. FACTOR DE ARROLLAMIENTO Ka = 0.86563 5.5.10. NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE Considerando espiras por bobina, tenemos: N = 15 x 2 x 36 3 x 2 N = 180 5.5.11. FLUJO MAGNÉTICO
220 x10 8 2.22 x 60 x 0.86563 x180
a
los
algunas y el
= 1’060,019 Maxwell
5.5.12. INDUCCIÓN EN LA CORONA Bc = 0.556 x 1’060,019 16.2x2.3 Bc = 15,517.782 Gauss 5.5.13. INDUCCIÓN
EN EL ENTRE - HIERRO
Br = 1’060,019 x 2 15.9 x 16.2 Br = 8,230.60 Gauss 5.5.14. INDUCCIÓN EN EL DIENTE Bd = 1.75 x 1060,019 16.2 x 0.7 x 9 Bd = 18,175.908 Gauss 5.5.15. DENSIDAD DE CORRIENTE Considerando alambres en paralelo, tenemos: J
J =
47 / 3 2 x3 x0.8231
5.49 A / mm2
5.5.16. FACTOR DE UTILIZACIÓN Sm = 15 x 2 x 3 x 0.8231 mm = 74.079
Sr = 189.18 mm2 Fu = 74.079 189.18 Fu = 0.39 5.5.17. DENSIDAD DE CARGA LINEAL Q
36 x15 x 2 x 471 3 x0.159 x 2
Q = 29,334.02 A/ mt 5.5.18. LONGITUD MEDIA DE UNA ESPIRA Lm1
= 0.77145 mt.
Lm
2
= 0.83843 mt
Lm
3
= 0.90541 mt
5.5.19. PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO En este caso:
N = 180 = 15 12
Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm x 15 x 2 Pc = 3.4259 Lm. Pc1 = 2.6429 Kg Pc2 = 2.87237 kg
3
x 10-3
Pc3 = 3.101844 Kg Pc = 8.617114 kg Considerando un 10% adicional, tenemos: Pc = 9.478825 kg 5.5.20. CABLES DE SALIDA Sn = 0.8231 x 3 x 2 Sn = 4.9386 mm2 Se usará cable N° 10 AWG, tipo WS o flexiplast. De los cálculos anteriores, observamos que los valores
de las inducciones y la densidad
corriente,
el
factor
de
utilización
densidad de la carga lineal se encuentran de
los
nuevo
rangos
establecidos.
devanado
tendrá
Por
lo
las
y
de la
dentro
tanto,
el
siguientes
características: Ranuras por polo
:
9
Bobinas por ranuras
:
2
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por grupo
:
15
Paso de bobina
:
1-6-8-10
Cable de salida
:
N° 10AWG
Conexión
:
2 /
Alambre
:
N° 18 AWG
Alambres en paralelo
:
3
Números de salida
:
12
Números de polos
:
4
Clases de aislamiento
:
B
Fecha lado conexión
:
75 mm
Fecha lado no conexión
:
65 mm
5.5.21. PRUEBAS FINALES Se realizan las siguientes pruebas: - Prueba monofásica del estator. - Prueba en vacío. Los
resultados
de
ambas
pruebas
se
muestran
en
protocolo de pruebas adjunto. Asimismo se adjuntan hoja de bobinado, la hoja de cálculo y el
el la
esquema lineal
de conexión del devanado con 6 salidas (Figura 5.1)
5.5.22. CÁLCULO DEL PRECIO DE VENTA a)Costo de materiales El costo de materiales (CM) se muestra en la tabla.
Tabla 5.1 DESCRIPCION DEL ARTICULO
UNIDAD
CANTIDAD
Kg
9.478
UTILIZADO
Alambre Nº 18 AWG Clase B
PRECIO
IMPORTE
UNITARIO
10.0
94.78
Papel nomex, clase B de
Kg
0.5
43.16
21.58
0.15 mm Spaguetty de 2 mm, clase B Spaguetty de 4 mm, clase B Cable tipo WS Nº10 AWG Cinta filamentape 893 de
ml ml ml Ro
6 1 9 0.5
0.7 1.0 0.67 6.0
4.2 1.0 6.03 3.0
3/4 ” Terminales de cobre de 50
Pz
12
0.75
9.0
Amp Soldadura de plata de 1/8 ” Soldadura de estaño de 60 x
Kg kg
0.10 0.10
13.29 12.38
1.329 1.238
40 Lija de fierro Nº 80 Barniz aislante
Pl Gl
1 0.5
0.70 18.30
0.70 9.15
transparente CM: $ 152.007
b) Costo de mano de obra directa CT = 20% de CM CT = $ 30.4014 Precio de venta Considerando: Fm = 1.05 Ft = 1.05 Fg = 1.05 Fb = 0.8 Tenemos: Pv = (152.007 x 1.05 + 30.4014 x 1.05 ) x 1.05 0.8
Pv = $251.3815 5.6.
TIPO DE CONEXIONADO INTERNO DE SU TENSION NOMINAL DE TRABAJO
Para
este
tipo de
motor
de
220/440 V, de
conexión 2
/, se puede conectar en delta, cuando el voltaje de la línea es igual al voltaje de la fase, en tanto que corriente de cada fase línea
dividida entre
la
es igual a la corriente de la 1.7321.
En vista que los bobinados de cada fase
conducen menos
corriente que los hilos
de la línea, se puede enrollar
los alambres de calibre
más pequeño, y con más espiras,
del
que
se
utiliza
para
los
bobinados
conectados
en
estrella. Cuando deseamos conectar el motor en doble estrella para 220 voltios, sería indispensable cambiar el arreglo de los devanados para formar dos circuitos por fase según la Fig.
Nº 5.2,
en
este caso
la corriente
se dobla
y
asciende hasta 47 amperios, pero como a cada fase tiene dos circuitos, la corriente que pasa por cada devanado es la
misma
que
antes,
es
decir
palabras cuando la corriente
23.5
En
otras
de la línea aumenta en 47
amperios, la corriente de cada fase doble de lo que era antes
Amper.
también
aumenta al
del cambio, esto es: I = Il /
1.732 = 47/1.732 = 27.13 amperios. Ahora como los 2 bobinados de cada fase son idénticos, se divide la corriente de cada fase en proporciones iguales,
y fluye la mitad 23.5 por uno de ellos, y la otra mitad por el otro bobinado. A continuación
se muestran las vistas fotográficas y
láminas del proceso
de rebobinado en motores trifásicos.
Vista del aislamiento Fig
de las ranuras del estator
N° 4.3
Vista
de la colocación de bobinas y conexiones Fig.
N° 4.4 Vista
del
bobinado
estatorico
terminado
Fig.
N° 4.5 Vista de la colocación
de las bobinas de un motor
de 700HP de 2500 Voltios Fig. N° 4.6 Vista
de
núcleo
reparación del fierro
del
estator
Fig. N° 4.7
averiado
por
la
CAPÍTULO VI MÉTODO TÉCNICO PARA LA ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA CIRCULAR DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS
Una
vez concluido
sometido dicha
a
unas
el montaje ,el motor debe de ser
pruebas
para
comprobar
la
calidad
reparación. Después de una reparación, si
proceso de la misma
de
en el
no ha sido modificada la potencia
o
la velocidad del motor, este es sometido a las pruebas de control ya mencionadas : -
Medidas de la resistencia los devanados
de aislamiento de
con respecto a masa y entre los
mismos. -
Medida de la resistencia
de los devanados
-
Prueba de motores
-
las tensiones
con rotor
inducidas
(para los
bobinado).
Prueba de vacío.
Además durante la prueba de vacío, se debe constatar el
buen
funcionamiento
controlando su temperatura
de
los
rodamientos,
y su juego axial.
Si ha sido modificada la potencia o la rotación, es necesario
realizar la prueba
del rotor bloqueado
(De cortocircuito) y con los datos de esta prueba y la de vacío, construir el diagrama circular para determinar
la
eficiencia,
potencia,
factor
deslizamiento,
par
rendimiento. A continuación
de motor
potencia, y
el
se describe la prueba
de rotor bloqueado y la construcción del diagrama circular de Heyland. 6.1
PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO
a) Objetivo Medir los valores de la corriente y el factor de potencia
del
cortocircuito,
motor para
con poder
el
rotor
construir
bloqueado el
en
diagrama
circular.
b) Material -
Una fuente de tensión trifasica de C.A. variable.
-
Un freno mecánico o electromagnético .
-
Un multímetro.
-
Un amperímetro de pinzas.
-
Un vatímetro
c) Procedimiento -
Bloquear el rotor a fin de evitar el arranque.
-
Aplicar al motor una tensión muy débil (5 al 10% de la tensión nominal).
-
Aumentar
la
tensión
hasta
absorbida alcance la corriente
que
la
corriente
nominal. Medir los
valores de tensión (Vcc), corriente (Icc=In) y potencia (Pcc) -
Repetir las mediciones para diferentes posiciones del
rotor.
extremos
de
Es
preciso
Vcc
y
Pcc
determinar y
tomar
la
los
valores
media.
Las
variaciones pueden ser del orden de +5 a 7%. -
Calcular la corriente de corto circuito Icc para tensión nominal aplicando la siguiente relación: Icc= (Vn / Vcc) In
-
Calcular el factor de potencia usando la siguiente fórmula:
Cos cc
Pcc 3In Vcc
6.2. DIAGRAMA DE HEYLAND a) Objeto Determinar gráficamente las características en carga del motor.
b) Datos Vn
= Tension Nominal
Icc
= Corriente de cortocircuito para la tensión Vn
Io
= Corriente de vacío
cc
= Angulo de desfasaje de Icc con relación a Vn
0
= Angulo de desfasaje de Io con relación a
Vn
c) Procedimiento Se construye el diagrama de la siguiente manera (Fig N 6-1) Trazar
dos
ejes
perpendiculares,
en
el
eje
vertical, trazar la tensión nominal Vn. Trazar las corrientes Io e Icc con sus ángulos y
cc
Unir
, respectivamente con respecto a los
puntos
A
y
B
y
0
Vn.
levantar
una
perpendicular en su punto medio, la cual cortará a la horizontal que pasa por A en el punto O tomando como centro este punto trazar un circulo. Unir D (Punto de cruce entre el eje horizontal y el circulo ) con A y B. Trazar la recta vertical BJ y dividirla en cien partes iguales, donde J es el punto de cruce con la recta AD. Prolongar la recta AB hasta el punto arbitrario G desde F (Punto de cruce AB con el eje
horizontal)
bajar una perpendicular hasta H, de modo que se tenga una recta GH horizontal; dividir esta recta en cien partes iguales.
D)
Determinación de las características
Para la corriente nominal In,trazar el vector de está corriente,
siendo
k
el
punto
de
intersección
con
el
circulo. -
Potencias:
trazar
la
recta
vertical
obteniéndose los puntos R(cruce con PB), L
KN,
(cruce
con AB) y M( cruce con la horizontal AO).Luego la potencia en kilovatios viene dada los segmentos
KN
Para la potencia absorbida, MN para las perdidas en el fierro, LM para las perdidas en el cobre, KL para la potencia en el eje (útil o mecánica), medidas a las escala de las corrientes y multiplicadas por 3 Vn. - Rendimiento: uniendo K con F y prolongando hasta cortar GH, se lee directamente en centésimas en la escala de rendimientos también se puede calcular con la siguiente relación :
n
Potencia util KL Potencia absorvida KN
- Deslizamientos: uniendo K con D , con una recta se lee directamente en centésimas en la escala de deslizamiento Otra forma de hallar el deslizamiento es:
RL KL
- Par motor: se calcula con la siguiente relación: T
0.96 KR Vn 1 n
Donde: T = par motor Kg-cm n = Velocidad síncrona RPM - Factor de potencia : se lee directamente el ángulo
n
y se halla el cos
n
CAPÍTULO
VII
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPAMIENTO E INSTRUMENTACIÓN EN SALA DE PRUEBAS PARA LA REPARACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS
En este capítulo describiremos los equipos, instrumentos y transformadores de arranque para motores trifásicos y su uso correcto en la sala de pruebas del taller de reparaciones eléctricas de la empresa. Es de vital importancia el conocimiento de uso de los equipos
para
especialista
tener en
una
pruebas
seguridad de
de
motores
que y
el
ingeniero
transformadores
trifásicos pueda realizar y tener siempre las normas de seguridad para no dañar las maquinas a probar.
El ingeniero o técnico de pruebas debe utilizar todos los instrumentos informe
adecuados
técnico
maquina,
de
tal
de
para
las
manera
tener
fallas que
o
que
presentar
reparaciones
tengamos
un
de
el cada
protocolo
de
pruebas para el archivo técnico. 7.1
AUTOTRANSFORMADOR
TRIFASICO
CON
DERIVACIONES
PARA
PRUEBAS El autotransformador, que tiene un solo, bobinado del cual se derivan tomas del primario y el secundario. Los
autotransformadores
trifásicos
se
construyen
para
bajas relaciones de transformación. En los autotransformadores trifásicos se construyen de 3 o 2 columnas según su modo de conexión y sus derivaciones de las bobinas de cada columna. Esta constituido por 3 de conexión y sus derivaciones de las bobinas que se puede utilizar para probar motores según podemos observar en la Fig. N° 7.1 como trabaja de autotransformador con sus derivaciones en 55, 110, 380 voltios y puede funcionar asociado con el regulador de voltaje trifásico
de 30
KVA, para realizar las diversas pruebas de los motores donde en la prueba, obtenemos alta corriente pero baja tensión , como se usa en las pruebas trifásicas de los estatores cuando le aplicamos en la corriente nominal, pero
de
baja
tensión,
midiendo
con
la
pinza
amperimétrica, y el voltímetro de CA. Este
autotransformador
también
puede
trabajar
como
transformador trifásico porque en la columna interna del
rebobinado se ha arrollado un bobinado primario para que se conexione en estrella según podemos ver en la fig. N° 7.2 Por lo tanto tiene de alta tensión y está constituido por un bobinado primario y uno secundario que tiene varias derivaciones
que
trabajan
según
el
uso
que
podríamos
tener para las pruebas de rotor bloqueado y de vacío, de rotores
bobinados
,
estatores
de
motores
de
media
tensión de 2500 voltios. En
la
Fig.
7.3
podemos
ver
la
descripción
de
los
bobinados de alta tensión como baja tensión, y se observa la
conexión
adecuada
para
la
prueba
de
vacío
de
motores trifásico utilizando el pupitre de pruebas
los y
obtener la medición correcta. Este transformador trifásico, de sala de pruebas para taller pequeño , tiene las siguientes características: MARCA
: FARELSA
KVA
: 100
VOLTIOS
: 462, 453, 440, 428, 414 220V.
AMPERIOS
: 131.22 262.43
NORMA
: ITINTEC
FRECUENCIA
: 60 Hz.
GRUPO
: D - Y 5
Ecc
: 4.7%
FASES
: 3
Este tipo de autotransformador es de aislamiento seco y sus bobinados se encuentran sin conductos. Es necesario aumentar
la
superficie
exterior
que
se
encuentra
en
contacto con el aire. El aire caliente se enfría al quedar en contacto con la caja de transformador y facilitar la radiación del calor. En Un taller mediano, como el que vamos a realizar,
es
necesario
de
hacer
esto
porque
tenemos
un
regulador
tensión de 100 KVA y asociado con un autotransformador trifásico
en
conexión
delta
abierto,
podemos
realizar
todas las pruebas para maquinas de gran potencia. 7.1.1 AUTOTRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE ARRANQUE DE MOTORES Siempre
será
necesario
arrancar
un
motor
por
autotransformador debido a la alta corriente de arranque del
motor
de
inducción,
para
esto
le
aplicamos
una
tensión regulada del regulador trifásico con el tornillo sin
fin,
al
autotransformador
para
que
vaya
girando
paulatinamente el motor, la corriente que soporta sea por el autotransformador, hasta el momento de arranque cuando tome su corriente de vacío normal. En el Capítulo VIII se muestran los protocolos de pruebas diversos para cada tipo de motor trifásico. A
continuación
tenemos
la
descripción
de
un
transformador trifásico para arranque de motores de:
auto-
Potencia
: 180 HP
Voltaje
: 440 voltios
Tipo
: AN
Grupo de conexión
: Delta abierto
Fases
: trifásico
Frecuencia
: 60 Hz.
Altitud
: 1000 m.s.n.m.
Núcleo
: 70x120 mm.
En la hoja de bobinados formato N° 7.1 tenemos la forma de construcción y fabricación. En la Figura N° 7.4 podemos ver las especificaciones del núcleo. En la Figura N° 7.5 podemos ver los bobinados de cada columna y el molde de las bobinas . En
la
Figura
N°
7.6
podemos
ver
los
tapas
de
los
monofásicos
que
bobinados y el montaje. 7.1.2 REGULADOR DE VOLTAJE DESDE CERO VARIAC Estos
aparatos
son
autotransformadores
pueden recibir desde 120v, y entregar desde cero a 140v, también tenemos de 220 voltios y entrega de cero hasta 240 voltios, tenemos comúnmente de 1KVA y de 3KVA. Pero por medio mecánico se acoplan para regular en sistema de tres
fases desde 0 a 242v. o sea, su capacidad debe ser
de magnitud, que permita en este caso, se puedan probar transformadores de tamaños grandes, cuando el variac es trifásico.
El regulador, es como se dijo desde un principio, un autotransformador en forma circular, que permite que un cepillo o carbón pueda deslizarse por cada una de las espiras que forman el devanado de dicho transformador de prueba, lo cual se manifiesta, por un exceso de corriente que toma en el momento en el que empieza a girar el volante regulador. Como se comprende los instrumentos no se dañan por el hecho de aplicar la línea de prueba en forma lenta, pues si el voltaje pleno lo aplicamos con solo un interruptor, los aparatos se descalibran y pronto se dañan. Se utilizan generalmente para realizar las pruebas de relación monofásicos.
de
transformación
en
transformadores
También
en
pruebas
de
voltaje
aplicado,
cuando
se
conectan conjuntamente con el transformador de potencial. Se
le
aplica
una
tensión
paulatinamente
desde
variac
hasta llegar hasta la medición adecuada de acuerdo al diseño y probar el aislamiento entre los bobinados de alta
tensión
y
baja
tensión
y
viceversa,
en
los
transformadores de media tensión trifásicos (10KV).
7.2 REGULADOR TRIFASICO DE INDUCCION Es un motor de rotor bobinado, en el cual se ha bloqueado al rotor impidiendo su rotación por la influencia del par, producido por la relación entre la corriente en el secundario y el campo magnético giratorio. Este regulador puede construirse de 2 o 4 polos, cuando mayor es el ángulo mecánico que corresponde a 180 grados eléctricos
y más fácil el ajuste de tensión.
En la práctica cuando el regulador es de media potencia, tenemos que conectar a un transformador trifásico para realizar las pruebas en los motores. Ventajas respecto al auto transformador 1) Tensión
constante
de
fase
variable
cuyo
módulo
presenta una variación continua. 2) Para un desfasaje entre el primario y secundario no varia.
3) Su control eléctrico es sencillo. Desventajas 1) Se
requiere
un
mecanismo
de
subjección
(Tornillo
sinfín), la puede requerir de un pequeño motor primo (motor shunt). 2) Tiene un entrehierro que origina una regulación mas pobre. 7.3 GRAWLLER PARA MEDICION
DE BOBINAS DE A.T. (Alta
Tensión) Este grawller tiene un yugo en forma circular sólida de fierro silicoso, que se levanta cada vez que se desea probar
una bobina de barras o platina de cobre, estas
bobinas se colocan dentro del equipo durante 30 seg. Para probar
la
tensión
inducida
y
detectar
cortocircuitos
entre espiras. Según podemos ver en la Fig. N° 7.7 Para este tipo de bobina en un motor de 4000 voltios de tensión nominal y de 700 HP y conexión Y/Y. Las características del Growller son: - Tensión (V)
220 voltios (VAC)
- Frecuencia (f)
60 Hz.
Este
tipo
fabricación
de
growller
tiene
un
según
bobinado
núcleo de fierro silicoso.
sus de
características alambre
esmaltado
de y
Las bobinas de pruebas de platina de cobre y son de dimensiones en cms. Y se colocan internamente para probar la tensión con un voltímetro de C.A.
Considerando que la bobina va a trabajar con una tensión adecuada en la conexión del estator, según el cálculo de tensión de trabajo para cada bobina en este caso para este motor la bobina tiene una dimensión de 36 cm. De largo y una platina de cobre de 2,35 x 7 cms. y tiene tensión inducida de 45 voltios a una frecuencia de 60 Hz. 7.4. COMPROBADOR DE ARMADURAS Y PARA ESTATORES GRANDES Ningún taller de rebobinados deberá encontrarse sin un grawller del tipo que se muestra en la fig. N° 7.8. Pues su uso es universal. Otro tipo de comprobadores que están destinados especialmente a las pruebas de armaduras pero
que
también
se
pueden
emplear
en
la
prueba
de
armaduras y estatores, se ven en las ilustraciones “A” y “B” de la fig. N° 7.9. El primero se compone de una bobina enrollada sobre un núcleo laminado y sostenida por un mango. La conexión de la pieza se hace con un cable largo que conecta a la línea de C.A. En la fig. “B” es al de un comprobador algo similar al anterior, pero que tiene dos núcleos y bobina en forma de “V” los cuales se pueden ajustar para conformar al tamaño de la armadura que esta bajo prueba. Puede colocarse sobre una mesa, de tal manera que se pueda colocar sobre”V” abierta la armadura, pero para las armaduras grandes o estatores se invierte sobre la pieza,
para hacer
las pruebas, cambiándose de un punto otro
según sea necesario, la comprobación de un estator grande se muestra en la fig. N° 7.10.
7.5 CONSTRUCCION Y APLICACIÓN DE LA ARMADURA DE PRUEBAS Un método sencillo para determinar la dirección rotativa de
un
motor,
después
de
que
se
ha
determinado
la
construcción del bobinado fijo, es de probar la máquina con una armadura de pruebas como la que se muestra en la Fig. N° 7.11. Esta armadura consta de 2 discos de fibra de 6 mm. De grueso y 6 cm. De diámetro. Ambos discos tienen ocho perforaciones equidistantes muy cerca de la orilla y una perforación adicional en sus centros. Se introducen los extremos de ocho pedazos de alambre de cobre desnudo del N° 10 en los agujeros, tal como se muestra. Y así tenemos una armadura que se asemeja a una jaula redonda.
En
seguida
se
enreda
alambre
de
cobre
galvanizado del N° 20 alrededor de los extremos de los alambres
de
cobre
N°
10,
se
traspasan
los
discos
de
fibra. El alambre del N°20 AWG debe soldarse cuidadosamente en cada uno de los alambres de N° 10 AWG. Para probar núcleos estacionarios, de mayor tamaño con esta
se
detiene
dentro
del
moviendo alrededor de aquel.
núcleo,
cerca
del
hierro
Las armaduras de pruebas es sumamente útil para efectuar exactas y rápidas
medidas del sentido de rotación al
trabajar en construcción de bobinados del estator.
7.6
INSTRUMENTOS
Y
EQUIPOS
UTILIZADOS
DURANTE
LA
REPARACIÓN La secuencia de trabajos ejecutados durante el proceso de reparación de los motores asincrónicos, y en general las máquinas eléctricas, se exponen en la Fig. Nº 7.12. En ella también se indican los trabajos que corresponden a las diferentes secciones: salas de pruebas, mecánica, cálculos
y bobinados .
Para un mejor control utilizan muestran Cuando
se
devanado
y seguimiento de los trabajos se
los protocolos de pruebas los cuales
se
en los formatos adecuados. repara
un
estatorico
componentes averiados
motor, o
aparte
rotórico,
del se
rebobinado deben
del
corregir
tales como:
- Reparar el núcleo magnético. - Metalizar o cambiar de eje. - Embocinar las tapas laterales. - Cambiar ventilador o bornera. - Balancear dinámicamente el rotor. - Reconstruir la jaula de ardilla. Para
llevar
a
cabo
la
reparación
de
los
motores
eléctricos asincronos y en general de cualquier máquina eléctrica las empresas dedicadas a estas actividades de reparación y fabricación deben contar con los equipos e instrumentos:
7.6.1. PARA LA CARGA Y DESCARGA -
Grúa puente
-
Tecle
-
Montacarga
7.6.2 PARA LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS -
Tablero de pruebas.
-
Fuente
de
voltaje
de
corriente
alterna
trifásica
variable. -
Fuente de voltaje de C.A : monofásica .
-
Probador dieléctrico de alta tensión.
-
Megohmetros.
-
Multímetros.
-
Probador de resistencias puente de wheastone.
-
Amperímetros.
-
Termómetros.
-
Probador de inducción (Grawller).
-
Tacómetro.
-
Brújula.
7.6.3. PARA REPARAR LOS DEVANADOS. -
Máquina
de
bobinado,
para
arrollamiento
manual
o
mecanizado de los devanados. -
Equipo
para
colocar
bandajes
en
los
devanados
de
rotores bobinados. -
Máquina de balanceo dinámico de rotores.
-
Cámara
(Horno)
de
secado,
para
secar
los
devanados
antes y después del barnizado. -
Cizalla de palanca, para cortar papeles aislantes.
-
Hacha de fibra, para apretar los conductores en la ranura durante el bobinado.
-
Lámina de fibra, por colocar y tender en la ranura los lados de bobinas.
-
Lengua de fibra de vidrio para eliminar intersecciones de conductores de ranura.
-
Llaves
para
doblar
conductores
rígidos
de
cobre
(varillas). -
Empujadores para sacar las cuñas de las ranuras.
-
Además,
cada
bobinador
debe
tener
unos
ganchos
de
cable para hacer pasar la cinta, pinzas para pelar el aislamiento tenazas,
de
cables,
tijeras,
martillo
reglas,
de
soldador
goma,
punzón,
eléctrico
o
soplete, etc. 7.6.4. PARA LAS REPARACIONES MECÁNICAS -
Máquina para trabajar metales (torno)
-
Máquina de soldar.
-
Equipo de soldadura autógena.
-
Compresora de aire.
-
Taladros de banco portátiles.
-
Esmeriles de banco portátiles.
-
Prensa Hidráulica.
-
Herramientas de uso manual: Destornilladores, llaves de
boca
y
corona,
alicates
juego de dados, escuadras, etc.
y
martillos
mecánicos,
-
Extractores,
casquillos,
herramientas
hidráulicas
y
calentadores de inducción para el montaje y desmontaje de rodamientos y coples. 7.7. EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 7.7.1. MICRÓMETRO Este instrumento se utiliza para medir los diámetros de los alambres esmaltados, en caso de que el alambre tenga forro o esmalte se remueve el aislamiento en la punta y se mide únicamente el alambre desnudo. Cuando se desea conocer el diámetro de un alambre en milímetros (mm). Se emplea un micrómetro, como se muestra en la Fig. Nº 7.13 o se consulta a la tabla de alambres, en la cual se indica el número de alambres en la escala determinada, además proporciona el diámetro
en mm. Y
otros datos importantes. 7.7.2. TACOMETRO Se
emplean
para
medir
la
velocidad
y
debe
realizarse
cuando el motor se encuentra en plena marcha. Mide
instantáneamente
el
número
de
revoluciones
por
minuto (RPM). Podemos
ver
abertura
figura
cónica
motor,
existen
medir
la
Nº
que
tienen
también
velocidad
7.14
la en
punta su
tacómetros del
motor
se
apoya
extremo
el
en
eje
electrónicos, se
debe
la del
para
colocar
horizontalmente y nivelado con el eje de la máquina, no se debe exagerar la presión al momento de efectuar la medición. 7.7.3. EL MEGOHMETRO El megohmetro es un instrumento que mide directamente en la escala el valor de la resistencia de aislamiento. Se conecta directamente a los dos puntos que desea medir, y girando la manivela, se lee en la escala el valor de resistencia de aislamiento. La elevada resistencia de los materiales impide el paso de
la
corriente
eléctrica. Esto
se
aprovecha
para
transportar la energía eléctrica por conductores y en diversas
canalizaciones.
corriente
pasa
través
de
Sin ellos
embargo y
es
una
pequeña
necesario
medir
continuamente el valor de esta resistencia para saber en que estado esta el aislamiento. Se indica resistencia baja habrá que cambiar el conductor o la máquina eléctrica. Podemos ver en la fig. Nº7.15 la medición con el megohmetro. 7.7.4. PINZA AMPERIMETRICA Constituye un transformador cuyo primario es el conductor abrazado
y
el
secundario
se
encuentra
dentro
de
la
cubierta del instrumento conjuntamente con el dispositivo medidor. Para mayor flexibilidad algunas pinzas han sido diseñadas para medir adicionalmente voltios y ohmios. Este
instrumento
esta
provisto
de
un
núcleo
de
chapa
magnética en forma apropiada, el cual se abre y abraza el conductor de corriente y lo acopla inductivamente, según podemos ver en la Fig. Nº 7.16 Hay diversas modelos
de acuerdo a sus capacidades de
medición, tienen doble aislamiento y se operan mediante gatillo. Pueden tomar mediciones de hasta 1000 amperios y tenemos para corriente alterna y continua. 7.8. MÁQUINAS PARA LA REPARACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS
7.8.1. CORTADORAS DE PAPEL AISLANTE El material como papel pescado, nomex, mylar , etc. Se corta generalmente en los talleres chicos con tijera de
sastre comunes o con cuchillas arregladas a escuadra con una tabla. Estos
aparatos
talleres
sin
grandes,
rapidez
en
el
embargo
debido
trabajo
a y
no que
los
son se
prácticos hace
cortes
en
los
necesario
mas
son
de
mayores
dimensiones. En
estos
casos
se
usa
la
cortadora
especial
.
Este
aparato puede cortar tiras de material aislante hasta de 91 cm. De largo y hojas de 63.5 cm. De ancho. Este aparato tiene una cuchilla que se mueve con el pedal dejando
así
las
dos
manos
libres
para
el
manejo
del
material . Tanto en la parte de atrás como en la del frente de las cuchillas encuentran unas escalas y guías para
medir
el
corte
deseado
y
para
facilitar
las
operaciones. 7.8.2. HORNO ELÉCTRICO Es un equipo que se utiliza para secar los estatores durante un par de horas a una temperatura de 104 °C. Los estatores se le aplican barniz con un recipiente en posición vertical , de tal manera que se deje escurrir el barniz luego se coloca en el horno a una temperatura de 90 a 104 °C, dejándolo en el horno. En
la
parte
eléctricas
interna
para
8000
y
techo
watt,
se
colocan
seleccionando
resistencias su
tipo
de
conexión . En la Fig. Nº 7.17 podemos ver el horno. En la
parte interna del horno se coloca un ventilador que será accionado
por un motor eléctrico monofásico, también
debe tener un tablero de control automático por
contactores y pulsadores para desconectarse después de un tiempo deberá tener termostato.
7.8.3. BALANCEO DINÁMICO DE UN ROTOR DE MÁQUINA ELÉCTRICA Las máquinas eléctricas rotativas de cierta potencia o de débil potencia, pero que giran a gran velocidad, deben tener su rotor perfectamente balanceado, a fin de evitar vibraciones perjudiciales para la buena marcha y para la conservación Las
de los aislantes.
máquinas
balanceadas;
nuevas
pero
se
después
encuentran de
una
perfectamente
reparación,
de
una
modificación o de un desmontaje, se pueden observar, a la puesta en marcha, vibraciones desconocidas previamente. Generalmente después
de
son la
debidas
a
reparación.
un
mal
Es
balanceo
del
indispensable
rotor
entonces
0proceder a un nuevo balanceo. Se trata aquí del balanceo dinámico, puesto que nos encontramos en presencia de un cilindro y no de un disco de débil espesor. El
método
descrito
a
continuación
permite
obtener
un
resultado preciso, utilizando una máquina especial. Máquina para el balanceo dinámico de rotores Para el balanceo dinámico es conveniente utilizar una máquina de resonancia, tal como la que se muestra en la figura
7.18
esta
siguientes partes:
máquina
esta
constituida
por
las
-
Dos apoyos
-
Placas de apoyo (9).
-
Cabezas de equilibrio.
-
Indicador de aguja (3).
-
Motor de accionamiento (5).
-
Acoplamiento (4).
soldados (1).
Las cabezas de equilibrio están constituidas por : Rodamientos (8), segmentos (6). Las
cabezas
pueden
sujetarse
inmovilmente
mediante
tornillos (7), o pueden balancear libremente sobre los segmentos. El rotor al balancear (2) empieza a girar impulsado por el motor de accionamiento (5); los cuales se encuentran unidos mediante el acoplamiento (4). PROCEDIMIENTO El
balanceo
dinámico
de
los
rotores
comprende
dos
operaciones: -
Medición de valor inicial de vibración que brinda una idea acerca del desequilibrio de las masas del rotor.
-
Determinación del punto de instalación y de la masa de la carga de equilibrio para uno de los extremos del rotor.
-
Determinación del punto de instalación y de la masa de la carga de equilibrio para uno de los extremos del rotor. Durante la primera operación, las cabezas de la
maquina son sujetadas mediante los tornillos. El rotor se
hace
girar
mediante
el
motor
de
accionamiento,
desconociéndose el acoplamiento y es liberada de una de las cabezas de la máquina. La cabeza liberada se balancea bajo la acción de la fuerza centrifuga del desequilibrio medir
la
radialmente
amplitud
de
la
dirigida,
lo
fluctuación
que de
permite
la
cabeza
mediante el indicador de aguja lo mismo se realiza para la segunda cabeza. La segunda operación se efectúa al utilizar el llamado método de “rodeo de la carga”. La periferia de ambos lados del rotor se divide en seis partes iguales; en cada
punto
se
sujeta
consecutivamente
una
carga
de
prueba como la que se debe ser inferior con respecto al desequilibrio.
Luego,
utilizando
el
procedimiento
ya
descrito, se miden las fluctuaciones de la cabeza para cada exposición de la carga. Entonces, aquel punto en el cual la amplitud de fluctuaciones es mínima, será el lugar
más
ventajoso
para
colocar
la
carga.
Una
vez
terminado el balanceo de un lado del rotor del mismo modo se balancea el segundo lado. Una vez terminado el balanceo del rotor, las cargas escaladas
sobre
rígidamente,
el
mismo
mediante
provisionalmente,
tornillos
y
soldadura
se
fijan
y
estas
cargas no están bien fijadas, durante el funcionamiento de la máquina puede separase del rotor, provocando una avería o un accidente.
CAPÍTULO VIII EXPERIMENTACIÓN PRACTICA Y FALLAS EN ESTATORES TRIFASICOS Cuando
un
motor
es
recepcionado
para
reparación, lo primero que se hace es registrar,
su
en el
protocolo de pruebas antes mencionado (formatos 8.1,8.2), lo siguiente: Las características de placa, donde se especifican la marca, el número de serie, tipo, potencia, tensión, corriente, velocidad, factor de servicio, factor de potencia,
frame,
aislamiento, etc.
frecuencia,
conexión,
clase
de
El estado en que se encuentra las diferentes partes tales como: tapas (escudos), caja de bornes, fundas, (Tapas
del
ventilador
externo),ventilador,
soportes,
aletas, eje, placa de datos, etc. Una vez concluida con estas observaciones
externas, se
procede ha realizar las pruebas de recepción con el fin de
determinar
las
averías,
trabajos de reparación
así
como
para
definir
los
ejecutar.
Las pruebas que se realizan, con el motor armado, son las siguientes: 8.1 MEDICIÓN DE AISLAMIENTO. a) Objetivo: Determinar posibles contactos de los devanados a masa, o cortocircuitos entre devanados, tanto del estator como del rotor (En motores de rotor bobinado). b) Material: Megóhmetro de 500, 1000 o 2500 voltios de corriente continua (V.D.C.), en función de la tensión del motor. c) Procedimiento: El estator y el rotor deben de estar desenergizados. Limpiar
los
terminales
del
estator
y
anillos
del
rotor. Tener un buen contacto
a masa en el estator y rotor.
Comprobar el buen estado del Megóhmetro. Para ello el instrumento
se
coloca
en
posición
horizontal,
los
bornes se cortocircuitan, se acciona y se comprueba la coincidencia de la aguja con el índice cero de la escala, luego permaneciendo los bornes desconectados, se verifica la coincidencia de la aguja con el índice de infinito( ). Para
medir
la
resistencia
de
aislamiento
de
los
devanados con respecto a masa, conectar el cable de un borne del Megóhmetro otro
borne
a
la
al borne del devanado, y del masa
del
motor.
Al
medir
la
resistencia de aislamiento entre fases, los bornes se conectan a los terminales de los devanados. Registrar las medidas en el protocolo de prueba. El valor mínimo de la resistencia de aislamiento, en megaohm (M), debe ser: R = (1+0.001 V) Donde: R
:
resistencia mínima de aislamiento.
V
:
tensión nominal del motor.
Para motores de rotor bobinado, se deben medir también las
resistencias
rotórico
y
masa,
de
aislamiento
devanados
entre:
estatórico
portacarbones y masa, y portacarbones.
y
devanado rotóricos,
8.2
PRUEBA EN MESA DE TRABAJO DE LA PRUEBA MONOFÁSICA DINÁMICA EN EL ESTATOR.
8.2.1 MEDIDA DE RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS. La medida de la resistencia de los devanados o sus elementos se pueden realizar con un ohmímetro de lectura directa o con un puente universal de resistencia. a) Objetivo: Detectar
cortocircuitos
entre
espiras
de
la
misma
fase, o interrupciones en los devanados. b) Material: Un probador de resistencia “ puente wheatstone”. c) Procedimiento: -
Conectar el devanado a prueba en forma paralela al puente
wheatstone, en la escala mínima conveniente.
-
Regular la perilla del instrumento en cero.
-
Efectuar la medición de la resistencia entre cada
par
de fases en el estator, o entre anillos en el rotor. -
Registrar las medidas en el protocolo de pruebas.
8.2.2 PRUEBA EN VACÍO: a) objetivo: Determinar, la tensión
y frecuencia nominales, las
características de vacío que trae el motor, corriente
(Io), potencia (Po), y factor de potencia (Cos ); Así mismo, determinar el grado de saturación
del núcleo
magnético, tomando los valores de corriente al hacer variar la tensión
entre el 50 y 110% de su valor
nominal, para obtener la curva de saturación. b) Material: Una fuente de alimentación de C.A
trifásico variable.
Un Multímetro. Un Vatímetro. Un Amperímetro de pinza. Un Tacómetro. c) Procedimiento: Poner
en
marcha
el
motor,
a
tensión
y
frecuencia
nomínales , y dejar funcionar durante cinco minutos. Tomar los valores de tensión (V0, corriente (Io) y potencia (Po). Medir con el tacómetro la velocidad (RPM). Comprobar que el calentamiento del estator y las tapas (escudos). Registrar las medidas en el protocolo de pruebas. Calcular
el
factor
de
potencia
con
la
siguiente
formula: Cos
P 3. I .V
Para un motor de construcción normal, la
corriente en
vacío es del orden de 20 a 40% la corriente
nominal.
Un motor que tiene una gran corriente vacío, debido a una fuerte
inducción,
es
más
estable;
pero
su
factor
de
potencia en más bajo. 8.2.3 Prueba de tensiones
inducidas.
a) Objetivo: Comprobar
las
tensiones
nominales,
tanto
del
estator,
como del rotor, en los motores del rotor bobinado. b) Material: Una fuente de voltaje de C.A.
trifásica variable.
Un multímetro. Un amperímetro de pinza. c) Procedimiento: Levantar las escobillas de los anillos. Conectar el estator a tensión
y frecuencia
nominales. Tomar los valores de la tensión entre bornes y de corrientes de línea del estator. Tomar los valores de las tensiones
inducidas en los
bornes del devanado del rotor. Registrar las medidas en el protocolo de pruebas. Si
existe
algún
defecto
en
los
tensiones inducidas en el rotor serán los que se indican
devanados,
las
diferentes a
en la placa de características.
Las
mediciones
de
la
resistencia
de
aislamiento,
resistencia de los devanados Y de la prueba en vacío son comunes para los motores de jaula de ardilla y para los de
rotor
bobinado
(de
anillos
rozantes).
Para
éstos
último, en la prueba de vacío, se debe cortocircuitar los bornes del devanado rotórico. 8.2.4 DESMONTAJE ELECTROMECANICO: Una vez finalizadas la pruebas de recepción, el motor enviado a la sección
de mecánica para su desmontaje.
Antes de desmontar el motor con
todas
adecuados
las
es
a reparar, se debe de contar
herramientas,
equipos
necesarios
y
que se van a utilizar, a fin de facilitar el
trabajo. A continuación se hace una descripción de la secuencia de
procedimientos
fundamentales
de
ejecución
de
las
operaciones
del desmontaje de los electromotores de
estructura
muy
conocida
en
Delcrosa),
cuya nomenclatura
nuestro
medio
(marca
de partes se muestra en la
Fig. N° 8.1. Los procedimientos que se describen, pueden aplicarse prácticamente
para la mayoría de los motores
que se fabrican en la actualidad, y para los fabricados anteriormente. El desmontaje de la mayoría de los motores comienza con el desmontaje
de la polea
o cople del eje, utilizando
extractores: manuales, dotados de una amplia variedad de brazos
desmontables y de diversos tamaños.
Una vez desmontado poleas operaciones
o coples, el resto de las
de desmontaje se lleva a cabo
en el orden
indicado a continuación (ver Fig.N° 8.1): -
Marcar el escudo (tapa)
del lado de acoplamiento L.A.
y su correspondiente lado de la carcasa, con un ligero golpe de punzón, y con dos golpes el escudo y carcasa del
lado
realiza
opuesto para
dispongan
al
que,
acoplamiento al
exactamente
ser de
de
L.O.A..
nuevo
igual
Esto
se
montados,
manera
se
como
se
Sólo para los tamaños NV 180-200, sacar el anillo
V-
recepcionó. -
Ring del lado de acoplamiento L.A. -
Sacar
la
tapa
exterior
aflojando
los
pernos
tamaños
NV-225
al
de
rodamiento
hexagonales 315,
sale
con
L.A.
(32). el
(33),
Sólo
anillo
para sello
exterior (31). -
Sacar
el
escudo
hexagonales
(2).
L.A Este
(1),
aflojando
escudo
tiene
los dos
pernos agujeros
roscados de extracción. -
Sacar
la
tapa
del
ventilador
(20),
aflojando
los
pernos hexagonales (10). -
Sacar los pernos distanciadores (7).
-
Sacar el escudo del extremo del eje
L.O.A. (6), dando un golpe en el
de salida. Sale de la carcasa del
estator junto con el eje rotor (5) y el ventilador (11). -
Sacar
el
ventilador
(11),
aflojando
el
socket (15) y la chaveta ventilador (16).
prisionero
-
Sólo para los tamaño
NV 180-200, sacar el anillo V
Ring L.O.A. -
Sacar
la
tapa
exterior
de
rodamiento
L.O.A
aflojando los pernos hexagonales (13). Sólo tamaños
(14),
para los
NV 225 al 315 , sale con el anillo sello
interior (17). -
Sacar escudo L.O.A. (6) del eje rotor (5).
-
Sólo para los tamaños NV 225 al 315, sacar el seguro media luna (18) y la tuerca válvula
-
de grasa (28).
Sacar el rodamiento L.O.A (21) con la ayuda de un extractor
y
la
tapa
interior
de
rodamiento
al
315,
L.O.A
(22). -
Sólo
para
los
prisionero
tamaños
Nv
225
aflojar
el
socket (29) y sacar el anillo válvula de
grasa (28). -
sacar el rodamiento extractor
L.A (26)
con la ayuda de un
y la tapa interior
de rodamiento L.A.
(34).
Al hacer el desmontaje de un bobinado,
primero
contactores
se
motor Asíncrono
desmonta
la
(rozantes) y se quitan
tapa
de
de
los
devanados,
los
puente de escobillas, ventilador otro
anillos
las escobillas .
El desmontaje se efectúa de tal modo que se deterioro
de rotor
anillos
evite el
contactores,
rodamientos o cualquier
elemento que se encuentre en buen estado.
Todos los elementos y piezas en motores
desmontados
deben
de
buen estado
conservarse
de los para
ser
reutilizados.
8.2.5 REVISIÓN ELECTROMECÁNICA: Concluido
el
desmontaje,
en
la
misma
sección
de
mecánica, se procede al limpiado y lavado de todas las partes; luego, para determinar los defectos de la parte mecánica, se revisan el estado de los accesorios tales como: tapas, funda, rodamientos, eje, anillos rozantes, escobillas,
ventilador,
cople,
pernos,
chavetas,
etc.;
así mismo, se revisa el ajuste de los rodamientos con respecto
al
eje
y
con
respecto
a
sus
respectivos
alojamientos (asientos). Para completar con el diagnóstico de defectos de la parte eléctrica,
en
la
sala
siguientes mediciones
de
pruebas,
se
realizan
las
y pruebas por partes:
-
Medida de la
-
Medida de la resistencia de los devanados .
-
Prueba monofásica del estator o del rotor.
-
Prueba del núcleo magnético.
-
Prueba de la jaula de ardilla.
resistencia de aislamiento
A continuación solamente se describe
el procedimiento de
ejecución de las tres últimas pruebas
ya que para la
medición a la resistencia de aislamiento y de devanados
se procede en forma
similar al descrito en los apartados
anteriores. 8.2.6 PRUEBA MONOFÁSICA DE ESTATOR O DEL ROTOR. La prueba monofásica del rotor
se realiza para los
motores de rotor bobinado, y el procedimiento
es
similar a la prueba monofásica del estator que se va a describir. a)
Objetivo:
Detectar
posibles
cortocircuitos
entre
fases
o
entre espiras, y verificar la polaridad y el número de polos de los devanados. b)
Material:
Una
fuente
de
voltaje
de
C.A.
trifásica
variable. Un multímetro Un amperímetro de pinza. Una brújula. c) -
Procedimiento: Aplicar tensión reducida a las fases 1 y 2, de tal manera que circule la corriente nominal del motor.
-
Tomar los valores de tensión
-
Acercar
la
desplazarlo
brújula a
lo
largo
al de
y de corriente. núcleo toda
la
magnético, superficie
interna y observar y el movimiento de la aguja magnética. Sí la aguja
se invierte sucesivamente,
la conexión a las fases en correcta y no existe cortocircuito. -
Registrar los valores de tensión, corriente y el número
de
polos
en
el
protocolo
de
pruebas
correspondientes. -
Aplicar tensión reducida a las fases 2 y 3 y luego a
las
fases
3
y
1,
siguiendo
el
mismo
procedimiento anterior. -
Comparar
los valores de tensión
y corrientes
medidos. Sí las corrientes son significativamente por
ende
las
tensiones,
desiguales, y
significa
que
existe
cortocircuito. 8.3
PRUEBA DEL FIERRO APLICADO UNA INDUCCIÓN
MAGNÉTICA,
CÁLCULOS
CORRIENTE,
PARA
LA
APLICACIÓN
DE
LA
FENOMENO DE SATURACION MAGNÉTICA. a) Objetivo: Comprobar experimentalmente el buen aislamiento de las chapas que conforman el núcleo magnético. b) Material: Una fuente de tensión Un multímetro.
de C.A. variable.
Un amperímetro de pinza. Un termómetro de mercurio o digital. Cables de sección adecuada. c) Procedimientos Tomar
las
medidas
de
la
longitud
activa
La
y
altura de corona Hc del núcleo magnético. Calcular la sección del núcleo S con los datos medidos y un factor de apilamiento Fa, que varía 0.9 a 0.96: S = La .Hc.Fa Asumir
una
inducción
Bc
de
prueba,
como
la
inducción de trabajo en la corona del núcleo. De acuerdo al tamaño del motor, esta inducción puede estar comprendida entre 14,000 y 20,000 Gauss. Asumir un número n de vueltas (espiras) de prueba. Con los datos calculados y asumidos anteriormente, calcular la tensión inducida de acuerdo de acuerdo a la siguiente fórmula: E = 4.44 x f x n x Bc x S x 10-8 F : Frecuencia (Hz) N : N° de espiras. Bc:
Inducción magnética en la corona
S :
Sección del núcleo (cm2).
(Gauss).
Con el cable dar las ne vueltas asumidas alrededor del núcleo magnético del estator, y aplicar la tensión
calculada.
Dejar conectado durante 10 minutos aproximadamente Comprobar físicamente, con la palma de la mano, el calentamiento
producido
en
el
núcleo.
Si
las
chapas del núcleo se encuentran bien aisladas, Se tendrán un calentamiento normal y homogéneo, de lo contrario se tendrá un calentamiento anormal que no se podrá soportar. Marcar
las
zonas
que
presentan
calentamiento
excesivo, las cuales deberán ser reparadas. Medir la temperatura final °C. 8.3.1 PRUEBA DE LA JAULA DE ARDILLA: a)
Objetivo: Comprobar experimentalmente si las barras que conforman
la
jaula
de
ardilla
del
rotor
encuentran en buen estado. b)
Materiales: -
Una fuente de tensión de C.A. monofásica.
-
Un probador de inducción (Grawller).
-
Una hoja de sierra.
se
c)
Procedimiento: -
Colocar el
el
rotor
probador
de
tal
de
manera
inducción que
el
sobre
circuito
magnético del probador se cierre a través del núcleo magnético del rotor. -
Aplicar la tensión al probador de inducción.
-
Colocar la hoja de sierra, en forma paralela, sobre cada una de las barras de la jaula de ardilla.
-
Si la hoja de sierra vibra cuando está sobre la barra, ésta se encuentra en buen estado, de lo contrario, se encuentra abierta.
8.4
PRUEBA
PREVIA APLICANDO TENSIÓN TRIFÁSICA REGULADA
APLICÁNDOLE UNA CORRIENTE NOMINAL DEL MOTOR. Después de realizados el proceso de rebobinado en el taller
y
realizar
las
conexiones
internas
del
motor, se procede a colocar los números de salidas de
los
cables
ya
sea
en
bornera
exterior, hay que hacer las conexiones
o
hacia
el
de acuerdo
al cálculo del ingeniero calculista. Según el voltaje que va a trabajar para
220, 380º 440 voltios.
el motor ya sea
Concluido el nuevo devanado del motor que se esta reparando, este es sometido a diferentes pruebas, con el objeto de detectar posibles, defectos a masa interrupciones
cortocircuitos
o
inversiones
de
polaridad. Las pruebas
a realizarse
son las siguientes:
Medida de la resistencia de aislamiento. Medida de la resistencia de los devanados. Prueba monofásica del estator o rotor Prueba
de
tensiones
inducidas
para
motores
de
rotor bobinado. Prueba de campo magnético giratorio. Prueba de rigidez dieléctrica. A
continuación
se
describe
solamente
el
procedimiento de las dos últimas pruebas, ya que las otras fueron descritas anteriormente. 8.4.1 PRUEBA DE CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO. a) Objetivo: Verificar experimentalmente
la inducción de campo
magnético giratorio; y, además, detectar conexiones incorrectas cortocircuitos. b) Material:
(inversiones
de
polaridad)
o
-
Una fuente trifásica de tensión
-
Un multímetro .
-
Un amperímetro de pinza.
-
Un tambor giratorio.
de C.A. variable.
c) Procedimiento: - Aplicar tensión reducida de tal manera que circule la corriente nominal del rotor. - Tomar los valores de la tensión entre bornes y corrientes
de
línea,
y
registrarlos
en
el
protocolo de pruebas. -
Acercar el tambor giratorio al núcleo magnético y desplazarlo
a
lo
largo
de
toda
su
superficie
interna. Si el tambor gira en la mismo sentido, el campo es el correcto
y, por lo tanto, no existen
inversiones de polaridad ni cortocircuitos. Esta pruebas puede efectuarse también con una bola de acero (de un rodamiento de bolas) en lugar del tambor giratorio 8.4.2 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA: a) Objetivo: -
Verificar la rigidez dieléctrica del aislamiento de los devanados. Consiste en aplicar una tensión superior
a
la
tensión
de
servicio,
durante
un
cierto tiempo, entre arrollamientos y masa y entre arrollamientos el valor de esta tensión de prueba,
en general debe ser igual a: ( 2V+1000) voltios siendo V la tensión nominal del motor. b) Material: -
Un probador dieléctrico de alta tensión ajustable.
-
Una fuente de tensión de C.A monofásica.
C)Procedimiento : -
Conectar
el
probador
a
la
fuente
de
tensión
monofásica. -
Aplicar una tensión inicial de prueba de valor igual al 50% de la tensión de la prueba prevista .
-
Incrementar la tensión en valores no superiores al 5% de la tensión de prueba. Hasta llegar a este valor de prueba en un tiempo de 10 segundos.
-
Mantener aplicada durante un minuto está tensión de prueba si durante este tiempo no se produce ninguna disrupción en los aislamientos, significa que se encuentra en buenas condiciones. Esta prueba también se puede realizar utilizando un transformador, cuya instalación debe de tener una armario especial con conexión barrera; y teniendo en cuenta, que puertas de este armario o toda la instalación.
8.4.3 BARNIZADO Y SECADO:
a tierra, o una al abrirse las
barrera, se desconecte
Una vez concluida las pruebas el devanado debe de ser secado he impregnado con barniz. El barnizado sirve para compactar los devanados, así como para elevar la conductibilidad térmica y la resistencia a la humedad . El
secado
permite
del
devanado
eliminar
aislantes
y
la
la
antes
de
humedad
de
penetración
la
inpregnación
los
profunda
Dependiendo de la clase de aislamiento
materiales del
barniz.
con que se
ha realizado el devanado el secado se lleva a cabo en
un
tiempo
de
2
a
6
horas,
en
unos
hornos
especiales y en una temperatura de 105 a 120 °C. 8.4.4 PRUEBA FINAL Después del barnizado y secado al horno, se le hace el montaje final electromecánico
y se le hace las
pruebas de vacío al motor aplicándole nominal
de
trabajo
comportamiento
de
su
pero
sin
corriente
su voltaje
carga
para
ver
de
arranque
y
el de
vacío y sobrecalentamiento tanto de los bobinados, como de las
tapas del estator.
CAPÍTULO IX COSTOS EN EL PROCESO DE REBOBINADO DEL ESTATOR DE UN MOTOR TRIFÁSICO
9.1
ANÁLISIS DE COSTOS DE REBOBINADO DE APLICACIÓN EN UN MOTOR TRIFÁSICO DE
POTENCIA DEFINIDA EN HP.
El presente capítulo tiene como objetivo indicar los criterios básicos para determinar el precio de venta del servicio de reparación de los motores eléctricos y, en general, de cualquier máquina eléctrica. Para hacer este tipo de análisis conviene separar los costos
directos
e
indirectos,
concluyendo
con
la
apreciación que intervienen en el proceso de rebobinados o construcción. 9.1.1. DETERMINACIÓN DEL PRECIO VENTA. Normalmente, el precio de venta es proporcional al peso y costos de los distintos materiales que intervienen en la producción;
por
lo
tanto,
en
el
precio
de
venta
así
calculado se consideran los costos de los materiales y de la mano de obra que intervienen directamente, los gastos de almacenamiento de los materiales, los gastos de mano de
obra
indirecta,
los
gastos
generales
y
de
los
beneficios (utilidades). A
continuación
se
detallan
cada
uno
de
los
costos
y
gastos mencionados y luego se indica la forma de calcular el precio de venta. 9.1.2. COSTO DE MATERIALES (CM) Es la suma de los costos de todos los materiales que intervienen directamente en la reparación. En la tabla 9.1 se indican los materiales y sus precios unitarios más utilizados en la reconstrucción de los devanados 9.2
de los motores.
COSTOS DEL ESTADO DEL FIERRO – SILICOSO DEL ESTATOR
En general cuando reparamos el fierro silicoso del núcleo estatórico, estamos tomando la mano de obra del operario que necesita sacar cada una de las laminas del núcleo,
para lijarlo y luego apilarlos ordenadamente con capas de barniz
especial
en
un
tiempo,
utilizando
un
costo
de
horas - hombre. 9.3
COSTOS DE ALAMBRE ESMALTADO DE COBRE EN KILOGRAMOS, PARA
DETERMINADA
LONGITUD
POTENCIA
TENIENDO
ACTIVA Y EL DIÁMETRO
COMO
BASE
LA
INTERIOR.
En este caso el costo es de acuerdo a la potencia del motor,
y el
tipo de
ranura y
paso de
bobina que
inserta en la ranura, y el tipo de alambre es
simple
esmalte
o
doble
esmalte
y
se
que usa, sí el
tipo
de
fabricante. Y
si
trabajamos
con
motores
o
generadores
de
media
tensión 2500 voltios, necesitamos aislamientos especiales para las bobinas con tipo F. En algunos casos utilizamos forro de algodón, cinta de seda o de vidrio. 9.4
COSTOS DE PAPEL AISLANTE PARA LAS RANURAS.
Los costos del aislamiento en las ranuras de acuerdo al tipo de ranura y al tipo de aislamiento y la temperatura con que va a trabajar el motor, entonces se aislará con papel aislante tipo “B” o “F”, pero teniendo en cuenta que para aislamiento tipo “F”, el costo de la reparación subiría ya que dicho aislamiento es importado americano o europeo.
9.5
COSTO
DEL
TRATAMIENTO
TÉRMICO
Y
BARNIZADO
DEL
ESTATOR. De
acuerdo
a
las
técnicas
del
tratamiento
térmico
y
barnizado al horno y el tiempo del proceso del secado va directamente con el costo de consumo de energía eléctrica en
KW
-
HORA
eléctricas.
por
el
También
consumo debemos
de
las
tener
resistencias en
cuenta
la
potencia del motor y la cantidad de barniz que se va utilizar. Para el mantenimiento
del estator, se necesita limpiar a
alta presión con compresora con agua caliente y kerosene y luego aplicarle el barniz rojo gliptal.
9.6
COSTOS DE LAS FALLAS MECÁNICAS.
Tendríamos máquina
si
que es
ver
las
trabajo
condiciones continuo
de o
trabajo plena
de
la
carga
o
discontinuo, esto origina desgaste de los rodamientos o eje del rotor, para esto es necesario el mantenimiento, debemos dar una lubricación adecuada para evitar el gasto de los rodajes. Si tenemos que metalizar los ejes o rectificar, también el rellenado y torneado, embocinar la polea, rectificar la chaveta, reparar el ventilador o funda de acuerdo al estudio de costo obtendríamos un presupuesto mecánico.
9.7
COSTOS DE MANO DE OBRA DEL TÉCNICO BOBINADOR (CT)
Lo constituye los salarios pagados a los trabajadores que intervienen en el proceso. Estos obreros y empleados que intervienen
directamente
en
el
bobinado,
cálculos,
pruebas eléctricas, montaje y desmontaje de máquinas. El costo de mano de obra varia de acuerdo a la potencia y velocidad de los motores. 9.8
COSTOS DE LOS ENSAYOS DE LOS MOTORES.
El proceso de pruebas del motor es desde el momento de las pruebas una vez desmontado hasta el montaje y prueba final las veces que se determinan las fallas y el llenado de protocolos de prueba estaríamos tomando las horas – hombre, y el tiempo de trabajo de técnicos e ingenieros que interviene en el proceso de sala de pruebas de la máquinas
eléctricas
rotativas
y
si
es
motor
o
generadores. Deberíamos probar con mas cautela cada bobina o partes de las
máquinas
para
luego
montarlo
y
probarlos
adecuadamente. 9.9
COSTOS TOTALES DEFINIDOS EN UN MOTOR TRIFÁSICO DE DETERMINADA POTENCIA EN HP.
9.9.1 COEFICIENTE DE GASTOS DE MATERIALES (fm) Este coeficiente es mayor que uno (fm>1), mediante el cual
se
consideran
materiales.
los
gastos
de
almacenamiento
de
9.9.2
COEFICIENTE
DE
GASTOS
DE
MANO
DE
OBRA
DIRECTA
(ft). Este coeficiente, mayor que uno (ft>1),tiene en cuenta el costo adicional que hay que aplicar al costo de mano de obra
directa,
para
cubrir
los
salarios
y
cargas
del
personal que intervienen indirectamente en el proceso: maestros de taller, aprendices (practicantes), control y organización de talleres, etc. 9.9.3 COEFICIENTE DE GASTOS GENERALES (fg) Mediante el cual se consideran todos los demás gastos de gestión y servicio: Gastos financieros, gastos de comercialización y gastos generales propiamente dichos. Este coeficiente también es mayor que uno (fg>1). 9.9.4 COEFICIENTE DE BENEFICIO O UTILIDAD (fb). Tomando este coeficiente menor que la unidad (fb<1)
y
aplicando como divisor del costo total, la diferencia:1fb
indica en beneficio bruto expresado en fracción del
precio de venta por ejemplo:
fb = 0.8 significa un
beneficio comercial del 20% sobre este precio. 9.9.5 PRECIO DE VENTA (PV). De acuerdo a todo lo expuesto, el precio de venta se determina de la siguiente manera:
PV
(CM fm CT ft ) fg fb
Los coeficientes fm, ft, y fg, son parámetros de gestión de
cada
empresa,
revisados
periódicamente,
los
cuales
varían muy lentamente en el curso de los años. 9.9.6 COSTO DE UN MOTOR DE 100 HP Ejemplo numérico. A continuación se detalla el cálculo del precio de venta de la reparación
del devanado de un motor trifásico,
jaula de ardilla, de las siguientes características: POTENCIA
:
100 HP
TENSION
:
230/460 V
CORRIENTE
:
230/115 A
CONEXIÓN
:
2 /
VELOCIDAD
:
3550 RPM
CLASE DE AISLAMIENTO :
“F”
a) Resumen de costos y gastos El costo de los materiales (CM)se detalla en la tabla 9.2, obteniéndose un total de: $668.49. De acuerdo a la experiencia (CT), se puede estimar en un 20% del costo de los materiales es (CM). Por lo tanto, tenemos: CT = 20% (CM)= $133.70.
Para
considerar
los
beneficio(utilidad),
demás para
gastos los
y
el
diferentes
coeficientes se asumen los siguientes valores: Coeficiente de gastos de materiales: fm = 1.05 Coeficiente de gastos de mano de obra directa: ft = 1.05 Coeficiente de gastos generales
: fg = 1.05
Coeficiente comercial de 20%
: fb = 0.8
b)Precio de Venta PV = (668.49 X 1.05 + 133.70 X 1.05)1.05 0.8 PV = $ 1105.52 En la tabla 9.3 se muestran los precios de venta de reparación de motores asincronos trifásico, tipo Delcrosa o similar, jaula de ardilla, con aislamiento clase B, tensión máxima de 550 V.
TABLA
9.1
DESCRIPCION DEL ARTICULO UTILIZADO
UNIDAD
PRECIO UNITARIO $
Alambre doble esmalte clase F del calibre No 12 AWG- DE AL No 28 AWG – DE Papel aislante de acuerdo a clase de aislamiento:
Kg
14,72
Clase F: papel NOMEX puro del 0,18 al 0,30 mm
Kg
61,66
Clase B: Papel TRIVOLTON o revestido del 0,18 mm
Kg
43,16
al 0,30 mm Papel MYLAR del 0,18 mm al 0,300. Espaguetty de vidrio barnizado clase F
Kg
16,78
Mt
1,00
Mt KG Kg
1,80 13,29 12,38
de: 1 mm a 5 mm 5 mm a Varillas de Carretes de Cables para
9 mm soldadura de plata de 1/8” soldadura de estaño de 60/40 de 1/8” una tensión de servicio de 600 voltios.
Calibre del conductor: 20 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,09
18 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,13
16 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,22
14 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,28
12 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,43
10 AWG tipo
–
8
AWG tipo –
Flexiplast
Mt
0,67
WS
Mt
1,11
4
AWG tipo
–
WS
Mt
1,73
6
AWG tipo
–
WS
Mt
3,46
2
AWG tipo
-
WS
Mt
5,58
1
6,86
AWG tipo
-
WS
Mt
1/0 AWG tipo
-
WS
Mt
8,53
2/0 AWG tipo
-
WS
Mt
10,64
3/0 AWG tipo
-
WS
Mt
13,21
4/0 AWG tipo - WS Cinta Filamentape 893 3/4 ” Terminales de cobre tipo anillo, corriente de:
Mt RII.
16,19 6,00
35
AMP
Pza.
0,50
50
AMP
Pza.
0,75
70
AMP
Pza.
0,95
90
AMP
Pza.
1,20
125 AMP
Pza.
1,50
150 AMP
Pza.
2,00
175 AMP Lija de fierro N° 40 al N° 120 Barniz aislante transparente S.W. secado al horno
Pza. P1. Gln.
2,50 0,70 18,30
TABLA 9.2
DESCRIPCION DE ARTICULO UTILIZADO
UNID.
CANT.
PRECIO UNIT.
IMPÓRTE
Alambre de Calibre N° 14 AWG-Doble Esmalte clase H 180 °C Papel Nomex puro clase F de 0.30 mm. Spaguetty de vidrio barnizado de 3mm clase F. Spaguetty de vidrio barnizado de 6mm clase F. Cable de calibre N° 2 AWG-WS Cinta filamentape 893 de 3/4 ” Terminales de cobre de 70 Amp. Soldadura de plata de 1/8”. Soldadura de Estaño de 60/40/8”. Lija de fierro N° 80. Barniz aislante transparente
Kg
33,451 14,72
492.40
Kg
0,80
61,66
49,33
Mt
9
1,0
9,00
Mt
5
1,80
9,00
Mt
9
5,58
50,22
Rll
½
6,00
3,00
Pza
12
0,95
11,70
Kg
0,20
13,29
2,66
Kg
0,20
12,38
2,48
P1
3
0,70
2,10
Gln
2
18,30
36,60
Total : $ 668,49 TABLA 9.3 PRECIO DE VENTA EN DOLARES Reparación de Motores Asíncronos Trifásicos, tipo “DELCROSA” o similar, jaula de ardilla, con aislamiento clase “B”, máx. 550 v.
3600 RPM
1800 RPM
Tipo 71a
(2 polos) HP PV($) 0.6 40.00
(4 polos) HP PV($) 0.4 46.00
71b
0.9
50.00
0.6
48.00
80a
1.2
52.00
0.9
59.00
0.6
67.00
80b
1.8
66.00
1.2
68.00
0.9
83.00
90La
2.4
73.00
1.8
72.00
1.2
95.00
0.6
101.00
90L
3.6
89.00
2.4
84.00
1.8
101.00
0.9
125.00
3.6
105.00
1.2
143.00
100La
1200 RPM (6 polos) HP PV($)
900 RPM (8 polos) HP PV($)
100L
4.8
104.00
4.8
126.00
2.4
126.00
1.8
152.00
112M
6.6
134.00
6.6
147.00
3.6
158.00
2.4
189.00
132Sa
9.0
148.00
132S
12.0
177.00
9.0
170.00
4.8
189.00
3.6
237.00
6.6
221.00 4.6
284.00
132Ma 132M
15.0
215.00
12.0
219.00
9.0
238.00
160Ma
18.0
248.00
160M
24.0
6.6
332.00
292.00
18.0
269.00
12.0
307.00
9.0
357.00
160L 180M
30.0
337.00
24.0
337.00
18.0
377.00
12.0
430.00
36.0
422.00
30.0
391.00
36.0
493.00
24.0
472.00
18.0
566.00
30.0
547.00
48.0
548.00
36.0
690.00
24.0
708.00
225cS
60.0
630.00
30.0
875.00
225cM
70.0
705.00
48.0
877.00
36.0
1104.00
90.0
848.00
60.0
1008.00
48.0
1228.00
125.0
1010.00
70.0
1199.00
60.0
1411.00
180L 200La
48.0
496.00
200L
60.0
572.00
225M
70.0
640.00
250cM
90.0
775.00
250M 280S NOTA:
(1) (2) (3) (4) (5)
125.0
937.00
Los precios indicados no incluyen IGV. No incluye suministro de rodamiento, ni trabajos de carácter mecánico. En caso de recibirse y repararse estator sólo, se aplicará un descuento del 10% sobre el valor de lista. Los trabajos de emergencia sufrirán un recargo del 12%. Para otros valores de potencia y/o tensión, se cotizará de acuerdo a las características de la máquina.
CAPÍTULO X ANÁLISIS TÉCNICO - ECONÓMICO COMPARATIVO
El
presente
capítulo,
analizamos
las
inversiones
requeridas por el proyecto de una empresa de reparación electromecánica desembolsos de
la
y
servicios,
y
constituyen
los
que hay que efectuar desde la identificación
idea
y
requerimientos
estudios
de
preinversión
hasta
los
de maquinaria y equipos, instalaciones,
capital de trabajo y otros, a fin de tener el taller en condiciones
de operación.
10.1. COSTO DE OPERACIÓN Considerando
que
privado,
debe
se
el de
presente asignar
proyecto recursos
de
inversión
financieros
y
reales cuyo periodo de planeamiento se daría en mediano plazo (5 años). De tal manera que las inversiones se realizarán, en esta etapa del proyecto en inversiones para la adquisición
de
equipos,
construcciones
intangibles, las mismas
y
otros
costos
tangibles
e
que a continuación detallare:
10.1.1. LOCALIZACION Y TAMAÑO DE LA PLANTA. El proyecto podrá ejecutarse o Ica, Chincha actividades
en el departamento de Lima
por ser el de mayor concentración industriales
y
sus
a las
reparaciones
electromecánicas. Después de haber realizado podrá
realizarse
facilidades
y
un análisis
ejecutarse
por
el proyecto
ofrecer
para la reparación de máquinas
mayores
eléctricas y
prestación de servicios, del mismo modo ofrecer mayores garantías
a la inversión. tener un área de 500m 2 como se detalla
El local deberá
en el plano N° 01, con una
distribución que involucre:
-
Oficina administrativa.
-
Oficina de gerencia técnica.
-
Almacén de materiales y herramientas y equipos.
-
Sección sala de pruebas.
-
Sección mecánica y desmontaje.
-
Sección mecánica de producción.
-
Sección
bobinados
de
motores
y
transformadores. -
Servicios higiénicos.
10.1.2. RECURSOS Los materiales
y equipos utilizados
en la reparación de
motores y transformadores, será nacional a excepción
de
los
aislamientos
adquiridos
a
materiales
las
serán
productos
compañías
condicionado
importar este
que
que
importados
y
importadoras
de
estos
posteriormente
se
podrá
directamente sin intermediarios incluir
paquete
especiales
aislamientos
clase
F
y
H,
en
barnices
que se utilizan prestan una garantía durante
la reparación 10.1.3. MERCADO Es uno de los elementos de inicio, más importantes que determinan la capacidad de producción la demanda
para poder atender
durante la vida útil del proyecto de acuerdo
a nuestros estudios de mercado se puede determinar la existencia de una demanda de potencial. Estas
unidades
Chincha,
son
Pisco,
básicamente
Ica,
la
ciudad
Huancavelica,
de,
Cañete,
Ayacucho,
(Zonas
Mineras), etc. Donde tendrá la demanda nuestro producto o servicios que se prestan, lo cual trataremos
de cubrir
este gran mercado insatisfecho que por problemas técnicos y económicos no tienen los empresarios industriales en el sur medio. Para
el
cual
mecánicas
y
nuestras prestación
comercializarán buena
calidad.
reparaciones
eléctricas
de
eléctricos,
servicios
a costos más bajos Las
reparaciones
y se
y principalmente de de
motores
y
transformadores estarán destinados a la industria sureña, para lo cual se podrá reparar con diferentes tipos de aislamientos y tensiones de trabajo de acuerdo al pedido del cliente.
Para
su
comercialización,
departamento
de
ventas
la
empresa
para
contará
tratar
de
con
buscar
el los
trabajos en las diversas empresas y tener proformas del presupuestado,
de
diversos
tipos
de
reparaciones
electromecánicas. El departamento de comercialización regula y presupuesta los costos de máquinas reparadas de acuerdo a los gastos incurridos en la fabricación, o reparaciones, gastos de operación,
gastos
de
ventas,
gastos
generales,
gastos
administrativos etc. Los gastos de venta constituyen los gastos por útiles de oficina, energía, eléctrica, etc. Los gastos administrativos por pagos de remuneraciones a empleados, gerentes, contadores, secretarias, personal de servicios. 10.2. La
INVERSION
inversión total del proyecto será nacional, y podrá
realizarse en bienes o efectivo cuyo monto asciende a $ 103,300 pagaderos en 5 años. Se ha considerado un tipo de cambio de S 3.35 por dólar a valor
de
junio
de
1999
la
inversión
total
será
distribuido de la siguiente manera: Terreno 500 m2..............................$
10,000
Obras civiles.............................. $
8,000
Maquinaria y equipo........................ $
73,400
Instalación de equipos..................... $
2,200
Organización de la empresa................. $
1,200
Administración de la empresa............... $
1,500
Gastos de puesta en marcha................. $
1,000
Capital de trabajo (materia prima, bienes en cuenta corriente ....................... $ Inversión total.
$
6,000 103,300
10.2.1. INVERSION FIJA TANGIBLE En el cuadro de metrado y presupuesto se detallan los diferentes componentes del activo tangible, dentro de los cuales
los
más
significativos
son
equipos
de
sala
de
pruebas, mecánica y desmontaje y mecánica de producción y otros equipos del taller que representan el 71% del total es decir $ 73,400
Cuadro
Estructura inversión fija tangible METRADO Y PRESUPUESTO Obra :
Proyecto de funcionamiento de un taller de reparación de motores eléctricos.
Item
1.0
Metrado
Descripción
Equipamientos
para
Parcial
Total
Unid
Cant
US $
US $
Und.
1
1400.00
1,400.00
Und.
1
1600.00
1,600.00
Und.
1
700.00
700.00
Und.
1
700.00
700.00
1
150.00
150.00
la
fabricación de y Reparación de transformadores,
motores
y
generadores. 1.1 1.1.1
EQUIPO DE BOBINADOS Máquina
bobinadora
electromecánica de RPM,
trifásico
2Hp,1200 220/440
v.
conexión / 1.1.2
Horno eléctrico con paredes de fierros de espesor 1/16 ” con 8 resistencias
de
100
tablero
de
watt
con
control
y
termostato. 1.1.3
Máquina
bobinadora
electromecánica
de
motor
monofásico. 1.1.4
Máquina balanceadora de rotores con motor de 3 Hp trifásico de 1200 rpm. Conexión 2
1.1.5
Máquina cortadora manual.
60 Hz
cizalla de
de
papel
palanca aislante
Item. 1.2
Descripción
Unid
Cant
U$
U$
Und
1
1,600.00
1,600.00
Und
1
1,600.00
1,600.00
Und
1
200.00
800.00
Und
1
1,200.00
1,200.00
Und
1
3,300.00
3,300.00
Und
1
1,400.00
1,400.00
Und
1
450.00
450.00
Und
1
420.00
420.00
Equipo mecánico de producción y soldadura.
1.2.1 Equipo de soldadura de 25 KVA, 300 A, 220 voltios, 60 hz 1.2.2 1 Equipo de soldadura autógena oxiacetilénica. 1.2.3 Tornillo de banco de 1”. 1.3.0 Herramientas de transporte. 1.3.1 1
tecle
de
5
toneladas
tipo
mecánico. 1.3.2 1 tecle de 2.5 toneladas tipo eléctrico. 1.3.3 1
carretilla
hidráulica
de
5
toneladas marca stoka. 1.4.0 Máquina de carpintería. 1.4.1 1 máquina circular de 3 Hp – trifásico,
220
voltios
60
Hz
3500 rpm. 1.4.2 1
lijadora
de
banda
de
500
watt, 220 voltios monofásico.
Item.
Descripción
1.5.0
Herramientas eléctricas
1.5.1
1
compresora
trifásico equipo
de
220
350,
60
voltios
completo
de
Hz
Unid
Cant
U$
U$
Und
1
600.00
600.00
con
pintura,
limpieza y sopleteado. 420.00 1.5.2
1
taladro
de
banco
de
2
Hp,
Und
1
420.00
Und
1
360.00
720.00
Und
1
200.00
200.00
Und
1
360.00
360.00
Und
1
500.00
500.00
1
100.00
100.00
220, 60 Hz trifásico 1800 RPM 1.5.3
1 esmeril portátil de 800 watt, 3600rpm
monofásico,
220
voltios. 1.5.4
1 esmeril de banco de 6”, 200 watt
60
Hz,
3500
RPM
monofásico. 1.5.5
1 taladro portátil de 500 watt, 3600
RPM
monofásico,
220
voltios de 5/16-1/2 pulgadas. 1.6.0
Herramientas manuales
1.6.1
Estuche
de
herramientas
de
llaves tipo: Mixtas,
corona,
con
medidas
milemétricas desde 8 mm hasta 35 mm y medidas desde 1.6.2
en pulgadas
3/8 hasta 1 3/4 ”
Estuche
de
herramientas
llaves
ajustables
desde 6” a 15”
. con
Francesa
Und
Item 1.6.3
Descripción Estuche dados
de y
herramientas
llaves
Rachets,
Unid.
Cant.
Parcial US$
Total US $
Jgo
1
420.00
420.00
con con
medida en milímetros desde 10 mm hasta 40 1mm y medidas en pulg. De 1/2” a 1 1/2” 1.6.4
Estuche de alicates de presión.
Jgo
1
200.00
200.00
1.6.5
Estuche
Jgo
1
150.00
300.00
Jgo
1
90.00
90.00
de
alicates
de
electricista. 1.6.6
Estuches de tijeras
hojalata.
1.6.7
Estuche con destornilladores.
Jgo
2
60.00
120.00
1.6.8
Estuche con martillos.
Jgo
1
30.00
30.00
1.6.9
Estuche equipado con cuchillas
Jgo
2
90.00
180.00
de electricista, limas. 1.6.10
Estuche con llaves de torsión.
Jgo
1
450.00
450.00
1.6.11
Estuche
Jgo
1
250.00
250.00
Jgo
1
120.00
120.00
Jgo
1
100.00
100.00
equipado
calibradores
cintas
con métricas,
reglas, escuadras, compás. 1.6.12
Estuche
con
cinceles,
centro
punto de arco de sierra. 1.6.13
Estuche
con
remachadoras.
engrampadoras
y
Metrado Unid Cant
Item
Descripción
2.0
Equipo para ensayos del control
Parcial US $
Total US $
de calidad en sala de pruebas de los motores, alternadores y transformadores trifásicos. 2.1
Equipos
para
motores
y
ensayos
de
transformadores
los
de
vacío y cortocircuito. 2.1.1
Regulador de tensión 440 v/0 –
Und
1
4,400.00
4,400.00
Und
1
7,000.00
7,000.00
460 v 100 KVA trifásico. 2.1.2
Pupitre de pruebas de mando
Equipado
transformadores clase
fuerza y
1.0,
con
de
medidas
instrumento
de
medición dispositivo de control y señalización para medición de motores y transformadores. Contiene
los
siguientes
y
dispositivos
instrumentos eléctricas.
A. Instrumentos de medición. A-1) voltímetro. A-2) Amperímetro. A-3) Frecuencimetro. A-4) Kilowatimetro. B. Fusibles de protección B-1) Fusibles NH y DZ. C. Equipos auxiliares de mando y protección. C-1) Pulsadores. C-2) Lamparas de señalización. C-3) Contactores. C-4) Reles. C-5)Interruptor termomagnético. C-6) Transformadores de corriente de 50 VA. C-7) Selectores. C-8) Commutador Amperimétrico.
voltimétrico y
2.1.3
Puente resistencia
con
Eqpo
1
250.00
250.00
Und
1
400.00
400.00
Und
1
5,420.00
5,420.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
2,300.00
2,300.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
1000.00
1000.00
4,400.00
4,400.00
resistencia de 1 ohmio-100watt. 2.1.4
Reostato de 2 kva entrada 220 voltios salida 0-230v. Transformador trifásico 350 kva
2.1.5
de 440-/2300 v conexión de 60 ciclos/ seg. 1
2.1.6
variac
de
2kva
monofásico
120/ 0-120v marca intesa. 1 variac de 1kva monofásico 220
2.1.7
v/0-230v 5 amps marca intesa. Equipo de prueba para el ensayo
2.2
de relación de transformadores. Puente
T T R.
2.2.1
Equipo de prueba para el ensayo
2.3
de
resistencia
de
aislamiento
de transformadores y motores. Megómetro 2.3.1
electrónico
para
tensión de 1000/5000 voltios. Equipos
2.3.3
yokogama
de 500 vdc Megómetro
2.3.2
electrónico
para
el
ensayo
de
rigidez dieléctrica de aceite.
1
Espinterometro de esferas. 2.3.4
Máquina
refiltradora
para
2.3.5
aceite de transformador.
el
Und Und
1
2,700.00
2,700.00
Und
1
4,000.00
4,000.00
Und
1
2,100.00
2,100.00
Equipo de prueba de ensayo para 2.4
tensión aplicada. Transformador
2.4.1
monofásico
elevador 0-230 0-460/ 38.76 – 152kv
108.6-54.3/
0.65-0.32-
0.16 amp. Transformador 2.4.2
de
nivel
de
aislamiento de 10 kv de 120 v/ 7200v monofásico,60 hz.
ITEM 2.9.9
DESCRIPCION Pinza
amperimétrica
tensión
150-300–1000
Amperios
de
METRADO UND CANT CA UND. 2
PARCIAL US $
TOTAL US $
250.00
500.00
300.00
300
voltios
10-50-100-250-1000
amperios. resistencia 0.2k frecuencia 50/60hz. 2.9.10
Pinza
amperimétrica
de
CC
UND.
1
continua. Tensión
150-300-1000
voltios
Amperios 10-50-100-250-500 amp.
TOTAL US$
73,400
10.3.
FINANCIAMIENTO
El financiamiento del monto de la inversión se podrá resolver: a) Recursos
propios.-
accionistas el
utilizando
el
aporte
en dinero efectivo en bienes
proyecto
este
en
condiciones
de
de
los
hasta que iniciar
el
por
las
impulso financiero. b) Recursos
de
la
banca
comercial.-
características del proyecto, constituye un programa de mediana empresa para dar solución al proyecto como el
nuestro
COFIDE
desarrollo,
corporación
solucionan
característica
vía
el
financiera
proyecto
de
instituciones
de esta
financiera
intermediaria ejemplo Banco de Crédito. El
Banco
viable
de
da
Crédito
la
previo
solución
a
estudio
través
de
del
proyecto
un
préstamo
hipotecario con la entidad beneficiaria sujetándose a las
condiciones
de
transacciones
financieras
tales
como: Tasa de interés
:
12.5% anual
Tipo de interés
:
al rebatir
Amortizaciones
:
mensual
Plazo
:
5 años (mediano plazo).
Devolución
:
en dólares $
A continuación calculare las operaciones financieras para el presente proyecto: 1.
Institución financiera
:
COFIDE
2.
Institución financiera intermediaria: BANCO DE CREDITO
3.
Institución
beneficiaria:
Empresa
Reparaciones Industriales Eléctricas.
de
4.
Formas de inversión: Préstamo hipotecario.
5.
Periodo del proyecto: 5 años mediano plazo
6.
6. Tasa de interés:
7.
Tipo de interés: Al rebatir.
8.
Amortización: mensual
9.
Número de amortizaciones : 60 cuotas
10. Préstamo:
12.5% anual.
103,300 $
11. Tasa de interés efectivo mensual: Iefm. ( 1+IefA) =
(1+Iefm)12
Deduciendo: Iefm=(1+IefA)1/12 -1 Reemplazando valores : Iefm=(1+0.125)1/12 -1 = 0.00986358 Iefm=0.009864 12. Amortizaciones: A A
Pr estamo 103.300 1721.66$ N cuotas 60
13. Interes del 1° periodo (mensual): Itl Itl=RtxIefm = $103,300 x 0.009864 = $ 1,018.9512 Donde: Rt= Deuda residual del periodo préstamo. 14. Cuota a pagar en el 1° mes:Stl Stl=A+Itl= $1,721.66+$1,018.952 = $2740.6112 15. Deuda residual del 1° Periodo :Rtl Rtl= Rt-A=$103,300-$1,721.66 = $101,578.34 Excepcionalmente COFIDE puede financiar el 100% del monto requerido todos los prestamos son otorgados y cobrados en dólares USA.
CUADRO GASTOS
MES
10.1
ADMINISTRATIVOS – VENTAS
GASTOS
GASTOS ADMINISTRATIVOS Person
Mant
Enero
1160
30
35
25
1,250
Ventas 1,200
Febrero
1160
30
35
25
1,250
1,200
Marzo
1160
30
35
25
1,250
1,200
Abril
1160
30
35
25
1,250
1,200
Mayo
1160
30
35
25
1,250
1,200
Junio
1160
30
35
25
1,250
1,200
Julio
1160
30
35
25
1,250
1,200
Agosto
1160
30
35
25
1,250
1,200
Setiembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Octubre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Noviembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Diciembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Deprec. Otros
Total
CUADRO
10.2
GASTOS FINANCIEROS ($) Int. C.T.
Int. A.F.
Total
Enero
67.657
165.643
233.3
Febrero
67.657
165.643
233.3
Marzo
67.657
165.643
233.3
Abril
67.657
165.643
233.3
Mayo
67.657
165.643
233.3
Junio
67.657
165.643
233.3
Julio
67.657
165.643
233.3
Agosto
67.657
165.643
233.3
Setiembre
67.657
165.643
233.3
Octubre
67.657
165.643
233.3
Noviembre
67.657
165.643
233.3
Diciembre
67.657
165.643
233.3
C.T.:
CAPITAL FIJO
A.F.:
ACTIVO FIJO
$ 2,800
CUADRO 10.3 COSTOS DE MATERIALES EN $ TIPOS DE MAQUINA ELECTRICA REBOBINADO DE MOTORES DE PEQUEÑA POTENCIA REBOBINADO DE MOTORES DE MEDIA DE POTENCIA REBOBINADO DE MOTORES MONOFASICOS REBOBINADO DE GENERADORES DE
Enero
Febre.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Seti.
Octub.
Novi.
Dici.
725
723
690
723
723
690
690
690
730
730
725
725
765
785
720
785
785
740
740
740
750
750
765
765
570
678
626
678
678
690
690
690
620
620
570
570
652
786
710
786
786
740
740
740
700
700
652
652
587
678
626
678
678
690
690
690
593
593
587
587
587
678
635
678
678
690
690
690
593
593
587
587
486
638
635
638
638
660
660
660
530
530
486
486
486
638
550
638
638
660
660
660
530
530
486
486
568.14
640.64
444.736
640.64
640.64
665.408
665.408
665.408
277.344
277.344
568.14
568.14
5426.144
6244.64
5636.736
6244.64
6244.64
6225.408
6225.408
6225.408
5337.344
5337.344
5426.144
5426.144
MEDIA POTENCIA FABRICACION Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS REPARACION DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS HASTA 100 KVA REPARACION DE TABLEROS ELEELECTRICOS INDUSTRIALES CONSTRUCCION DE TABLEROS ELECTRICOS DE CONTROL SERVICIOS Y PUESTAS EN MARCHA DE MOTORES TRIFASICOS Y TRANSFORMADORES TOTAL
TOTAL
CUADRO N° 10.4 INGRESO VENTAS EN $
$ 70,000
TIPOS DE MAQUINA ELECTRICA REBOBINADO DE MOTORES DE
Enero
Febre.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Seti.
Octub.
Nobi.
Dici.
2,100
2,000
2,200
2,000
2,000
1,500
1,500
1,500
2.000
2.000
1,800
1,800
REBOBINADO DE MOTORES DE MODIA POTENCIA
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,600
1,600
1,600
2,800
2,800
2,000
2,000
REBOBINADO DE MOTORES MONOFASICOS
1,120
1,050
980
1,050
1,050
1,190
1,190
1,190
980
980
560
560
REBOBINADO DE GENERADORES DE MEDIA POTENCIA
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,750
1,750
1,750
750
750
2,400
2,400
FABRICACION Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS
1,600
800
400
800
800
800
800
800
1,600
1,600
900
900
REPARACION DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS HASTA 100 KVA
2,400
4,000
2,400
4,000
4,000
2,400
2,400
2,400
2,400
2,400
1,200
1,200
REPARACION DE TABLEROS ELECTRICOS INDUSTRIALES
1,800
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
1,500
1,500
1,500
1,500
900
1,200
1,800
1,200
1,200
1,800
1,800
1,800
1,200
1,200
1,500
1,500
1,000
900
1,000
900
900
1,400
1,400
1,400
1,000
1,000
1,260
1,260
13,120
15,150
13,980
15,150
15,150
15,440
15,440
15,440
14,230
14,230
13,120
13,120
PEQUEÑA POTENCIA
CONSTRUCCION DE TABLEROS ELECTRICOS DE CONTROL SERVICIOS Y PUESTA EN MARCHA DE MOTORES TRIFASICOS Y TRANSFORMADORES TOTAL
TOTAL : 173,570 U$
RESUMEN DE LOS CUADROS N° 10.1, 10.2, 10.3 Y 10.4
- Total de facturación
$
173,570.00
- Total de gastos administrativos $
15,000.00
- Total de gastos en ventas
$
14,400.00
- Total de gastos financieros
$
2,800.00
- Total de gastos materiales
$
70,000.00
Ganancia bruta (G.B)
$
71,370.00
Gastos de impuestos (aprox.30%G.B) $
17,842.50
Ganancia Neta
53,520.50
$
10.4 EVALUACION ECONOMICA FINANCIERA 10.4.1 TASA CONTABLE DE GANANCIAS Es un parámetro que resulta de dividir la ganancia neta promedio anual (después de impuestos) sobre el monto de la inversión originada, debiendo ser el resultado mayor a la tasa de corte, en este caso el proyecto se considera rentable. Consideramos la tasa de corte de 10% T .C.G.
53,527.5 x100 103,300
T .C .G. 51.81%
El proyecto es rentable. 10.4.2. PERIODO DE RECUPERACION O DE RETORNO Es un parámetro que resulta de dividir el monto de la
investigación
por
el
monto
de
los
ingresos
netos a producir. El presupuesto es rentable si este valor es menor al período de recuperación, que es de 5 años. P.R = 103,300 53,527.5 P.R = 1.92 El proyecto es rentable.
CUADRO 10.5
ESTADO DE PERDIDA Y GANANCIA
INGRESOS COSTO DE MATERIALES GASTOS ADMINISTRATIVOS GASTOS DE VENTAS DEPRECIACION (LINEAL) UTILIDAD BRUTA IMPUESTOS A LA RENTA (30%) UTILIDAD NETA
1
2
3
4
5
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
CUADRO DE FINANCIAMIENTO Tasa de interés :
12,5% al rebatir
Monto a financiar: $ 103300
Periodo de pago
5 años
Escudo Tributario: (Tasa de
30%
Impuesto)*(interés)
:
Tasa de impuesto :
0
1
2
3
4
5
-20660
-20660
-20660
-20660
-20660
INTERES
-12912,5
-10330
-7747,5
-5165
-2582,5
ESCUDO TRIBUTARIO
3873,75
3099
2324,25
1549,5
774,75
-29698,8
-27891
-26083,25
-24275,5
-22467,75
PRINCIPAL
103300
AMORTIZACION
FLUJO DE FINANCIAMIENTO
103300
CUADRO 10.6 FLUJO DE CAJA
0
1
2
3
4
5
INGRESOS COSTOS DE MATERIALES
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
GASTOS ADMINISTRATIVOS
-15000
-15000
-15000
-15000
-15000
GASTOS DE VENTAS
-14400
-14400
-14400
-14400
-14400
-17367
-17367
-17367
-17367
-17367
56803
56803
56803
56803
62803
IMPUESTO A LA RENTA(30 %) INVERSION
-103300
Inversión fija tangible
-93600
Inversión fija intangible
-3700
Capital de trabajo (KT)
-6000
Recuperación de KT
6000
FLUJO DE CAJA ECONOMICO
-103300
FLUJO DE FINANCIAMIENTO
103300 -29698,75
FLUJO DE FINANCIERO
0
27104,25
-27891 -26083,25 28912
30719,75
-24275,5 -22467,75 32527,5
40335,25
Considerando una tasa COK = 10% VAN ECONOMICO
=
115.753,59 VAN FINANCIERO =118.876,38
TIR
=
47,5101%
El
VAN
tanto
económico
como
financiero
resulta
ser
positivo, por tanto nuestro proyecto es rentable. El proyecto es rentable económicamente, pero lo será más si lo financiamos con el préstamo que el banco nos hará, debido a que existe un apalancamiento financiero positivo. Así mismo la TIR es mayor que el costo de oportunidad del
capital,
lo
cual
rentabilidad del proyecto.
lo
garantiza
también
la
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. Los motores eléctricos asíncronos, por su principio sencillo y construcción robusta, constituyen en la actualidad las máquinas eléctricas más empleadas en la
industria
y
no
exigen
grandes
requisitos
de
mantenimiento para evitar costosas interrupciones en el servicio que prestan y los gastos consiguientes de reparación, si se tiene
el cuidado de emplearlos
correctamente. 2. Las empresas de
motores,
o talleres dedicados a la reparación y
en
general
de
cualquier
máquina
eléctrica, debe estar equipadas
convenientemente y
contar
y
con
el
personal
poder garantizar
idóneo
una reparación
calificado
para
de alta calidad.
3. La confiabilidad y eficiencia de las reparaciones está
respaldada,
realización
entre
otros
factores,
por
la
flujo
y
de
acuerdo
a
la
de las siguientes rutinas:
-
Diagnóstico del origen de falla.
-
Análisis
de
la
densidad
de
corriente en toda la máquina. -
Utilización
de
materiales
de
clase de aislamiento. 4.
Selección del ajuste de los rodamientos.
En el proceso de reparación de máquinas eléctricas deben aplicarse los materiales aislantes cuya clase de aislamiento es idéntica a la de los materiales utilizados por la fábrica proveedora; justificándose la sustitución
de los materiales
aislantes de una clase por las de otra, sólo en
aquel caso cuando al hacer la sustitución, se eleva el nivel del aislamiento de la máquina eléctrica. 5.
Un
dimensionamiento
compromete
la
punto
vista
de
deficiente
seguridad
de
eléctrico;
la
del
aislamiento
máquina
un
desde
el
dimensionamiento
excesivo reduce la potencia disponible, ya que los aislantes eléctricos son, a la vez
aislantes
térmicos y dificultan la dispersión de calor;
por
lo
más
tanto,
se
debe
utilizar
los
materiales
apropiados. 6.
Para un motor de construcción normal, la corriente en vacío la
I0 debe de ser del orden de 20% a 40% de
corriente
servicio
nominal,
dependiendo
del
y forma de construcción. Un
tipo
motor
de que
tiene una gran corriente en vacío debido a una fuerte inducción es más estable; pero su factor de potencia es menor. 7.
Los valores usuales adoptados para la inducción en la construcción de las máquinas eléctricas varían entre límites bastante amplios, según el material y las
características
específicas
del
tramo
correspondiente al circuito magnético. 8.
El valor de la densidad de corriente, que define las perdidas
en el cobre del devanado , varía de
acuerdo a la clase de aislamiento, velocidad y tipo constructivo del motor; siendo, por ejemplo grande para los motores abiertos
más
y más pequeño
para los motores blindados, más grande para los motores veloces y más
pequeño para los más lentos;
más grande para los motores de clase F que para los de clase B. 9.
La
determinación
conductor importante,
del
utilizado ya
que
corriente circulante
valor para está
de
el
la
bobinado
bobinado
y
lo
con
y con las dimensiones segundo
posibilidad de ubicación
del
es
relacionada
ranura. Lo primero por razones del
sección
muy la
de la
de calentamiento por
razones
de
dentro de cada ranura.
10. Si un motor, luego de ser rebobinado, se comporta dentro de ciertos límites condiciones
que lo acercan
a las
de fabricación, puede estimarse que el
trabajo está bien realizado, ya que las pequeñas diferencias en el rendimiento, factor de potencia, corriente absorbida porque no es posible
de la red, etc.,
se aceptan
repetir con mayor exactitud
las cifras originales de fábrica.
BIBLIOGRAFÍA 1.
“Máquinas de corriente Alterna”, Michael Liwschitz – Garrik, Clyde C. Whipple, 1976.
2
“Reparación
de
motores
Eléctricos”,
Robert
Rosenberg. 3.
“Manual del Electricista en Trabajos de devanado y aislamiento”, N.M. Perelmuter, 1983
4.
“Cálculo industrial de máquinas eléctricas”, Tomo II, Juan Corrales Martín, 1976
5.
“Manual
Práctico
de
medidas
eléctricas
y
de
ensayos de Máquinas”, M. Lafosse, 1965 6.
“Consejos
para
la
utilización
de
motores
Eléctricos” Ing. Antonio Ferreccio Nosiglia, 1978, UNI. 7.
“Máquinas Eléctricas”, Ing. G. Donizetti; 1962, UNI.
8.
“Manual de Mantenimiento de Transformadores ASEA – Brown Bovery. 1993.
9.
Gugliandoloca Fillippo,
Ismodes C. Anibal E, “
Como Seleccionar un Motor Eléctrico” 10. Tablas, Compañía
formatos
y
FARELSA S.A.
datos
estadísticos
de
la
INTRODUCCIÓN
En el desempeño de la vida profesional nos enfrentamos la alternativa de realizar trabajos cual no hay mucha
a
técnicos para lo
información real.
Tal es el caso del tema
“Metodología para el Cálculo del
Bobinado de Motores Trifásicos y Diagnostico de fallas para
su
puesta
en
servicio
en
las
Instalaciones
Industriales”. Es la razón que me llevó a investigar el tema, como tesis de grado, con el firme propósito
que sea de ayuda para
los
profesionales
especialidad de
técnicos
que
trabajan
en
esta
reparación de motores eléctricos.
Donde se tiene que diseñar y calcular el proceso del cálculo de rebobinado de motores trifásicos Es por ello el motivo del tema, donde se especifica, como se van a reparar los motores eléctricos, capacidad
técnica
y
un
nivel
científico
y tener la para
poder,
seleccionar, calcular los motores eléctricos y utilizar los
criterios
necesidades
de
técnicos,
para
desarrollo
económico,
distintas empresas Las
máquinas
poder
atender social
de
las las
de producción.
asíncronas,
en
particular
los
motores
trifásicos, constituyen en la actualidad, las máquinas eléctricas de corriente alterna mas divulgadas. Gracias
a
su
sencilla
funcionamiemto, torias
y
a
estructura,
características
su
asíncronos
han
prácticamente
en
costo
los
una
campos
seguridad
trabajo
comparativamente,
encontrado todos
de
alta
de
la
1.2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
motores
aplicación, economía:
industria, la agricultura, el transporte, etc.
1.2. OBJETIVOS GENERALES
satisfac-
los
amplia
de
la
En un panorama de desarrollo, evaluación e investiga-ción industrial
de las fallas que se presentan en los motores
eléctricos y que paralizan la producción. Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina
sea
reparada
deficientemente
y
acreciente
problema, entonces este estudio persigue constituir instrumento práctico adecuados
del
partiendo
ensayos,
a
que
un
y eficaz para hacer los cálculos
correcto
motores,
el
de
debe
la ser
diseño
del
premisa
de
sometido
bobinado
de
las
pruebas
y
antes,
durante
y
después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica. proyecto verán
A las personas interesadas en el
que es un documento
útil
y aplicable en
la práctica de los trabajos a realizar. En un panorama
de desarrollo, evaluación e investiga-
ción industrial
de las fallas que se presentan en los
motores eléctricos y que paralizan
la producción.
Se ubica este tema cuya finalidad es la de evitar que una máquina
sea
reparada
deficientemente
y
acreciente
el
problema. Entonces
este estudio persigue constituir un instrumento
práctico y eficaz para hacer los cálculos adecuados del correcto diseño del bobinado de motores, partiendo de la premisa de las pruebas y ensayos, a que debe ser sometido antes, durante y después de su intervención de manera que quede operativo y con garantía técnica.
A las personas interesadas en el proyecto verán que es un documento útil y aplicable en la práctica de los trabajos a realizar.
1.3. OBJETIVOS Proponer
ESPECÍFICOS
una
trifásicos,
metodología
con
del
información
cálculo
concreta
de
motores
presentando
en
forma ordenada y didáctica los métodos para el cálculo de rebobinado, y cumpliendo con las normas técnicas y parámetros del cálculo Plantear mejorar
una
de motores trifásicos.
metodología
la
optimización
técnica de
los
para
lograr
motores
en
y las
instalaciones industriales que conduzcan a un cálculo teórico del estator. Esto
contribuirá
producción,
a
evitando
las
industrias
las
pérdidas
a
mejorar
mecánicas
su y
eléctricas. Plantear
unas
funcionamiento las
normas de
herramientas
conocimientos
para
los
técnicas motores
eléctricos
fundamentales asegurar
para
el
y
el
buen
utilizando
poseer
funcionamiento
los de
adecuado de los equipos eléctricos de control. Capacitar
al
estudiante
de
Ingenieria
Mecánica-
Eléctrica y/o técnico profesional, dedicado a estas
tareas, aprendan mente
y
sin
a realizar su labor satisfactoria-
pérdida
innecesaria
de
tiempo,
se
ha
procurado exponer los métodos más eficaces y rápidos para
llevar
a
cabo
las
diversas
operaciones
de
detección, localización y reparaciones de las fallas técnicas.
1.4. HIPÓTESIS La
forma
bobinado muchas
común del
de
motor
reparaciones
acrecentado
el
expresar se
debe
que
cambiar,
amparadas
problema,
al
en
pues
este
el
deteriorarse ha
motivado
concepto
motor
el
se
que
hallan
vuelve
a
quemar; al no haberse determinado las causas de la falla; y que puede haber sido por la densidad de corriente, o problemas de inducción magnética. En
el
análisis
estudio,
de
permite
estas
fallas
demostrar
que
que antes
se
originan
de
este
efectuar
la
reparación de un motor eléctrico se tiene que identificar los motivos de las mismas evaluación técnica
ello se logra haciendo una
de las pruebas y parámetros físicos.
Luego se tomaran las consideraciones de diseño de acuerdo a lo que en el presente tema se sustenta. Así tendremos un
reparación
eficaz
y
continuación
normal
procesos de producción sin paralizaciones.
de
los
También nos indicará si el motor intervenido es el que debe accionar la máquina a la que
fue destinado tanto
por su potencia o velocidad (torque)
1.5. JUSTIFICACION Una correcta evaluación de las condiciones eléctricas en la
planta
industrial,
podrá
determinar
fallas que afectan al motor, la evaluación correcta
del
tipo
de
motor
evitará
las
posibles
y selección incurrir
en
sobrecostos innecesarios. Las
plantas
necesidades
industriales técnicas
que
para
una
logren mejor
satisfacer
operación
las
de
los
motores, resolverán estos defectos, tomando las medidas preventivas y correctivas para evitar problemas en sus instalaciones eléctricas. El criterio técnico se verá fortalecido con el presente trabajo
que
constituye
el
procedimiento
adecuado
de
diseño de una reparación de los bobinados, entonces
se
eliminarán las paralizaciones
continuas de la producción
industrial,
costos
optimizando
mantenimiento. equipamiento
Menos
los
fallas,
mayor
operativos
y
de
operatividad
de
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL MOTOR En
el
física
presente del
capítulo
motor,
características
se
los
técnicas
describirá
tipos y
TRIFÁSICO
de
su
la
estructura
motores
utilización
y en
las la
Industria. 2.1 Se
DEFINICION DEL MOTOR denominan
así
eléctrica trifásica
porque
TRIFASICO al
aplicarle
la
tensión
la convierte en energía mecánica
cuando la corriente ingresa
al estator de la maquina se
produce un campo magnético rotativo y al encontrar el
motor
en
produce
cortocircuito
un
diferencia
campo
por
la
magnético
de
estas
dos
jaula
de
ardilla
el
mismo
rotor
en
velocidades
se
le
se a
la
llama
deslizamiento. En
los
motores
trifásicos
hay
3
series
de
polos
alimentados por fases desplazados 120 grados eléctricos. El motor asíncrono trifásico puede transformador trifásico cuyo un eje
considerarse como un
secundario
montado sobre
libre para girar en forma uniforme.
Es
común designar como
inductor al devanado
la
corriente de línea que es el que forma
El
inducido es el
que recibe el primario.
devanado que tiene corriente inducida
por aquel secundario.
2.1.1. El
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
rotor esta
constituido por un tambor en el que se
dispone, de conductores de cobre o aluminio desnudos en forma radial y que por su forma
ha recibido el nombre
de jaula de ardilla. El funcionamiento es de la siguiente manera: Los
circuitos
alternos
que
alimentan
el
estator,
producen un campo magnético constituido por un cierto número
de polos N y S invisibles que giran a pesar de
que el estator esta inmóvil. Por consiguiente el campo magnético
creado por la corriente alterna
es un campo
magnético giratorio. El campo magnético giratorio en corrientes denominados
inducidos
el estator en el rotor
desarrolla y son de
sentido contrario estator
produciéndose
una polaridad
Características
frente
a cada polo del
contraria.
que le permiten la denominación de motor
de inducción. Los polos invisibles del estator, en su giro arrastraran a los de polos que
al ser
contrarios
solidario del eje producirá
del rotor, el giro
de
este. En la fig. 2.1 se ha analizado las 3 curvas de
las fases
A,B,C con su desplazamiento de 120 grados eléctricos, se observa también polos,
donde
las piezas de un motor cada
pieza
que sería de dos
lleva
su
bobina
correspondiente y que cada grupo de 2 polos va conectado a una de las fases. Tomando únicamente los momentos de corriente máxima de cada fase, tenemos campo magnéticos, como se indica en las líneas
punteadas entre las piezas polares, por lo
cual el rotor
siguiendo los campos
en su rotación
hacia la derecha. Las corrientes sus
de las otras fases
valores respectivos y formando
todos estos campos
estarán, teniendo campos
más débiles
seguirán la misma rotación hacia la
derecha, haciendo que el
rotor gire también en esa
dirección. Al final de un ciclo de cualquiera fases, el rotor habrá pasado frente
de las
a un par de polos de
esa fase, entonces su velocidad depende del número de polos que tenga
el motor, como se trata el ejemplo
de
una máquina de 2 polos, al rotor dará una vuelta completa por cada ciclo de una de las fases. 2.1.2. VELOCIDAD DE SINCRONISMO El motor
eléctrico es sincrónico cuando la velocidad de
giro de rotor coincide con el campo magnético del
estator.
vueltas
Se
por minuto.
expresa
por
el
numero
giratorio de
Solo depende de la frecuencia de la corriente y el número de polos que
posee cada fase del bobinado estatórico.
La velocidad de sincronismo minuto
(Vs) en revoluciones por
(r.p.m.). se emplea la siguiente relación: Vs
120 f p
......................(2.1.)
Donde: f:
es la frecuencia de la corriente en
hertz
(HZ), es
decir ciclos /seg. p:
es el número de polos en cada fase del arrollamiento estatórico. TABLA
DE
LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO
FRECUENCIAS
2 polos
4 polos
6 polos
8 polos
25 hz
1500
750
500
375
50 hz
3000
1500
1500
750
60 hz
3600
1800
1200
900
2.1.3. DESLIZAMIENTO El rotor tipo de jaula de ardilla, experimenta, cuando gira un corto
retardo con respecto al número
de
revoluciones sincrónico, este retardo es necesario para producir una
tensión en el rotor.
Se le designa como deslizamiento y alcanza entre el 3 y el 10% del numero de revoluciones sincrónico, este según su potencia , .Puesto que el motor
ya no marcha en forma
sincrónica se le denomina asincrónico. Si se le designa por Vs a la velocidad de sincronismo y por Vc a la velocidad de carga, se le llama deslizamiento (G)
del
rotor
expresado
en
tanto
por
ciento
,a
la
siguiente relación:
G
Vs
Vc 100 Vs
2.2. IMPORTANCIA Las
corrientes
razones
de
......................(1.2)
DEL MOTOR TRIFASICO alternas
economía
trifásicas
en
el
son
transporte
utilizadas de
por
energía
eléctrica a gran distancia. Pero lo que es igualmente interesante, magnéticos
es
que
giratorios,
asincrónicos
trifásicos
máquinas-herramientas,
producen
aplicables y
fácilmente a
emplean
bombas,
campos
los
motores
para
accionar
ventiladores,
grúas,
maquinarias etc. Estos motores se fabrican desde fracciones de caballos hasta
varios
cientos
de
caballos.
característica de velocidad constante.
Tiene
una
Hay tipos diseñados para que absorban una corriente de arranque
bien
moderada
y
otros
que
absorben
una
corriente elevada. Se construyen para todos las tensiones y frecuencias de servicio de servicio normalizados
y
están equipados para trabajar a 2 tensiones nominales distintas y también 2.3.
de 2 velocidades.
DESCRIPCIÓN DEL MOTOR TRIFÁSICO.
Se compone de Carcasa
3 partes principales:
Estátor,
ventilador.
eje
rotor,
tapas
o
escudos
y
Ver en la Fig. Nº 2.2.
El motor de inducción tipo jaula de ardilla el eje lleva en su extremo una cuña y sobre él puede montarse una polea o engrane para mover otra máquina, El rotor gira sobre
chumaceras
deslizantes parte
de
para
inferior
tipo
babbit
mantenerlas
de
los
anillos
que
siempre esta
tiene
anillos
lubricadas,
sumergido
en
la el
aceite del deposito.
2.3.1.
ESTATOR
Las bobinas del inductor o
estator están ordenadas en
las ranuras, tiene un núcleo laminado de fierro silicoso con ranuras que corren paralelas. En la fig 2.3 se observa un núcleo en él colocado
varias
bobinas
del
estator
en
cual se han las
ranuras,
para ir formando las piezas polares del campo magnético.
Cada
bobina
empleándose,
debe
ir
protegida
con
papel pescado, nomex
material
aislante,
y diversos tipos
de
aislamiento. La construcción del
estator
constituido por laminaciones
o campo
del motor esta
que se troquelan a partir
de acero eléctrico con el 1 al 3% de silicio. El espesor de la lámina es usualmente de 0.35 mm en
para las máquinas
las que las pérdidas en el núcleo son
importantes, las laminaciones del estator se troquelan frecuentemente de una sola pieza. Para diámetros mayores se usan siempre combinaciones en segmento,
los
troquelados
se
arman
en
el
armazón
del
estator. 2.3.2. ROTOR Compuesto de una masa metálica, también denominadas jaula de ardilla, Rotor en cortocircuito. En la practica se introducen
barras
de
cobre
en
un
cilindro
de
hierro
laminado uniéndose sus extremos para que el cobre sirva para recibir las corrientes inducidas, mientras que el hierro complete únicamente el circuito magnético. Este arreglo aumenta la fuerza de la corriente inducida y, por consiguiente, el torque del motor. Comúnmente las barras de cobre para los inducidos de los motores de inducción se arreglan de la manera como se observa en la fig. mostrada 2.4a. Las barras van paralelas y unidas con sus extremos por medio
de
anillos
de
cobre,
se
asemeja
a
una
jaula
cilíndrica y de allí viene el nombre de jaula de ardilla. El inducido de jaula queda embutido en un núcleo con ranura, una vez terminado el rotor tendrá la apariencia mostrada en la fig. 2.4b. Tiene unas aspas de abanico a cada lado del núcleo, para forzar una corriente de aire en el interior del motor, evitándose de esta manera que se recaliente.
Hay una separación que deberá ser la menor posible de uniformidad
perfecta,
para que su funcionamiento sea
eficaz, el espacio varia entre 0.25 mm. en motores chicos y 4.3 mm. en motores grandes. 2.3.3.
TAPAS
Son
que
los
O ESCUDOS cierran
los
lados
del
armazón
del
motor
tienen aberturas para la circulación del aire que enfría el
bobinado
estas
tapas
chumaceras que sostienen empaque
llevan
en
su
centro
las
el eje y tiene un sistema de
para su lubricación; otros motores usan un
depósito para grasa y los de tamaño mas grande usan un anillo que descansa sobre el eje. Las tapas o escudos albergan los cojinetes que sostienen al eje rotor. Para
motores
grandes
se
usan
chumaceras
de
acero
con
tubo en el interiorde metal bábbit, tiene 2 secciones. 2.3.4. VENTILADORES Ubicados en el lado opuesto al equipamiento, después del escudo para permitir la ventilación y va protegido por un tapa ventilador, los ventiladores están constituidos por aleación liviana de aluminio o plástico. 2.4. TIPOS DE MOTORES TRIFASICOS 2.4.1.
Descripción de motores trifásicos de tipo de jaula de ardilla.
A ) Motores de Rotor de Jaula de Ardilla
inducción
Se le llama, motores con rotor en cortocircuito o de jaula de ardilla porque el devanado rotórico esta formado por varillas conductoras, alojadas en ranuras practicadas en
el
ambos
hierro
del
extremos
propio
rotor,
mediante
y
dos
cortocircuitadas
anillos
en
conductores,
dispuestos en cada lado del rotor. Los motores con rotor de jaula de ardilla se dividen en tres
modificaciones
principales:
con
rotor
en
simple
jaula de ardilla, con rotor de barras profundas, y con rotor de doble jaula de ardilla. Estos tipos de motores difieren,
uno
de
otro,
por
sus
particularidades
de
arranque. a) Motores con rotor de jaula de ardilla simple Estos motores tienen un par de arranque bajo, que en terminos medio varia entre 1.5 a 2 veces el nominal y su intensidad de arranque puede variar de 4 a 7 veces la nominal. Los motores de este tipo se construyen en potencia desde 1/16
HP
hasta
200
HP
y
mayores
con
velocidades
sincronicas desde 300 hasta 3600 RPM. Estos
motores
se
emplean
en
maquinas
tales
como
ventiladores, extractores, bombas centrifugas, maquinas de
imprenta,
maquinas
para
labrar
metales
y
maderas,
cintas transportadoras livianas, ejes de transmision y en general maquinas que arrancan en vacio o que no exigen el suministro de una potencia elevada durante el arranque. b) Motores con rotor de jaula de ardilla con barras profundas.
Estos
motores
elevado
y
tienen
se
compresoras,
un
emplean moledoras,
par
de
en
arranque
máquinas
calandrias
ligeramente
tales
como
:
transportadoras,
clasificadoras, elevadoras, etc.; en términos generales, en maquinas deben efectuar arranques frecuentes o que deben arrancar accionando desde un principio masas de relativa pequeña consideración; pero que al empezar a girar
producen
una
acentuada
reacción
al
movimiento
(efecto volante). En la fig. 2.5 se muestra en sección una ranura con una barra
profunda
también
el
y
estrecha,
aspecto
en
general
la
del
que
se
campo
representa
o
flujo
de
dispersión en la ranura, producido por la corriente que circula por la barra. c) Motores con rotor de doble jaula de ardilla Estos
motores
también
tienen
un
par
de
ligeramente elevado y se emplean en máquinas
arranque que deben
arrancar accionando desde un principio masas de relativa pequeña consideración. En la fig. 2.6 se muestra una ranura con doble jaula. El devanado separadas
consiste por
en
una
barras
dispuestas
hendidura
en
dos
relativamente
capas,
larga
y
estrecha. 2.4.2. MOTORES TRIFASICOS DE ANILLOS ROZANTES Es una
máquina que tiene el bobinado de su
estator,
igual que en los motores con motor de jaula de ardilla; pero difieren en lo que concierne al rotor,
ya que estos
tienen sus arrollamientos de tal forma que producen el mismo número de polos que el bobinado del
estator .
Los terminales del rotor se conectan a anillos rozantes para poder insertar en ellos resistencias el circuito del rotor. Tiene las siguientes partes: A.) ESTATOR bobinado
:
compone
de
carcasa
,
núcleo
y
muy común como el tipo jaula de ardilla.
B.) ROTOR alojar
Se
:
el
Es
devanado
del y
tipo el
liso
anillo
con
ranuras
rozantes
que
para van
dispuestos y aislados en un extremo del eje. El bobinado del rotor puede ser en estrella o en delta y sus terminales se conectan a los anillos. C ) RESISTENCIA VARIABLE :
Se usan para el arranque
y regulación de la velocidad del motor, y va conectado en el circuito del rotor. FUNCIONAMIENTO : La corriente alterna que se le aplica a los 3 bobinados independientes
o fases del estator, forma un campo, los
arrollamientos del motor, cuando están el flujo magnético del
campo
giratorio
del
estator
inducen
voltajes
que
establecen corriente en estos devanados. Estas corrientes no pueden fluir sin
embargo
a menos
que se proporcione un circuito por medio de conexiones entre los anillos de deslizamiento. Las escobillas
estacionarias
que descansan sobre los
anillos de deslizamientos se conectan a una resistencia
variable
múltiple,
proporcionando
así
una
trayectoria
para las corrientes del rotor. Cuando el motor, ha adquirido su velocidad normal, y se haya quitado toda la resistencia exterior entonces, los tres terminales de anillos, quedan conectados en corto circuito,
funcionando
de
esta
forma
como
un
motor
de
rotor en jaula de ardilla. El esquema eléctrico de este tipo se representa en la
fig. N° 2.7.
Los motores de rotor devanado se arrancan con voltaje normal
aplicado
a
los
devanados
del
estator,
bastante resistencia en el circuito del rotor.
y
Para
con
dar el par de carga plena, con corriente de carga plena. El
campo
principal
tendrá
por
lo
tanto,
su
potencia
normal durante el periodo de arranque. 2.4.3
MOTORES TRIFASICOS SINCRONICOS
El motor sincrónico se diferencia
del motor trifásico en
que no emplea la misma corriente alterna de
La línea
para inducir corriente en el inducido, si no que hay un campo
magnético
de
magnitud
fija,
producido
por
una
fuente de corriente directa. Generalmente este campo es ajustable, para variar las características del motor. Su importancia principal es debido a mejorar el factor de potencia en sistemas altamente inductivos. Hay ocasiones en que resulta práctico el uso de un motor sincrónico de gran potencia, operando sin carga, con la única
misión
sistema.
de
Tenemos
mejorar un
tipo
el de
factor
de
motor
potencia
sincrónico
del FYNN
WEICHSEL, son dos motores combinados en uno. El motor arranca como un motor de inducción de anillos, con mayores características de torque que los motores de inducción
de
jaula
sencilla.
El
motor
alcanza
su
velocidad de marcha en 30 seg., después de cuyo tiempo continua
funcionando
como
un
motor
sincrónico.
La
excitación del motor es propia, con un cambio automático de las características de inducción. Estos motores arrancan con cargas pesadas sin ninguna dificultad, pueden desarrollar un torque de arranque del l50 % de carga completa. El torque de arranque puede
aumentarse hasta un
250 % del de marcha, si se aumenta
en proporción la corriente. Se utilizan para el impulso de máquinas para compresoras de aire y en la industria del frío. Una vez que el motor llega a su velocidad sincrónica, se convierte en un motor sincrónico de excitación propia y puede soportar sobre cargas hasta
l50 % sin salirse de
sincronismo. Los motores
Fynn
Weichsel
se fabrican para tres
fases, con voltages de 220V a 550 V, y con potencias de 7 HP a l80 HP . Debido a sus características de arranque similares de
un
motor
de
inducción
con
anillos,
los
conectando
resistencias en el circuito amortiguador o secundario.
2.4.3.1 CONSTRUCCION DEL MOTOR FYNN – WEICHSEL a )
EL
ROTOR
conmutador
y
.-
Lleva
otro
un
bobinado
independiente
conectado
colocado
en
un
sobre
el
primero, conectado a anillos colectores. Por medio de escobillas este bobinado se conecta a la línea trifásica para formar el inductor o bobinado primario.
El devanado
conectado al conmutador proporciona corriente directa, la cual se aplica a las bobinas de campo por medio de otro juego de escobillas. En los motores de poca potencia, los anillos y conmutador se
encuentran
podemos
conectados
ver Fig.N° 2.8 .
en
el
mismo
lado
del
rotor,
La
colocación
de
los
bobinados
de
la
armadura
se
introducen en las ranuras en la parte interna hacia el conmutador arriba
y en las mismas ranuras, directamente hacia
de
ese
devanado,
las
bobinas
del
inductor
o
bobinado primario. El devanado primario ocupa la parte de mas afuera de las ranuras y sus puntas pasan al lado opuesto del núcleo, donde conectan a los anillos colectores. B )
ESTATOR
La
parte
estacionaria
del
motor
lleva
2
bobinados
arreglados, uno de los bobinados es el que se forma
como
se muestra en la Fig. Nº2.9 Uno de los bobinados es el que forma el campo magnético constante y es alimentado por el conmutador, mientras que el
otro,
reostato Este
que
viene
siendo
de la caja de
último
devanado
el
inducido
se
conecta
al
devanado
de
arranque. se
denomina
también
“arranque” o “amortiguador”. 2.4.3.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DEL MOTOR En la Fig. Nº 2.10, se observa el rotor por medio de un circulo punteado. El bobinado indicado con líneas gruesas es el inductor que se encuentra y por medio de
conectado a los anillos
las escobillas a la línea.
El otro bobinado del rotor es el de excitación ,el cual va conectado al colector, de donde alimenta al campo de al corriente directa .El circuito incluye un reostato en
el tablero de Arranque conectado entre los bornes F1 y A1. El
bobinado de campo va
se encuentran el
en el estator en donde también
bobinado de arranque conectado a
los
terminales F3 y F4.Estas terminales van al tablero de arranque,
en
donde
hay
una
resistencia
ajustable
que
puede conectarse entre los terminales. Se muestra
la
forma como están marcados los bornes del motor pasara sus conexiones a la línea y
al
arrancador. Los bornes T1, T2, T3, son los que se
conectan al control de arranque .El número de reveladores o relay, dependen de la potencia del motor. 2.4.4. MOTORES TRIFASICOS DE 2 VELOCIDADES (MOTORES DALHANDER) a) MOTORES DE DOS VELOCIDADES Y TORQUE CONSTANTE Estos tipos de motores tienen las características : - La potencia es directamente proporcional al torque y la velocidad,
la
potencia
de
salida
del
motor
en
alta
velocidad será el doble de la que desarrolla una baja velocidad. En baja velocidad las conexiones triángulo y polos
consecuentes
mientras
que
en
alta
velocidad
la
conexión es 2Y. Tienen 2 potencias compresoras
y
y 2 tipos de conexión, se usa en
equipos
de
fundición
y
ventiladores.
Podemos ver en la fig. N°2.11. b) MOTOR DE DOS VELOCIDADES Y POTENCIA CONSTANTE Para este tipo de motores el bobinado se conecta en 2Y y para obtener baja velocidad . Para la conexión del bobinado en triángulo para obtener alta velocidad corresponde al motor de 4 a 8 polos, el cambio
de
velocidad
se
realiza
por
medio
de
un
interruptor selector trifásico. Estos tipos de motores se usa en extractores de aire y torno. 2.5.
CLASIFICACION DE LOS MOTORES TRIFASICOS
Los
motores
de
inducción
de
clasificados en la Asociación como diseños A, B, C, D, y F.
jaula
de
Nacional
ardilla
están
Manufacturera
Los
motores
jaula
única
de
diseño
de
baja
A
usualmente
resistencia
tienen
que
rotores
tiende
a
de
buenas
características de marcha a costa de una alta corriente de arranque y un par de arranque moderado. Debido a la alta
corriente
de
arranque,
se
puede
requerir
un
arrancador de voltaje reducido, para aplicación de cargas en ventiladores, abanicos, máquinas herramientas y bombas centrifugas. Los motores de diseño B es el mas común, son de diseño de jaula de ardilla doble y barra profunda y se usan para un arranque a pleno voltaje. Tienen aproximadamente el mismo par de arranque como diseño A solamente cerca del 75 por ciento de la corriente de arranque. Los motores de diseño C son de construcción de jaula de doble y barra profunda con una resistencia del rotor mas alta que el diseño B, tendiendo hacia un par de arranque mas alto pero de menor eficiencia y un deslizamiento algo mayor que para el diseño B la aplicación es para cargas con prácticamente velocidad constante que requieran un par
de
arranque
regularmente
alto
mientras
jalan
una
relativa baja corriente de arranque. Los motores de diseño C tienen el par de arranque mas alto de todos los motores jaula de ardilla. Generalmente tiene un rotor de jaula única de alta resistencia con el resultado en un alto par de arranque pero también un alto deslizamiento con una baja eficiencia. Estos motores se usan para cargas de alta inercia tales como maquinas de matriz de estampa, prensas y punzonadoras.
Los motores de diseño F son usualmente motores de alta velocidad
conectados
directamente
a
cargas
tales
como
abanicos o bombas centrifugas que requieren bajos pares de
arranque.
El
rotor
tiene
una
baja
resistencia
que
tiende por un bajo deslizamiento y una correspondiente alta eficiencia pero también un bajo par de arranque.
CAPÍTULO
III
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En
este
presente
parámetros
del
capítulo,
motor
analizamos
trifásico
como
los son
diversos la
fuerza
magnetomotriz en los bobinados y el efecto teórico del devanado distribuido cuando produce una onda de flujo en el entre hierro que es senoidal, y los ángulos eléctricos que se forman según el paso del bobinado. 3.1 RELACIÓN ENTRE TENSIÓN, CORRIENTE, NÚMERO DE ESPIRAS EN EL ESTATOR Y FLUJO MAGNÉTICO DEL MOTOR. Las amplitudes y formas de voltaje que se le aplica al estator
del
motor,
está
determinado
por
bobinado. Se debe tener en cuenta el tiempo
su
tipo
de
de la onda
fundamental
de
voltaje
y
la
fuerza
magnetomotriz
distribuida del estator, generados por la aplicación de la
tensión trifásica correspondiente a cada fase R, S,
T. Se
sabe
que
corrientes armónicas
los
problemas
armónicas, que
son
se
deben
variación
frecuencias
de
enteras
a
generación
voltaje o
y
múltiplos
de las de
número entero de frecuencias fundamentales. Cuando
estas
se
combinan
con
las
ondas
sinusoidales
fundamentales forman una onda distorsionada, repetitiva, no sinusoidal. 3.1.1
VOLTAJE APLICADO AL ESTATOR
El voltaje eficaz aplicado por fase,
en un bobinado
concentrado, teniendo el numero de conductores
por fase
( N cs fase ) Vf E
s 2 f N cfase
s V f E 4,44 f N cfase ......................(3.1)
Donde: f es
la frecuencia en ciclos /sg.
es la fundamental del flujo de polo.
En la
practica el
bobinado del estator tiene bobinas
por fase distribuido y ranuras por polo. Considerando
que
el
flujo
magnético
en
el
núcleo
estator es: B S ...................... (3.2)
Si
seleccionamos una onda
eléctrica fundamental.
B
B máx
B T
T
Considerando del esquema que B ; es la inducción:
Magnética Media de la Onda.
B T
T
0
B dt
Luego integrando:
B
1 T
T
0
Bdt
del
B
2 Bmax .
......................(3.3)
Despejando Bmax
Si
B 2
consideramos
el
siguiente
dimensionamiento
estator.
La Di
DiLa g
Asumiendo un área (Sg). Tendríamos entonces: Sg
.Di.La P
...................... (3.4)
Para un Flujo Máximo
Max B .Sg
...................... (3.5)
Remplazando valores (3.4) en (3.5) tendríamos;
para
un
Max B .
.Di.La P
...................... (3.6)
Si se sabe que P '
P 2
Reemplazando la ecuación (3.3) en (3.6)
Max 2 B max.
Max
. Di . La P
. Di . La 2 B max. P
...................... (3.7)
Sabemos que para una Onda Sinusoidal de punto máximo el promedio es
Ef
2
y la máxima fuerza magnetomotriz es:
( N CS fase). f . max 2
Ef VL.
a 3
N Sfase N Sfase
.................... (3.8) ..................... (a)
x
fb
......................(b)
Definimos un número determinado de espiras en una bobina. N
S Fase
1 espira
2 conductores
N Sf espiras x ( N Cf ) N cf 2 N Cfase
.......(3.9)
Reemplazando las ecuaciones (3.9), (3.7) en la ecuación (3.1) tenemos: Di.La . f 2 N S fase x 2 xB máx . P 2
Vf
Vf
Vf
Di.La . f N S fase x 2 xB máx . P 2
2 Di.La . f N S fase x 2 xB máx . P 2
Vf 4.44. f N CS . fase x x10 8 voltios .................... (3.10) Donde : B
:
Es la inducción magnética media
:
Es el juego magnético del núcleo
B máx :
Es inducción máxima.
Di
:
Es el diámetro interno del estator.
La
:
Es la longitud activa del estator.
P
:
Es el número de polos
:
Es
N CS
fase
el
número
de
espiras
en
serie/fase
eficaces. R N CS .fase :
Es el número de espiras en serie/fase reales.
Ef
:
Es la tensión de fase.
EL
:
Es la tensión de línea.
3.1.2.
FORMACIÓN
DE
CAMPOS
MAGNÉTICOS
DE
UNA
MÁQUINA
ASÍNCRONA. Estudiaremos en particular las f.m.m. correspondiente a un devanado trifásico como los existentes en el Estator de las Máquinas Trifásicas. En el Estator Si se aplica un sistema de corriente trifásico en los devanados
bg bt g I bt g I
del estator en la Fig. N° 3.1
i aa t I S M Sen S t ibb i cc
c Sen c
h t 240º h
S
M Sen S t 120º
S
M
S
Eje de base b a
-c
-b
Eje de base a b c
Eje de base c
-a
Fig. 3.1 Esquema de devanado trifásico de dos polos en el estator. La densidad de flujo magnético resultante es B s aa (t ) B S M Sen S t / 0
Wb/m2
B s bb (t ) B S M Sen ( S t 120) / 120
Wb/m2
c
h
B S cc (t ) B S M Sen S t 240º / 240º Por
consiguiente
los
tres
:
Wb / m 2 componentes
senoidales
del
campo magnético están desplazados 120° eléctricos en el espacio pero cada fase variando senoidalmente en función del tiempo. Hallando la densidad de campo resultante: Bs
net =Baa (1) + Bbb(t) + Bcc(t)
L M N
B S net B S M Sen S P / 0º B S M Sen ( S t 120 ) / 120 º B S M Sen ( S t 240º) / 240 º
3.2. LA FUERZA MAGNETOMOTRIZ EN LAS BOBINAS 3.2.1. FUERZA MAGNETOMOTRIZ PARA UNA BOBINA Para una bobina de peso completo
O P Q
Wb / m2
F=Nb.is
para
s 2 2
F= - Nb.is
para
3 s 2 2
Para
una
distribución
especial
de
la
fuerza
magnetomotriz. Según podemos ver en la figura.
Eje de la ranura
iS Nb . is
2
2
3 2
Para una serie de fourier tenemos:
2
S
F
4 1 1 Nb.is cos cos cos 5 S .......... 3 5
...............
(3.11) Sí
Ufierro Ug
Entonces: H(2g); es la caída magnética. Si despreciamos las caídas magnéticas en el fierro del estator. Debemos tener en cuenta P MAG g 2
3.2.2. Fuerza Magnetomotriz de Varias Bobinas -
Cuando se disponen de 2 bobinas ó mas se enserian.
2’
3’
1’
3 1
2
sí
360 Nr
Donde: Nr:
Es el número de ranuras del estator.
: Es el ángulo eléctrico entre las ranuras. 3’
3 2’
2 1’
1
Ubicando el devanado elemental de una capa.
Para la fuerza magnetomotriz distribuido total, tenemos: FT s F1s F 2s 3s ...............(3.12)
Si Uo es líneal.
F 2s
1 .Nb.is cos cos 3s................... 3 4
F1s
4 1 .Nb.is cos cos 3 ( s )......... ......... 3
F 3s
1 .Nb.is cos cos 3( s )......... .......... 3 4
Analizando la armónica fundamental Para 3 bobinas de paso completo, debemos de considerar un semicirculo.
Kd
2
FT1=d
SI FT1 = d, es la única que existe entre el entre-hierro. d FT 1 K1cos s K 3 cos s K 5 cos 5 s ...............
Por separado se considera
(3.13)
el efecto de la distribución
en el devanado , el factor de reducción se obtiene en forma
generalizada,
es
conveniente
el
análisis
cuantitativo. El efecto de distribución del bobinado de n ranuras por fase, y el rendimiento del fasor del voltaje de fase. El ángulo eléctrico ( ) y las ranuras, el ángulo ( ) igual a 180° eléctricos dividido por en número de ranuras de polo. Si observamos la Fig. de los fasores.
B
C
a d
A
D
2 2
n
O
Es mas conveniente la suma de vectores, el fasor AB , BC, y CD están dirigidos por el punto centro “ O ” y tiene en ángulo ( ) . El fasor suma AD esta subtendido , el ángulo n , con su descripción
previa
en
60°
eléctricos
para
la
forma
normal. La distribución uniforme de la máquina trifásica y 90° eléctricos
para
la
correspondiente
dos
fases
máquina . Para el triángulo Oad, respectivamente.
OA
OA
Aa AB Sen 2 Sen 2 2
...................... (a)
Ad AD Sen n 2Sen n 2 2
...................... (b)
Sen n 2 OA AB. Sen 2
...................... (c)
de
la
Para
la
suma
aritmética
de
los
fasores
es
n
(AB),
consecuentemente el factor de distribución del bobinado es : Sen n AD 2 Kd n. AB n sen 2
...................... (3.14)
Los fasores; AB = BC = CD entonces: El factor de distribución del armónico fundamental (Kd);
Sen3 2 Kd 3 sen 2
...................... (3.15)
Procediendo en forma análoga se tendrá: Sen 3 jx 2 Kdj 3 sen jx 2
...................... (3.16)
Donde: J
:
es armónico cualquiera
:
es ángulo magnético
Por lo tanto;
FT
4 3Nb is Kd1cos 1 1 Kd 3 cos 3 1 Kd 5 cos 5 3 5
Para
las
3
bobinas
los
ejes
de
las
s .......(3.17)
bobinas
no
colineales son imbrincoidales. GRUPO
q=3
is
2 POLOS
Donde: q
:
es el número de bobinas por polo.
mag
:
es el ángulo concéntrico
:
es el ángulo magnético
Si:
360 Nr
Para este caso: Sen qjx 2 Kdj qSen jx 2
...................... (3.18)
is
son
F s
4 q Nb.is Kd1Cos s 1 Kd 3Cos s 1 Kd 5Cos5 s 3 5
...
(3.19) Si despreciamos las armónicas j 3; El factor de distribución es tal que el número efectivo de vueltas sea menor que el número real de vueltas en serie. Entonces de las fórmulas se aproxima a: F s
4 qNbxKd1 is cos s ...................... (3.20)
O
qNb.Kd1 Nd1
ROTOR
Punto donde las fuerzas son mayores.
Nef1
is
El devanado de “q ” bobinas
1s
por polo de Nb, vueltas por
bobinas (bobina de paso completo), tiene la siguiente distribución de fuerza magnetomotriz (f.m.m.).
F
4 1 1 .is qNb.Kd1 Cos s qNb.Kd 3 Cos3 s qNb.Kd 5 Cos5 s 3 5
(3.21) Dejando el lado armónico j 3 tenemos:
F
4 .is qNb.Kd 1 Cos s ......................(3.22)
3.2.3. EFECTO DE RECORTAR EL PASO DE LA BOBINA Sea “”
“”
el
paso
completo
para
P=2,se
tiene
= 180° g por efecto de recortar el paso: y < .
S 1s y / 2 < 90°
y/2
is
1s Nb.La
22
2
y /2
3 2
2
S
F
4 1 1 Nb.is Sen y Cos s Sen 3 y Cos3 s Sen 5 y Cos5 s 2 2 2 3 5
(3.23)
Si:
y Sen j 1 el factor de paso es: 2
y Kpj Sen j ......................(3.24) 2
Si
j= 1,3,5. Y: es paso geométrico de bobina Y’: es el paso expresado en grados magnéticos Para “P” polos: y' Kpj sen j 2
Fj 1 Sen jy / 2 x F1 j y Sen 2 Al recortar el paso, este le puede elegir, tal que se minimice los armónicos j > 3, en un devanado real. y Kp sen j 2
Si despreciamos armónicos j 3
F
4 Nb.Kp1 is cos s ...................... (3.25)
armónicos j 3
Si despreciamos
1S
is
N’b = Nb.Kp1 Kp1 < 1
3.2.4
FUERZA
MAGNETOMOTRIZ
EN
UN
DEVANADO
REAL
DE
2
POLOS Y DE 2 CAPAS Tenemos que elegir un estator cuyas características son: Número de ranuras
:
18
Paso
:
1 - 8
Bobinas de “Nb” Para un devanado trifásico (a,b,c) de “P” grupos / fase se deberá encontrar a ( s ) ; Fb ( s) y Fc ( s). Tenemos para este caso: 2 grupos/fase
Cada grupo tiene 3 bobinas q=B.T/P.x fase = 3 Graficamos:
3’
1
10’
12’
7’
X a
i
“a” S
a
9’
“C”
i
16’
z
18’ 13’
b
C
4’
“b”
i
S
15’
S
b
Fa Fase”a”
20°
20°
Eje de Distribución
6’
y
Paso de bobina 20°
20°
140°
3Nb.Kd1 3Nb.Kd1
1S
3Nb.Kd1.Kp 1 3Nb.Kd1.Kp 1
1S
i
S
a
6Nb.Kd1.Kp1
Entonces: Sen q x x j 2 Kdj qSen j x 2 Kpj Sen j. 2
Para paso, 1-8: 140° Entonces la fuerza magnetomotriz (Fa) (3.26) Podemos evaluar que : Fj 1 KdjxKpj x F1 j Kd1xKp1
Si la relación para los armónicos es: F 3 F5 F 7 F1 F1 F1
Luego despreciando los armónicos. Fa s
4 Nef1a ias Cos s ......................(3.27)
Fb s
4 Nef1b ibs Cos s 120 ..................(3.28)
Fc s
4 Nef 1c ics Cos s 120 ..................(3.29)
Para
igualar
el
Número
de
espiras
en
serie
/
fase
eficaces. Nef1a Nef1b Nef1c Nef1s 2.q.Nb.Kd1.Kp1 .........(3.30)
3.3 ANÁLISIS DE LA ARMÓNICA FUNDAMENTAL, EL FACTOR DE PASO Y DISTRIBUCIÓN. Fuerza magnetomotriz con devanado elemental de 4 polos
Nb
Y=
S 1S
Contorno de Ampere
Tenemos:
...................... (3.31)
360º gº p
Donde : Es el paso polar o paso completo. Graficamos la distribución espacial de j.
iS
Nb.is
4 3er armónico
2
3 2
2
s
1er armónico
Para este caso tenemos la fuerza magnetomotriz.
F
4 1 1 Nb i s cos 2 s cos 3 2 s cos 5 2 s ........(3.32) 3 5
Suponiendo si despreciamos los armónicos j 3 La fórmula se reduce a: F
4 Nb i s .Cos 2 s ......................(3.33)
Calculando para el entrehierro si g = cte.
B
Uo .F 2g
B
Uo 4 . Nef i s Cos 2 s ...................... (3.34) 2g
Se sabe que Nef = m x Nb.Kd.Kp........... (3.35) Donde: Nb
:Es el número de vueltas por par de polos.
m
:Es el número de bobinas por grupo.
Nef
:Es el número de efectivos de vueltas por fase.
CAPÍTULO IV INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE BOBINADO DE MOTORES TRIFÁSICOS
En el presente capítulo tiene por finalidad, detallar la metodología del cálculo matemático para el rebobinado de los motores trifásicos. Teniendo como base las medidas de las dimensiones del estator como son la longitud activa, ancho
de
corona,
ancho
de
diente,
altura
de
ranura,
diámetro interior y exterior. Estas medidas son suficientes para el calculista para optimizar el calculo y tratar de hallar las inducciones del
entre
hierro,
la
corona
y
el
diente,
y
si
se
encuentra dentro de ciertos limites de trabajo normal del
motor y que cuando funcione con su tensión denominado no se sature o se sobre caliente.
4.1 ESTATOR Las laminaciones usadas en la construcción de los motores de inducción tienen espesores del orden de 0.35 mm y cuya calidad depende de cierta medida de la potencia. Para
grandes
diámetro
es
motores del
orden
eléctricos de
un
con
metro,
estatores los
cuyo
paquetes
de
laminaciones se forman con laminas seccionadas, es decir, no se troquelan en forma completa. En cuanto a la calidad de las laminaciones usadas por lo general e los motores de pequeña potencia se permiten perdidas medida
en
de
el que
fierro la
relativamente
;potencia
de
los
grand3es, motores
pero
a
aumenta,
adquiere mayor importancia su rendimiento y entonces las laminaciones tienen perdidas que no exceden a los 2,5 Watt/kg. Para motores de media y gran potencia se usan laminaciones de acero al silicio, con un gran contenido de silicio del 3%. Las laminaciones tienen por lo general un recubrimiento de aislante. 4.1.1 Extracción de devanados Podemos observar que antes de extraer el arrollamiento estatórico de las ranuras, es preciso determinar y anotar de que modo están unidos entre si las diversa ramas de
arrollamiento,
y
cual
es
la
clase
de
conexión
entre
fases. Los motores trifásicos de gran tamaño tienen las ranuras estatóricas
abiertas
(Fig.
4.1.a).
Para
extraer
el
arrollamiento (de varillas)del mismo, basta simplemente quitar las cuñas que cierran las ranuras e ir sacando las bobinas (secciones) una tras otra. En los motores de pequeño y mediano tamaño, las ranuras estatóricas
son
semi
cerradas
(Fig.
4.1.b)
lo
cual
dificulta mas la extracción del devanado (relleno) puesto que le devanado de estos motores están impregnados de barniz
endurecido,
y
algunos
han
sido
además
encapsulados (cubiertos con un barniz a base de resina “epoxy”
como
protección
adicional),
es
necesario
carbonizar el aislamiento que llevan; efectuándose esto en hornos adecuados, y a una temperatura
conveniente.
Luego se cortan las cabezas de bobina del lado opuesto al que se encuentran las conexiones, se retiran las cuñas aislantes que cierran las ranuras y se sacan el resto de las
bobinas,
tirando
de
sus
cabezas.
Se
conservará
intacta una de las bobinas extraídas , a fin de que su forma y dimensiones sirvan de modelo
para la ejecución
de las nuevas bobinas. Durante esta etapa del trabajo, se procederá a completar los
datos
que
faltan
registrar,
tales
como:
paso
de
bobinas, el número de espiras por bobina, las dimensiones de las bobinas, el calibre y clase de aislamiento de los conductores.
4.2 Bobinados 4.2.1 Tipos de Bobinados Se puede hacer diversas clasificaciones de los devanados según se atienda a unos u otros factores. Considerando el número de lados de bobinas que alberga cada ranura, los devanados se dividen en: -
Devanado a una capa
-
Devanado a dos capas.
-
Devanados mixtos.
Considerando
las
disposición
geométrica
de
sus
partes
frontales de las bobinas se tiene: -
Devanados en dos planos.
-
Devanados en tres planos.
-
Devanados con
-
Atendiendo al paso de las bobinas se distinguen:
-
Devanados con bobinas de paso constante.
-
Devanados con bobinas de paso variable (concéntricos)
cabezas de bobinas solapadas.
Considerando el valor del número de ranuras por polo y fase q, tenemos: -
Devanados enteros (cuando q es un número entero).
-
Devanados fraccionarios (cuando q no es entero).
Atendiendo a como “avanza” el devanado a dos capas , cabe hacer una distinción análoga a la que se cita para los devanados de corriente continua: -
Devanado imbricado.
-
Devanado ondulado.
A
continuación
se
describen
los
devanados
de
bobinas
concéntricas de una sola capa; los devanados imbricados de dos capas congruentes; devanados no congruentes (con q fraccionario); devanados ondulados de dos capas y los devanados de varias velocidades. 4.2.1.1
Devanados de bobinas concéntricas de una sola capa
La
denominación
de
este
devanado
se
debe
a
que
cada
ranura está rellena completamente por un lado de bobina, es
decir,
los
lados
de
bobinas
se
encuentran
en
la
ranuras formando una sola capa; además, las bobinas que constituyen diferente
un
grupo
ancho,
de
bobinas
colocándose
de
del tal
devanado modo
que
son
de
abarcan
concéntricamente una a la otra. Se
usan
ampliamente
en
los
motores
asincronos
de
potencias pequeña y media. Con este tipo de devanado se obtiene un relleno total de las ranuras con materiales conductores, ya que no se requiere el aislamiento entre las capas del devanado. El número de bobinas en el devanado de una capa es igual a la mitad del número de
ranuras, ya que cada bobina
ocupa dos ranuras. En el devanado de bobinas concéntricas de una sola capa, los
pasos
de
bobinas
en
el
grupo
son
diferentes.
En
general, el paso de la bobina más ancha, la exterior, tiene el paso 4q-1, mientras que el paso de cada bobina siguiente es dos veces menor. La bobina más estrecha, la interior, tiene el paso 2q+1. En el devanado de una sola capa, el número de los grupos de bobinas en cada fase es igual al número de los pares de polos y , por lo tanto,, el número de todos los grupos de bobinas en el devanado trifásico, es igual a 3p. En la Fig.4.2 se muestra un devanado concéntrico de una capa de dos pisos.
4.2.1.2
Devanados imbricados de dos capas, congruentes
Actualmente, en los estatores de las máquinas trifásicas de
corriente
alterna
(sincrónicas
y
asincronas)
han
obtenido amplia divulgación los devanados de dos capas y, en particular, imbricados. En el devanado de dos capas, en cada ranura del núcleo, se colocan en dos capas los lados
activos
de
dos
bobinas
diferentes,
con
la
particularidad de que el lado de una bobina esté en el fondo de la ranura (capa inferior), en tanto que el de la otra, se encuentre por encima de esta primera. Los lados frontales de cada bobina también ocupan dos capas; el paso de una capa a la otra se efectúa en las cabezas de las bobinas. Este devanado se denomina imbricado porque en el esquema para contornearlo. Hace falta ir haciendo vueltas adelante o atrás. Los
devanados
de
este
tipo
tienen
las
siguientes
ventajas: -
La posibilidad de diferente acortamiento del paso, lo que
permite
lograr
buenas
propiedades
eléctricas
y
reducir el consumo de cobre. -
La
posibilidad
de
mecanizar
la
fabricación
de
las
bobinas que tienen la misma forma. El número de bobinas del devanado de dos capas es igual al número de ranuras; y cada fase le corresponden z/m=z/3 bobinas. El número de grupos de bobinas por fase entre el
numero de bobinas de cada grupo, el cual también es igual al número de polos. En la Fig.4.3 se muestra la composición del esquema de un devanado imbricado trifásico de dos capas. 4.2.1.3 Devanados no congruentes (con q fraccionario) Los devanados con q fraccionario son utilizados con más frecuencia en los estatores de los generadores síncronos, siendo
q < 3.
Aquí
estos
devanados
contribuyen a la aproximación de la forma de la curva de la f.e.m. inducida a la sinusoide En los estatores de los motores asíncronos se trata de evitar
los
devanados
con
q
fraccionario
porque
su
utilización provoca ciertas alteraciones en la simetría del campo magnético generado por la máquina. Sin embargo, al rebobinar los motores para otra velocidad de rotación (otro número de polos), o al fabricar los
motores con el
número variable de polos a base de núcleos que tienen una forma
igual
de
hierro,
hay
veces
cuando
surge
la
necesidad de utilizar los devanados con q fraccionario. Los devanados con q fraccionario pueden ser tanto de una capa como de dos. En la actualidad, han adquirido la mayor distribución
los devanados de dos capas, los que
pueden fabricarse fácilmente con cualquier valor de q fraccionario. Como el número de ranuras correspondientes al polo h a la fase q indica, al mismo tiempo, el número de bobinas por grupo;
entonces
si
q
es
un
número
fraccionario,
los
grupos tienen un número diferente de bobinas, mas por termino
medio,
a
cada
grupo
de
bobinas
corresponde
q
unidades. Al componer los esquemas de los devanados con q fraccionario
es
necesario
distribuir
los
grupos
de
bobinas con un número diferente de unidades entre las fases,
de
tal
modo
que
las
fases
del
devanado
sean
simétricas. La diferencia fundamental entre los devanados congruentes y
no
congruentes
consiste
en
el
hecho
de
que
estos
últimos deben tener los grupos de bobinas constituidos por un número variable de unidades. En la Fig. 4.4 se muestra un devanado trifásico de dos capas con q fraccionario. 4.2.1.4 Devanados ondulados de dos capas Se denomina ondulado porque al observarlo en el esquema hace
falta
hacer
zigzag
(ondas)desplazándose
hacia
un
mismo lado; por ejemplo, a la derecha. Como
regla, los devanados
de este tipo son de varillas
de cobre descubiertas, encorvadas debidamente y aisladas. En
los
devanados
imbricados,
casi
ondulados,
no
hay
a
diferencia
conexiones
entre
de
los
bobinas,
lo
que , dado el caso de un número grande de polos, reduce sustancialmente
el
consumo
de
cobre.
Son
utilizados,
fundamentalmente, en las máquinas muy potentes de baja tensión; además, estos devanados se utilizan ampliamente en los rotores de motores dotados
de
fácilmente
anillos las
asíncronos bastantes potentes,
contactores
partes
porque
frontales,
permiten
debido
a
fijar
que
el
acortamiento de los pasos del devanado de un lado del núcleo provoca el respectivo alargamiento de los mismos en
su
lado
opuesto;
por
lo
tanto,
en
los
devanados
ondulados, prácticamente, no se utiliza el acortamiento del
paso.
Los
devanados
ondulados
de
dos
capas
se
fabrican congruentes y no congruentes del número q, con la particularidad de que la parte fraccionaria del número q, en este caso, con más frecuencia se expresa como una
mitad. Hace falta recurrir a los devanados ondulados no congruentes al modificar los motores dotados de rotores bobinados para otro número de polos. En la Fig. 4.5 se muestra un ejemplo de devanado ondulado de dos capas. 4.2.1.5 Devanados de varias velocidades Se
denominan
de
varias
velocidades
porque
pueden
ser
conmutados para un número variable de polos. Han obtenido máxima divulgación entre estos devanados, aquellos donde el número de polos varía dos veces en el proceso de conmutación. En la Fig. 4.6 se representan unos
esquemas
que
aclaran
el
principio
de
tal
conmutación. Para que la dirección de la rotación del motor permanezca inmutable funcionando a una velocidad tanto pequeña como alta, al conmutar el devanado hace falta modificar el orden de alteración de las fases, es decir, cambiar de lugar (intercruzar) dos de las tres fase conectadas al devanado. También se puede variar el número de polos del motor colocando
en
las
ranuras
del
estator
dos
devanados
diferentes. Combinando los dos procedimientos se puede obtener
motores
con
un
número
bastante
grados de regulación de la velocidad. 4.3 ROTORES 4.3.1 TIPOS DE ROTORES
grande
de
los
- TIPO JAULA DE ARDILLA -
TIPO ROTOR BOBINADO
4.3.1.1 ROTOR TIPO JAULA DE ARDILLA Es una combinación de barras conductoras, ordenadas de manera que formen un cilindro unidas con cortocircuito por medio de anillos. El voltaje inducido en cada barra es de menos de 10 voltios por esto no es necesario emplear aislamiento
entre las barras y el núcleo. Las barras frente a cada pieza polar, automáticamente corrientes
de
los
polos
se pone en paralelo con las adyacentes
que
fluyen
en
direcciones opuestas, es decir la corriente que sale de las barras que se encuentran bajo la influencia de una pieza polar, se divide en partes iguales en el anillo, para regresar por el extremo opuesto. Por lo tanto un rotor de jaula de ardilla girará a la velocidad
del
campo
del
estator
menos
la
perdida
por
deslizamiento. Sin embargo el torque de arranque el cual depende de la resistencia del rotor, varia el rotor, de acuerdo con él número
de
polos
del
estator
en
distribución de la corriente de las
vista
de
que
la
barras, cambia con
los cambios del número de centro polares. La
resistencia
total
del
rotor
se
compone
de
la
resistencia de las barras y la de los Anillos, En vista de que las barras que están bajo la influencia de una pieza polar En
general,
mientras
mayor
sea
la
resistencia
del
bobinado de una jaula, mayor será el momento de torsión de arranque y menor su velocidad de marcha. Los rotores de alta resistencia se emplean cuando se requieren un gran
momento
de
torsión
de
velocidad al recibir la carga.
arranque
una
pérdida
de
Las jaulas de alta resistencia para los motores de poca velocidad, delgadas
de de
polos poca
múltiples
se
conductividad,
compone con
de
anillo
barras de
una
aleación de alta resistencia. a) CONSTRUCCION DE LOS ROTORES DE JAULA DE ARDILLA En el desarrollo de los bobinados de jaula de ardilla se emplean muchas combinaciones en su construcción, ver la figura mostrada 4.8 que tiene seis esquemas diferentes. En algunos motores pequeños se emplean la combinación que se muestra en la fig. (a). Los anillos están perforados para paso de los extremos de las barras y están formados con laminas prensados contra las
barras
en
los
extremos,
sumergiéndose
después
en
soldadura, para obtener un buen contacto eléctrico. En algunos motores bien pequeños emplean como anillos unas laminas con ranuras dentro de los cuales se coloca las
barras
generalmente
2
ranuras,
se
observa
en
la
figura. (b) Los extremos de las barras que se extienden hacia fuera de los anillos, se abren, como si se tratará de una chaveta, soldándolos después. En
otro
tipo
de
construcción
se
hacen
uso
de
barras
aleaciones de diferentes conductividad para los anillos y estos
se
funden
con
los
extremos
de
las
barras.
Ya
fundidas las barras a los anillos, se trabaja el motor en
un torno para dar las dimensiones deseados, ver figura. (c). En los rotores más grandes tienen la construcción que se ve en la figura(d) Las
barras
se
sueldan
en
soldadura
autógena
a
la
superficie exterior de los anillos, las cuales son planas y
se
construyen
de
una
aleación
de
la
conductividad
requerida. Los anillos también pueden ser muy gruesos y tiene ranuras para las barras, como la sección de anillo, las barras de este tipo anillo se unen a los anillos por soldadura eléctrica, formando de esta manera, una fuerte jaula con las características eléctricas Otro tipo mostrado en la figura (f). Se emplea un número de anillos delgado en cada extremo del motor, con agujeros para las barras perforadas con un punzón para que el reborde quede alrededor de las barras pueda soldarse a estos después. Esta construcción da una buena ventilación al motor pero tiene una desventaja de ser más costoso, por las numerosas uniones que se hacen cuando se tratan de motores de muy alta resistencia, se emplean tubos de cobre o bronce, en lugar de barras los tubos se introducen en las perforaciones de los anillos y sus
extremos
se
abocardan
con
cuñas
cónicas,
ver
la
figura (g). b) ROTORES DE JAULA DOBLE Estos motores con jaula doble están adquiriendo un gran uso, debido a que pueden ponerse en marcha directamente
en la línea alimentadora, sin que tomen una corriente excesiva de arranque. La diferencia, en la construcción de estos motores se encuentra en que se compone de dos jaulas en vez de una. El bobinado o la combinación de barras que se encuentra en la parte exterior del motor es de alta resistencia en relación
a
su
reactancia,
cuando
el motor se
encuentra sin movimiento la frecuencia de la corriente inducida
en
el
motor
es
la
misma
que
la
línea
alimentadora. Debido a esta alta frecuencia, el bobinado interior de alta reactancia, llevará muy poco corriente el bobinado exterior de alta resistencia, por otra parte durante el momento de arranque soporta toda la corriente del motor como sucedería en un motor de jaula sencillo, de alta resistencia. Se obtiene un alto momento de torsión para el arranque, con un buen factor de potencia conforme gire el motor para
alcanzar
su
velocidad
normal,
la
frecuencia
del
motor que esta relacionada con su velocidad, disminuye lo cual cambia la distribución de la corriente del motor. Con la disminución de la frecuencia, el bobinado interior de
baja
resistencia
y
alta
reactancia,
recibirá
un
aumento de corriente, mientras que el mismo aumento de velocidad del motor causará una disminución de corriente en
el
bobinado
exterior
de
alta
resistencia
y
poca
reactancia. Cuando el rotor llega a su velocidad normal de marcha el bobinado exterior o sea el de alta resistencia, no tiene ningún funcionamiento eléctrico y el motor funciona como un motor común de jaula sencilla. 4.3.1.2 TIPO ROTOR BOBINADO Cuando
utilizamos
rotor
bobinado
en
los
motores
de
inducción, su velocidad puede variarse a carga completa,
la corriente
de arranque puede regularse y el momento de
torsión para el arranque, puede variar a cualquier valor hasta el máximo. Los
cambios
mencionados
se
hacen
con
una
resistencia
variable conectada en serie con el circuito secundario. Los bobinados de los rotores pequeños se conectan para las
3 fases
de la
misma manera
que se
hacen en
bobinas de los estatores. Los grupos de cada conectan,ya
sean
en
serie,
o
en
dos
o
mas
las
fase se grupos
paralelos, y las 3 fases a su vez se conectan en Estrella o en delta,
para obtener el voltaje correcto en los
anillos. Las bobinas de barra se emplean en motores de tamaño mediano, donde el uso de dos barras por ranura puede hacerse
de
dos
maneras,
las
cuales
se
introducen
una
sobre las otras, por el mismo lado de la ranura. 4.4 CALCULOS DE LOS MOTORES TRIFASICOS Por lo general, el nuevo devanado se realiza con las mismas características del devanado antiguo; pero muchas veces se toman mal los datos de algunas características del devanado antiguo, tales como: el número de espiras por bobina, el paso de bobina, conductores en paralelo, conexiones, calibre del conductor, etc. Con la información obtenida en el proceso anterior, mas la información de sala de pruebas, se procede al calculo de la verificación de las características del devanado, y al cálculo de los parámetros de funcionamiento del motor.
A continuación se expone el procedimiento de cálculo para el caso del estator de un motor asincrono trifásico. 4.4.1 Dimensionamiento del estator Antes de empezar con el cálculo es necesario tomar las siguientes medidas en el núcleo magnético: -
La longitud activa (La).
-
La altura de la corona (Hc)
-
El ancho de diente (Ad).
-
El diámetro interior (Di).
-
El número de ranuras (z).
-
El ancho de ranuras (bm)
-
La altura de ranura (hm).
-
La profundidad de ranura (Hm).
Ver figura Nº 4.9 4.4.2. Fuerza electromotriz inducida en los devanados Se sabe que la fuerza electromotriz eficaz inducida en una bobina de ne Espiras que se desplaza en un campo sinusoidal giratorio es proporcional al flujo y a la frecuencia de este campo, independientemente del número de polos: E = 4.44 f ne 10-8
E = Fuerza electromotriz inducida en voltios. F = Frecuencia de la red en hertzios. = Flujo magnético por polo en Maxwell. ne =
Número de espiras de la bobina.
Para N conductores en serie por fase, con un factor de arrollamiento Ka, y considerando la fuerza electromotriz inducida E igual a la tensión de fase en voltios (v), tenemos:
v 4.44 f Ka
N 10 8 2
v 2.22 f Ka N 10 8 ne Ka
N 2
Ka = Kp Kd Kp = Factor de paso. Kd = Factor de distribución. N
= Número de conductores en serie por fase.
4.4.3. Factor de paso Kp
Una de las características de la bobina o sección es el paso y, o sea, el número de dientes que abarca, El paso puede determinarse como la diferencia ente los números de ranuras en las cuales son colocadas ambos lados de la bobina. El paso se denomina diametral si es igual al intervalo polar , es decir, a la distancia entre los ejes de los polos vecinos opuestos, o también el número de ranuras (dientes) correspondientes a un polo. En este y
z 2p
caso:
donde:
z es el número de ranuras (dientes) del Núcleo, y 2p el número de polos del devanado. Normalmente, el paso de la bobina es menor que el paso polar y se denomina corto. El acortamiento del paso se caracteriza
por
el
factor
de
ahorrar el cable de devanado frontales
más
cortas),
paso
Kp
=
y/;
permite
(a costa de las partes
facilitar
la
colocación
del
devanado y mejorar las características de los motores. El acortamiento
del
paso
utilizado,
normalmente,
encuentra dentro de los límites de 0.85 a 0.66. El factor de paso Kp se calcula de la siguiente manera: Kp Sen 90º y /
Y = paso real = paso diametral
se
4.4.4. Factor de distribución Kd. Las f.e.m.s. inducidas en las bobinas individuales de un grupo q, correspondientes a cada polo y fase, no están en fase; sino que se encuentran desplazados entre si de un ángulo y (ángulo de ranura) en grados eléctricos. El factor de distribución Kd expresa la reducción de la f.e.m. resultante del grupo de bobinas, originada por la distribución de las espiras en q pares de ranuras, en vez de colocarlas en un solo par de ranuras. Para calcular este factor se procede de la siguiente manera: Kd
kd
f .e.m. resultante Suma de las f .e.m.s.inducidas individuales
Sen q / 2 qSen / 2
=
(360/z)p
q
=
z/2pm
=
Angulo de ranura en grados eléctricos
q
=
Número de ranuras por polo y fase, o número de bobinas por grupo
m
=
Número
2p =
Número de polos
p
=
pares de polos
z
=
Número de ranuras
4.4.5. Factor de devanado o arrollamiento
El factor de arrollamiento Ka se define como el producto del factor de paso Kp por el factor de distribución Kd: Ka = Kp Kd La distribución del arrollamiento causa un a perdida de espira, o bien una perdida de tensión de 3.5 a 4.5% en arrollamientos trifásicos. 4.4.6. Número de conductores en serie por fase N Esta dado por: N=
(N°espiras/bobina )(N° bobinas/ranura)(N° ranuras ) (N° de fases) (N° de circuitos en paralelo)
4.4.7. Cálculo del flujo magnético El
campo
giratorio,
al
igual
que
todo
magnetico,
calcula como flujo y
se expresa en Maxwell.
De
la
la
expresión
de
anteriormente, tenemos:
V 10 8 2.22 f Ka N
f.e.m.
inducida,
se
mencionada
= Flujo magnetico por polo en Maxwell. V = Tensión de fase en voltios. N = Número de conductores en serie por fase. 4.4.8. Cálculo de las Inducciones Magnéticas en el núcleo a) Inducción en la Corona Bc. El flujo magnético se reparte en la Corona en dos partes considerándose aproximadamente que la inducción máxima
está
uniformemente
repartida
en
todas
las
secciones de la Corona del núcleo. Se deduce de ello que entre el flujo y la inducción máxima de dicha Corona existe
Bc
la relación:
2 Sc
Sc =
La Hc fa
Sc =
Sección
La =
Longitud activa.
Hc =
Altura de Corona
fa =
Factor de apilamiento.
Bc =
Inducción magnética en la Corona Gauss.
de la Corona.
Reemplazando, y para un factor de apilamiento igual a 0.9, tenemos:
Bc
2 x 0.90 La Hc
Bc 0.556
La Hc
b) Inducción en el entrehierro Br La relación entre el flujo magnético y la inducción en el entrehierro es la siguiente:
Br
2 Se
Se
=
( Di La) / 2p
Se
=
Sección en el entrehierro.
Br
=
Inducción en el entrehierro.
Di
=
Diámetro interior
2p = Número de polos. Remplazando:
Br
2 DiLa / 2 p
Br
p DiLa
p = Pares de polos. c) Inducción en el diente Bd Considerando
la
misma
relación
entre
el
flujo
y
la
inducción en el diente, como en el entrehierro, tenemos: Bd
2 Sd
Sd= (z fa La Ad)/2p Bd = Inducción magnética en el diente. Sd = Sección de los dientes en un polo Reemplazando: Bd
2 z faLaAd / 2 p
Bd 1.75
LaAd z / 2 p
Las magnitudes de Bc, Br y Bd utilizadas para
motores de
uso general varían en el siguiente rango: -
Bc = 14000 – 20000
-
Br = 6000
-
Bd = 14000 – 21000
– 9000
Estos valores varían de acuerdo al número de polos, la potencia, tipo constructivo y antigüedad del motor 4.4.9. Densidad de corriente J La
densidad
de
corriente
J
la
calculamos
siguiente expresión: J
J
I
f
a Cp S
=
Densidad de corriente en A/mm2
lf = Corriente de fase en Amperios. a
=
Número de conductores en paralelo.
Cp
=
Número de circuitos en paralelo.
mediante
la
S
Sección del conductor en mm2
=
Esta
magnitud
define
las
pérdidas
en
el
cobre
del
bobinado y está, por lo tanto, ligado a la temperatura de operación del motor. Esta magnitud varía del motor y tipo constructivo. Las densidades de corriente, de acuerdo al tipo constructivo del motor, pueden tener los siguientes valores: -
Motores cerrados con ventilación radial : 3.5 - 4.5 A/ mm2.
-
Los motores semiprotegidos con ventilación radial: 4.5 - 6.5 A/ mm2
-
Motores con ventilacióñ reforzada: 6.5 - 8.5 A/ mm2.
Los
valores
indicadas,
mayores se
de
refieren
las a
densidades los
de
motores
corriente
de
menores
dimensiones y mas veloces. En la Tabla 4.1 se muestran valores de la densidad de corriente
en función a la clase de aislamiento.
4.4.10. Factor de utilización Fu Llamado
también
representa
la
factor
proporción
de
relleno
entre
el
Area
de
la
sumaria
ranura, de
la
sección transversal de los conductores colocados en la
ranura (Sm) y el área total de la sección transversal de la ranura (Sr.). Fu
Sm Sr
Sm = Nr Cp s Nr = Número de conductores en la ranura. Este factor nos indica si todos los conductores podrán ser colocados o no en las ranuras. Además nos indica si la ranura quedará llena o no. La
variación
de
este
factor,
de
acuerdo
al
tipo
de
devanado y forma de la ranura, se muestra en la tabla 4.2. 4.4.11. Densidad de carga lineal Q Representa el producto de la corriente en un conductor por el número de conductores en la ranura para una unidad de longitud periférica del diámetro interior del núcleo. Según esta definición se tiene:
Q
z Nr I f
Di a
(A/mt)
Q
=
Densidad de carga lineal.
Nr
=
Número de conductores en cada ranura
If
=
Corriente de fase
Di
=
Diámetro interior.
a
=
Circuitos en paralelo
Para
motores
nervaduras,
de
construcción
cerrada,
con
aletas
o
ventilación externa, clase de aislamiento F,
cuatro polos y frecuencia de la red de 60 Hz, se muestra, en
la
tabla
4.3
la
densidad
lineal
en
función
del
diámetro exterior del nuevo núcleo magnético. Asimismo, en la tabla 4.4 se dan los factores de corrección para motores con otros números de polos. Por otro lado, para la clase de aislamiento B, los valores de densidad lineal es menor aproximadamente en 20% a los de clase F.
4.4.12. Cálculo de la Longitud media de una espira Lm Para poder calcular el peso del conductor utilizado en el devanado
del
motor,
es
necesario
primero
calcular
la
longitud media de una espira. A continuación se indica el modo de calculo para un arrollamiento concéntrico. De acuerdo a la fig. 4.10 tenemos para un bobinado imbricado en punta:
Lm 2 La 4 d 0
2 Dmy 2 lm z Sen Sen
Dm
=
Di + Hm + 4 mm.
lm
=
(l1 + l2) /2
Dm
=
Diámetro medio.
Hm
=
Profundidad de ranura.
lm
=
Longitud media de la ranura
Para calcular el diámetro medio Dm, se añaden 4m.m. para tener en cuanta las formas de la ranura y de la cuña de cierre. Los valores varían de acuerdo a la clase de aislamiento: - Clase A :
12.5 - 20mm.
- Clase B :
20
- Clase F :
27.5 - 35mm.
- 27.5 mm.
Para un bobinado concéntrico :
Lm 2 La 2 fc 2 fnc
2 Dmy z
fc
=
Flecha del lado de conexión.
Fnc
=
Flecha del lado de no conexión.
y
=
paso de bobina
4.4.13. Cálculo del peso del conductor utilizado El peso del conductor utilizado en el devanado de un motor trifásico se calcula de la siguiente manera: Pc 26.7 Cp s Lm N a 10 3
Este
peso
representa
(Kg) el
comprende las conexiones las
pérdidas
inevitables
peso
neto
del
cobre
y
no
entre las secciones, así como de
recorte
durante
la
reparación. Por lo tanto, es necesario prever un exceso de 5 a 10% del peso neto.
4.4.14. Cálculo de los cables de salida Para calcular la sección de los cables de salida del devanado
a
la
caja
de
bornes
del
motor,
primero
se
calcula la sección neta ( Sn ) en una rama: Sn = S Cp a El valor de la sección del cable de salida debe ser mayor o igual a la sección neta de la rama, cumpliéndose: Scable > Sn El
tipo
de
diferentes
cable
se
selecciona
requerimientos,
tales
de como
acuerdo la
a
tensión
los de
servicio, temperatura de operación y flexibilidad. Normalmente se eligen los tipos flexiplast y ws por sus altas flexibilidades (ver tabla 4.5) Todas
las
dimensiones
del
núcleo
magnético,
las
características y parámetros calculados anteriormente se registran en la hoja de cálculo de motores (formato 4.1). Realizados
todos
los
cálculos,
y
de
acuerdo
de
los
resultados obtenidos, la sección de cálculo pasa a la sección
de
bobinados
la
hoja
de
bobinado
de
motores
(formato 4.1), en donde, además de los datos de placa, se
indican
las
medidas
del
núcleo
y
las
siguientes
características del arrollamiento:
En
-
Ranuras por polo.
-
Bobina por ranura.
-
Bobinas por grupo.
-
Número de grupos.
-
Espiras por bobina.
-
Paso de bobina.
-
Conexión.
-
Calibre del conductor.
-
Conductores en paralelo.
-
Número de salidas .
la
tabla
Nº
4.6,
se
muestra
la
variación
de
las
inducciones en función de la potencia TABLA 4.1 RANGOS DE DENSIDAD DE CORIENTE EN FUNCION A LA CLASE DE AISLAMIENTO (8)
A Y Densidad de corriente (A/mm2)
4
CLASE DE AISLAMIENTO E B F 4-6
6-10
Temperatura Máxima Admisible (*C)
120
130
155
TABLA 4.2 VARIACION DEL FACTOR DE UTILIZACION DE ACUERDO AL TIPO DE RANURA Y DEVANADO (8)
TIPO DE RANURA
TIPO DE DEVANADO
TRAPEZOIDAL O CUADRADA
SIMPLE CAPA DOBLE CAPA SIMPLE CAPA DOBLE CAPA
OVALADA
FACTOR DE UTILIZACION (Fu) 0.36-0.43 0.30-0.40 0.40-0.43 0.36-0.43
TABLA 4.3 DENSIDAD LINEAL VS, DIAMETRO EXTERIOR PARA MOTORES DE CUATRO POLOS Y CLASE DE AISLAMIENTO F (8) CLASE F, DIAMETRO EXTERIOR DE (m) 0.10 0.12 0.14 0.15 0.16 0.18 0.20
60 HZ, 4 POLOS DENSIDAD LINEAL Q (103 A/m) 19 21 23 24 24 24 27
0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.35 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.45 0.46 0.48 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.90 1.00
TABLA 4.4 FACTORES DE CORRECCION PARA LA TABLA 4.4
27 28 29 33 35 35 35 36 36 37 37 38 38 38 39 39 44 45 45 46 46 46 46 46 46
CUANDO EL MOTOR
TIENE OTRO NUMERO DE POLOS (8)
NUMERO DE POLOS DIAMETRO EXTERIOR De (m) 0.10 - 0.26
2
6
8
10,12
0.93
1.000
1.000
0.84
0.96 - 0.50
1.00
0.930
0.930
0.84
0.50 - 0.65
1.10
0.915
0.915
0.84
0.65 - 1.00
1.10
0.920
0.870
0.84
TABLA 4.5 INTENSIDAD DE CORRIENTE ADMISIBLE EN CONDUCTORES PARA INSTALACIONES GENERALES TIPOS: TW, UT, MT,XT, INDOPRENE, TM, TFF TX, CTM, NLT, NMT, NPT, WS, TZZ, CCT-B, GPT. Temperatura ambiente : 30°C Temperatura alcanzada en el conductor : 60°C Calibre
Sección Real
AWG-MCM 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 1
mm2 0.324 0.517 0.821 1.310 2.081 3.309 5.261 8.366 13.300 21.150 33.630 42.410
1/0 2/0 3/0 4/0 250 MCM 300 350 400 500 600
Intensidad Admisible en amperios Al aire En Ductos (**) 3 (*) 5 (*) 7 (*) 10(*) 20 25 40 55 80 105 140 165
1 (***) 2 (***) 5 (***) 7 15 20 30 40 55 70 95 110
52.48 67.43 85.03 107.20
195 225 260 300
125 145 165 195
126.7 151.0 177.4 202.7 253.4 304.0
340 375 420 455 515 575
215 240 260 280 320 335
(*)
Calibres
primitivos
solo
para
instalaciones
interiores (**)
No mas de 3 conductores en el ducto.
(***)
Calibres permitidos solamente para sistemas con tensiones inferiores a 100 voltios.
TABLA 4.6 VARIACION DE LAS INDUCCIONES EN LA CORONA, ENTREHIERRO Y DIENTES CON RESPECTO A LA POTENCIA (8)
POTENCIA Bc
INDUCCIONES Br
Bd
0.4 – 12
(GAUSS) 14000 - 18000
(GAUSS) 6000 - 8500
(GAUSS) 14000 - 19000
15 - 30
15000 - 20000
6000 - 9000
15000 - 20000
36 - 60
14000 - 18500
6500 - 8500
15000 - 21000
70 - 125
14000 - 16500
6000 - 7500
14000 - 18000
(HP)
4.5. BOBINADO CONCENTRICO IMBRINCADO 4.5.1. DEVANADO DE BOBINAS CONCENTRICAS Las bobinas que forman un grupo tienen diferentes pasos y en cada fase se dispone un número de grupos igual a la mitad del número de polos del motor. Según podemos ver en la figura 4.11 El número de bobinas es igual a la mitad del números de ranuras, y el número de ranura, y el número de bobinas por grupo esta dado por: q
Nr 3 xP
Donde: Z=Nr :
Número de ranuras del estator
p
Numero de polos
:
q=B/G:
Número de bobinas por grupo
Los pasos de bobina mayor y menor en ranuras se calculan usando : Ymax= 4 x q - 1
.....................(a)
Ymin= 2 x q + 1
.....................(b)
Y los intermedios se obtienen restando 2, sucesivamente al mayor de los pasos: En los bobinados concentricos debemos tener en cuenta , calcular el total de conductores efectivos en estos tipos de bobinados.
a) Demostración:
N3 N2 N1
Kp3 Kp2
Y1
Kp1 Y2 Y3
En un bobinado donde hay 3 tipos de pasos diferentes y el número de espiras por bobina es constante o iguales. N1=N2=N3=Ni Ni=cte=número de espiras. Para el análisis de las capas de los bobinados sabemos que : Nr 2
1 capa
B.T. =
2 capas
B.T. = Nr
B.T . Nr 2 B.T . 2 ....................(1) Zb / r B.T .
Nr xzb / r 2
Despejando de la relación (a) tenemos: N .G. B.T . x B.T . fases x ...............(2) fases N .G.
Reemplazando (2) en (1) N .G. B.T . 2 Nr ............(3) x fase x Zb / r fases N .G.
P
N .G fase
para polos opuestos
Si denominamos que:
i
Yi x 90 T
Análogamente para varios pasos: Y1, Y2, Y3.......Yn
i
Yi x 90 T
Y Si sabe que: Kp1= Sen 1 x 90 T
Entonces: Y Y Y Y N 1 Sen 1 x 90 N 2 Sen 2 x 90 N 3 Sen 3 x 90 N i Sen i x 90 T T T T Kp N 1 N 2 N 3 .....N i
..........(4) En forma general sería:
n
Kp
Ni.Kpi i 1
n
Ni
...................(5)
i 1
4.5.2. DEVANADO IMBRINCADO Las bobinas que forman un grupo tienen el mismo paso y en cada
fase
se
dispone
un
número
de
grupos
iguales
al
número de polos. Se utilizan en motores de mediana potencia y ofrecen la posibilidad
de
escoger
el
paso
de
la
bobina
convenientemente para minimizar el contenido de armonicos del campo magnético del motor. Podemos ver en la figura N° 4.12 El paso de la bobina debe de ser lo mas próximo posible a : y
5 z x 6 p
y el número de bobinas por grupo esta definido por: q
z 3p
z p
Si sabemos que :
Para capa simple B.T = z/2 Para doble capa
B.T = Z
Donde :
: es el paso completo o paso polar
y
: es el paso de la bobina
q
: es el número de bobinas por grupo
p
: es el número de polos
De la fórmula de aplicación tenemos : Para el factor de paso; y.90 Kp sen z/ p
y.90 Kp sen
El paso de la bobina casi siempre es menor que el paso polar,
en tal
caso el
paso toma
el nombre
de
paso
reducido. En ningún caso tal reducción puede alcanzar a la mitad del paso polar. 4.6.
TENSION DE TRABAJO Y CONEXIONADO INTERNO DEL ESTATOR.
Una vez concluida la colocación de las ranuras asi como terminado el acuñamiento del devanado, se realizan las conexiones para componer el esquema del devanado, los terminales ranuras
de
los
situadas
grupos cerca
de de
bobinas la
salientes
caja
de
de
las
bornes,
son
considerados como comienzos de las fases . Las
3
fases
de
un
motor
trifásico
están
siempre
conectadas en estrellas (y) o en triángulo ( ) . En la
conexión unidos
en
estrella,
conjuntamente
los en
finales un
de
punto
las
común
fases
están
(centro
de
estrella), y cada principio de fase va conectados a unas líneas
de
triángulo,
alimentación
de
la
red.
En
la
conexión
en
el final de cada fase esta unido al principio
de la siguiente. Muchos motores trifásicos están concebidos de manera que cada una de sus fases están subdividida en varias ramas o derivaciones iguales, unidas entre si en paralelo. Según el
número
de
derivaciones
existentes
en
cada
fase
se
tiene una conexión de dos ramas (doble paralelo), de tres ramas (o triple paralelo) etc., pudiendo ser en estrella o en triángulo. Por lo tanto tenemos conexiones tanto en estrella como en paralelo: serie (y), doble paralelo (2y), triple paralelo (3 Y,3 ), etc. A continuación se indica el procedimiento para la conexión en serie (ver figura 4.13): -
Primero se conectan todas las bobinas en grupos si estas no han sido confeccionadas por grupos.
-
Seguidamente se conectan entre si todos los grupos que pertenecen a la fase A, empezando por el primer grupo, de
tal
manera
que
las
corrientes
circulan
por
los
grupos, alternadamente, en sentidos inversos. -
A continuación se conectan entre si los grupos de la fase C, empezando por el tercer grupo exactamente
-
igual que los de la fase A.
-
Luego se conectan los grupos de la fase B del mismo modo que se ha procedido con las fases A y C; pero empezando por el quinto grupo.
-
Si la conexión en estrella se unen los finales de cada fase; y si es en triángulo, se conectan el final de la fase A con el principio de la fase C, el final de la fase C con el principio de la fase B, y el final de la fase B con el principio de la fase A.
Para
las
conexiones
en
paralelo
se
sigue
el
mismo
procedimiento, pero teniendo en cuenta que, al formarse las
derivaciones
paralelas,
la
dirección
de
los
corrientes den los grupos de bobinas deben permanecer iguales que la conexión en serie. En la figura 4.14 se muestra el procedimiento de conexión en estrella/doble paralelo. Los devanados de los rotores bobinados de los motores asíncronos
se
conectan
primordialmente
en
estrella
conectándose juntas las tres de las seis varillas libres y las otras tres con los anillos contactores (rozantes) del rotor. Las
conexiones
plomo,
plata
conductores:
se
efectúan
etc, luego
de se
con
soldaduras
acuerdo aislan,
a
la
de
dureza
generalmente
estaño, de
con
los tubos
aislantes (espaguettys). En el anexo 1 se muestran estas soldaduras y materiales aislantes . Una vez realizadas las conexiones se procede a sujetar y aislar
las
partes
frontales
del
devanado
(cabezas
de
bobinas). En el caso del rotor bobinado se sujetan con unos bandajes de alambre de acero o con cinta con fibra de vidrio especiales.
CAPITULO V CALCULOS MATEMÁTICOS EN EL PROCESO DE REBOBINADO DE UN MOTOR TRIFÁSICO DE
Siempre que se rebobina
INDUCCIÓN
un motor se trata de dejarlo tal
como era originalmente salvo en casos
especiales
de
variación de tensión. Para
el
rebobinado
consiste
parámetros, como la inducción la corona y en los dientes cuales
deben
de
en
calcular
ciertos,
en él entre – hierro; en
del núcleo del estator, los
encontrarse
entre
cierto
rango
de
valores, para que se consideren normales y estos dependen del tipo, tamaño
y utilización
del motor.
Según la hoja de bobinados, del diseño actual del motor, se observa los datos, del recepcionado y del entregado, que sería cuando el estator ya ha sido rebobinado. 5.1 TIPO DE MOTOR TRIFASICO DE 18 HP Como ejemplo el
proceso
de aplicación, a continuación se describe de
reparación
de
un
motor.
Asíncrono
trifásico de jaula de ardilla, cuyos datos de placa son: Marca
:
Delcrosa
Potencia
:
18 HP
:
220V / 440V
Corriente
:
47A
Conexión
:
2 /
Velocidad
:
1745 RPM.
Frecuencia
:
60 HZ
Tensión
Clase de aislamiento:
B
Tipo
:
NV160M4
Factor de Potencia
:
0.85
5.1.1 OBSERVACIONES Las diferentes
EXTERNAS
Y PRUEBAS DE RECEPCIÓN.
partes tales como
bornes, funda, ventilador, soporte,
escudos, caja de
aletas, eje, placa,
de datos, etc., se encuentra en un buen estado. Estas observaciones se encuentran registradas en el protocolo de pruebas que se adjuntan al final.
Solamente se realizó la medida de la resistencia de aislamiento
entre
fases
y
con
respecto
concluyéndose que existe cortocircuito
a
masa,
entre espiras.
5.1.2 REVISIÓN ELECTROMECÁNICA. Concluido
el
desmontaje,
se
comprobó
que
los
rodamientos estaban en buenas condiciones, requiriéndose simplemente un cambio de lubricante; asimismo se verificó el
correcto
ajuste de los rodamientos con respecto al
eje y a sus respectivos alojamientos. Se realizaron las pruebas del núcleo la
jaula
de
ardilla,
cuyo
resultado
magnético y de se
encuentran
registrados en el protocolo de pruebas. 5.1.3 PRUEBA DEL NÚCLEO MAGNÉTICO. La
=
16.2 cm
Hc
=
2.3 cm
Fa
=
0.9
Bc
=
16,000 Gauss (Valor asumido)
Ne
=
10 espiras (asumido)
S
=
33.53 cm2 = La. Hc. Fa = 16.2x2.3x0.9
S
=
33.53 cm2
E
=
4.44 f ne Bc.S 10-8
=
4.44x60x10x16,000x33.53x10-8
=
14.29 voltios
E
Tiempo de prueba = 10 minutos. Resultado : Bien.
5.2 CALCULOS DEL PROCESO DE REBOBINADO 5.2.1 DATOS DEL NÚCLEO MAGNÉTICO Diámetro exterior
De = 31.5 cm.
Diámetro interior
Di = 15.9 cm
Longitud activa
La = 16.2 cm
Altura de corona
Hc = 2.3 cm
Ancho de diente
Ad = 7 mm
Número de ranuras
Z
Dimensiones
=
36
de la ranura:
b Hm
h
a
r
=
2
mm.
a
=
5.2
mm
b
=
4.0
mm.
h
=
26.5 mm.
Hm
=
29
mm.
5.2.2. DATOS DEL BOBINADO ANTIGUO
Ranuras por polo
:
9
Bobinas por ranuras
:
2
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por bobinas
:
14
Paso de bobina
:
1-6-8-10
Cable de salida
:
N° 10
Conexión
:
2
Alambre
:
N° 18 A.W.G
Alambres en paralelo
:
3
Número de salidas
:
12
Número de polos
:
4
Clase de aislamiento :
/
“B”
Flecha lado conexión
:
Flecha lado no-conexión : 5.2.3. CÁLCULO DEL FACTOR DE
75mm. 65 mm.
PASO
Kp = Sen (90° y /) Kp1 = Sen (90x5/90)
= 0.7660
Kp2 = Sen (90x 7/90) = 0.9396 Kp3 = Sen (90x 9/9) Kp
= 1
0.7660 0.9396 1 3
Kp = 0.9019 5.2.4 CÁLCULO DEL FACTOR DE DISTRIBUCIÓN kd
Sen q / 2 qSen / 2
A.W.G.
= (360/Z) p = (360/36)2 = 20
q
= z / (2p m) = 36/4x3 = 3
Kd
Kd 5.2.5
5.2.6
Sen 3 x 20 / 2 3Sen 20 / 2
= 0.95979
CÁLCULO DEL FACTOR DE ARROLLAMIENTO Ka =
kp kd = 0.9019 x 0.95979
Ka =
0.86563
NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE N
N espiras / bobina N bobinas / ranura N ranuras N de fases N de circuitos en paralelo
N = 14x2x36
= 168
3 x 2 N = 168 5.2.7
CÁLCULO DEL FLUJO MAGNÉTICO
V 10 8 2.22 fKaN
2.20 x10 8 2.22 x 60 x0.86563x168
=
1’135,734.6
Maxwell
5.3
RECONOCIMIENTO DE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA DE ACUERDO A
LOS
PARÁMETROS
TÉCNICOS
CARACTERÍSTICA 5.3.1. INDUCCIÓN EN LA CORONA. Bc 0.556
La Hc
Bc 0.556 x
1'135,734.6 16.2 x 2.3
Bc = 16,947.623 Gauss 5.3.2. INDUCCIÓN EN EL ENTREHIERRO Br
p DiLa
Br
1'135,734.6 x 2 15.9 x16.2
Br = 8,818.499 5.3.3.
Gauss.
INDUCCIÓN DEL DIENTE Bd 1.75
LaAd z / 2 p
Bd 1.75 x
1'135,734.6 16.2 x 0.7 36 / 4
Bd = 19,474.187 Gauss. 5.4
DENSIDAD DE CORRIENTE
DE
LA
PLACA
J
If a Cp s
J
47 / 3 2 x3 x 0.8231
J = 5.49 amper / mm2 5.5
CÁLCULO DEL AREA SECCIONAL DE LA RANURA
5.5.1. FACTOR DE UTILIZACIÓN Fu
Sm Sr
Sm = Nr Cp s =14x2x3x(0.8231 mm)= 69.1404 mm2 Sr
r2 a b h r br 2 2 2
2 5.2 4 Sr 26.5 2 4 x2 2 2 2 2
Sr = 2
+ 26.5 (5.2 + 2 + 2 ) + 8 2
Sr = 189 .18 mm2 Fu = 69.1404 mm2 189.18 mm2 Fu =
0.36
5.5.2. DENSIDAD DE CARGA LINEAL
Q
Q
zNrI f
Dia 36 x14 x 2 x 47 x 0.159 x 2 3
Q = 27,378.42 A / mt. 5.5.3. CÁLCULO
DE
LA
LONGITUD
MEDIA
DE
UNA
ESPIRA
PARA UN DEVANADO CONCÉNTRICO: Dm = Di + Hm + 4 mm = Dm = 159 + 29 + 4 = 192 mm. Dm = 192 mm. Lm = 2 La + 2fc + 2fnc +
2 Dm y z
Lm = 2 x 162 + 2(75) + 2 (65) + 2 (192)y 36 Lm = 324 + 150 + 130 + 33.49y Lm = 604 + 33.49y Lm1 = 604 + 33.49 (5) = 771.45 = 0.77145 mt Lm2 = 604 + 33.49 (7) = 838.43 = 0.83843 mt. Lm3 = 604 + 33.49 (9) = 905.41 = 0.90541 mt.
5.5.4.
CÁLCULO
DEL PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO
Pc = 26.7 Cp s Lm N a 10-3
Como hay que calcular para cada tipo de bobina, en este Caso: N = 168 = 14, ya que hay 12 grupos. 12 Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm X 14 x 2
3
x 10-3
Pc = 3.1975 Lm Pc1 = 3.1975
x 0.77145 = 2.46671 kg.
Pc2 = 3.1975
x 0.83843 = 2.68087 kg.
Pc3 = 3.1975
x 0.90541 = 2.895048kg.
Pc = Pc1 + Pc2 + Pc3 = 8.042629 kg. Pc = 8.042629 kg. Considerando un 10% adicional, tenemos: Pc = 8.84689 kg. 5.5.5. CÁLCULO DE LOS CABLES DE SALIDA Sn = s Cp a = 0.8231 x 3 x 2 Sn = 4.9386 mm2 Según la tabla 4.5, el cable tipo WS N° 12 AWG sección
igual
a
3.309
mm2;
pero
tiene una
considerando
reserva, tomamos como cable de salida el N° 10 AWG.
una
5.5.6. CÁLCULO DEL NUEVO DEVANADO En los
cálculos del devanado antiguo, observamos
que las indicaciones magnéticas, son muy altas, número de alambre muy
en paralelo muy alto
bajo.
normales
Para
que
estos
recomendados,
y factor de utilización
valores se
deben
se
adecuen
variar
características, tales como el tipo de conexión número de espiras por bobina. 5.5.7. FACTOR DE PASO Kp = 0.9019 5.5.8. FACTOR DE DISTRIBUCIÓN Kd = 0.95979 5.5.9. FACTOR DE ARROLLAMIENTO Ka = 0.86563 5.5.10. NÚMERO DE CONDUCTORES EN SERIE POR FASE Considerando espiras por bobina, tenemos: N = 15 x 2 x 36 3 x 2 N = 180 5.5.11. FLUJO MAGNÉTICO
220 x10 8 2.22 x 60 x 0.86563 x180
a
los
algunas y el
= 1’060,019 Maxwell
5.5.12. INDUCCIÓN EN LA CORONA Bc = 0.556 x 1’060,019 16.2x2.3 Bc = 15,517.782 Gauss 5.5.13. INDUCCIÓN
EN EL ENTRE - HIERRO
Br = 1’060,019 x 2 15.9 x 16.2 Br = 8,230.60 Gauss 5.5.14. INDUCCIÓN EN EL DIENTE Bd = 1.75 x 1060,019 16.2 x 0.7 x 9 Bd = 18,175.908 Gauss 5.5.15. DENSIDAD DE CORRIENTE Considerando alambres en paralelo, tenemos: J
J =
47 / 3 2 x3 x0.8231
5.49 A / mm2
5.5.16. FACTOR DE UTILIZACIÓN Sm = 15 x 2 x 3 x 0.8231 mm = 74.079
Sr = 189.18 mm2 Fu = 74.079 189.18 Fu = 0.39 5.5.17. DENSIDAD DE CARGA LINEAL Q
36 x15 x 2 x 471 3 x0.159 x 2
Q = 29,334.02 A/ mt 5.5.18. LONGITUD MEDIA DE UNA ESPIRA Lm1
= 0.77145 mt.
Lm
2
= 0.83843 mt
Lm
3
= 0.90541 mt
5.5.19. PESO DEL CONDUCTOR UTILIZADO En este caso:
N = 180 = 15 12
Pc = 26.7 x 3 x 0.8231 x Lm x 15 x 2 Pc = 3.4259 Lm. Pc1 = 2.6429 Kg Pc2 = 2.87237 kg
3
x 10-3
Pc3 = 3.101844 Kg Pc = 8.617114 kg Considerando un 10% adicional, tenemos: Pc = 9.478825 kg 5.5.20. CABLES DE SALIDA Sn = 0.8231 x 3 x 2 Sn = 4.9386 mm2 Se usará cable N° 10 AWG, tipo WS o flexiplast. De los cálculos anteriores, observamos que los valores
de las inducciones y la densidad
corriente,
el
factor
de
utilización
densidad de la carga lineal se encuentran de
los
nuevo
rangos
establecidos.
devanado
tendrá
Por
lo
las
y
de la
dentro
tanto,
el
siguientes
características: Ranuras por polo
:
9
Bobinas por ranuras
:
2
Bobinas por grupo
:
3
Números de grupo
:
12
Espiras por grupo
:
15
Paso de bobina
:
1-6-8-10
Cable de salida
:
N° 10AWG
Conexión
:
2 /
Alambre
:
N° 18 AWG
Alambres en paralelo
:
3
Números de salida
:
12
Números de polos
:
4
Clases de aislamiento
:
B
Fecha lado conexión
:
75 mm
Fecha lado no conexión
:
65 mm
5.5.21. PRUEBAS FINALES Se realizan las siguientes pruebas: - Prueba monofásica del estator. - Prueba en vacío. Los
resultados
de
ambas
pruebas
se
muestran
en
protocolo de pruebas adjunto. Asimismo se adjuntan hoja de bobinado, la hoja de cálculo y el
el la
esquema lineal
de conexión del devanado con 6 salidas (Figura 5.1)
5.5.22. CÁLCULO DEL PRECIO DE VENTA a)Costo de materiales El costo de materiales (CM) se muestra en la tabla.
Tabla 5.1 DESCRIPCION DEL ARTICULO
UNIDAD
CANTIDAD
Kg
9.478
UTILIZADO
Alambre Nº 18 AWG Clase B
PRECIO
IMPORTE
UNITARIO
10.0
94.78
Papel nomex, clase B de
Kg
0.5
43.16
21.58
0.15 mm Spaguetty de 2 mm, clase B Spaguetty de 4 mm, clase B Cable tipo WS Nº10 AWG Cinta filamentape 893 de
ml ml ml Ro
6 1 9 0.5
0.7 1.0 0.67 6.0
4.2 1.0 6.03 3.0
3/4 ” Terminales de cobre de 50
Pz
12
0.75
9.0
Amp Soldadura de plata de 1/8 ” Soldadura de estaño de 60 x
Kg kg
0.10 0.10
13.29 12.38
1.329 1.238
40 Lija de fierro Nº 80 Barniz aislante
Pl Gl
1 0.5
0.70 18.30
0.70 9.15
transparente CM: $ 152.007
b) Costo de mano de obra directa CT = 20% de CM CT = $ 30.4014 Precio de venta Considerando: Fm = 1.05 Ft = 1.05 Fg = 1.05 Fb = 0.8 Tenemos: Pv = (152.007 x 1.05 + 30.4014 x 1.05 ) x 1.05 0.8
Pv = $251.3815 5.6.
TIPO DE CONEXIONADO INTERNO DE SU TENSION NOMINAL DE TRABAJO
Para
este
tipo de
motor
de
220/440 V, de
conexión 2
/, se puede conectar en delta, cuando el voltaje de la línea es igual al voltaje de la fase, en tanto que corriente de cada fase línea
dividida entre
la
es igual a la corriente de la 1.7321.
En vista que los bobinados de cada fase
conducen menos
corriente que los hilos
de la línea, se puede enrollar
los alambres de calibre
más pequeño, y con más espiras,
del
que
se
utiliza
para
los
bobinados
conectados
en
estrella. Cuando deseamos conectar el motor en doble estrella para 220 voltios, sería indispensable cambiar el arreglo de los devanados para formar dos circuitos por fase según la Fig.
Nº 5.2,
en
este caso
la corriente
se dobla
y
asciende hasta 47 amperios, pero como a cada fase tiene dos circuitos, la corriente que pasa por cada devanado es la
misma
que
antes,
es
decir
palabras cuando la corriente
23.5
En
otras
de la línea aumenta en 47
amperios, la corriente de cada fase doble de lo que era antes
Amper.
también
aumenta al
del cambio, esto es: I = Il /
1.732 = 47/1.732 = 27.13 amperios. Ahora como los 2 bobinados de cada fase son idénticos, se divide la corriente de cada fase en proporciones iguales,
y fluye la mitad 23.5 por uno de ellos, y la otra mitad por el otro bobinado. A continuación
se muestran las vistas fotográficas y
láminas del proceso
de rebobinado en motores trifásicos.
Vista del aislamiento Fig
de las ranuras del estator
N° 4.3
Vista
de la colocación de bobinas y conexiones Fig.
N° 4.4 Vista
del
bobinado
estatorico
terminado
Fig.
N° 4.5 Vista de la colocación
de las bobinas de un motor
de 700HP de 2500 Voltios Fig. N° 4.6 Vista
de
núcleo
reparación del fierro
del
estator
Fig. N° 4.7
averiado
por
la
CAPÍTULO VI MÉTODO TÉCNICO PARA LA ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA CIRCULAR DE LOS MOTORES TRIFÁSICOS
Una
vez concluido
sometido dicha
a
unas
el montaje ,el motor debe de ser
pruebas
para
comprobar
la
calidad
reparación. Después de una reparación, si
proceso de la misma
de
en el
no ha sido modificada la potencia
o
la velocidad del motor, este es sometido a las pruebas de control ya mencionadas : -
Medidas de la resistencia los devanados
de aislamiento de
con respecto a masa y entre los
mismos. -
Medida de la resistencia
de los devanados
-
Prueba de motores
-
las tensiones
con rotor
inducidas
(para los
bobinado).
Prueba de vacío.
Además durante la prueba de vacío, se debe constatar el
buen
funcionamiento
controlando su temperatura
de
los
rodamientos,
y su juego axial.
Si ha sido modificada la potencia o la rotación, es necesario
realizar la prueba
del rotor bloqueado
(De cortocircuito) y con los datos de esta prueba y la de vacío, construir el diagrama circular para determinar
la
eficiencia,
potencia,
factor
deslizamiento,
par
rendimiento. A continuación
de motor
potencia, y
el
se describe la prueba
de rotor bloqueado y la construcción del diagrama circular de Heyland. 6.1
PRUEBA DE ROTOR BLOQUEADO
a) Objetivo Medir los valores de la corriente y el factor de potencia
del
cortocircuito,
motor para
con poder
el
rotor
construir
bloqueado el
en
diagrama
circular.
b) Material -
Una fuente de tensión trifasica de C.A. variable.
-
Un freno mecánico o electromagnético .
-
Un multímetro.
-
Un amperímetro de pinzas.
-
Un vatímetro
c) Procedimiento -
Bloquear el rotor a fin de evitar el arranque.
-
Aplicar al motor una tensión muy débil (5 al 10% de la tensión nominal).
-
Aumentar
la
tensión
hasta
absorbida alcance la corriente
que
la
corriente
nominal. Medir los
valores de tensión (Vcc), corriente (Icc=In) y potencia (Pcc) -
Repetir las mediciones para diferentes posiciones del
rotor.
extremos
de
Es
preciso
Vcc
y
Pcc
determinar y
tomar
la
los
valores
media.
Las
variaciones pueden ser del orden de +5 a 7%. -
Calcular la corriente de corto circuito Icc para tensión nominal aplicando la siguiente relación: Icc= (Vn / Vcc) In
-
Calcular el factor de potencia usando la siguiente fórmula:
Cos cc
Pcc 3In Vcc
6.2. DIAGRAMA DE HEYLAND a) Objeto Determinar gráficamente las características en carga del motor.
b) Datos Vn
= Tension Nominal
Icc
= Corriente de cortocircuito para la tensión Vn
Io
= Corriente de vacío
cc
= Angulo de desfasaje de Icc con relación a Vn
0
= Angulo de desfasaje de Io con relación a
Vn
c) Procedimiento Se construye el diagrama de la siguiente manera (Fig N 6-1) Trazar
dos
ejes
perpendiculares,
en
el
eje
vertical, trazar la tensión nominal Vn. Trazar las corrientes Io e Icc con sus ángulos y
cc
Unir
, respectivamente con respecto a los
puntos
A
y
B
y
0
Vn.
levantar
una
perpendicular en su punto medio, la cual cortará a la horizontal que pasa por A en el punto O tomando como centro este punto trazar un circulo. Unir D (Punto de cruce entre el eje horizontal y el circulo ) con A y B. Trazar la recta vertical BJ y dividirla en cien partes iguales, donde J es el punto de cruce con la recta AD. Prolongar la recta AB hasta el punto arbitrario G desde F (Punto de cruce AB con el eje
horizontal)
bajar una perpendicular hasta H, de modo que se tenga una recta GH horizontal; dividir esta recta en cien partes iguales.
D)
Determinación de las características
Para la corriente nominal In,trazar el vector de está corriente,
siendo
k
el
punto
de
intersección
con
el
circulo. -
Potencias:
trazar
la
recta
vertical
obteniéndose los puntos R(cruce con PB), L
KN,
(cruce
con AB) y M( cruce con la horizontal AO).Luego la potencia en kilovatios viene dada los segmentos
KN
Para la potencia absorbida, MN para las perdidas en el fierro, LM para las perdidas en el cobre, KL para la potencia en el eje (útil o mecánica), medidas a las escala de las corrientes y multiplicadas por 3 Vn. - Rendimiento: uniendo K con F y prolongando hasta cortar GH, se lee directamente en centésimas en la escala de rendimientos también se puede calcular con la siguiente relación :
n
Potencia util KL Potencia absorvida KN
- Deslizamientos: uniendo K con D , con una recta se lee directamente en centésimas en la escala de deslizamiento Otra forma de hallar el deslizamiento es:
RL KL
- Par motor: se calcula con la siguiente relación: T
0.96 KR Vn 1 n
Donde: T = par motor Kg-cm n = Velocidad síncrona RPM - Factor de potencia : se lee directamente el ángulo
n
y se halla el cos
n
CAPÍTULO
VII
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPAMIENTO E INSTRUMENTACIÓN EN SALA DE PRUEBAS PARA LA REPARACIÓN DE MOTORES TRIFÁSICOS
En este capítulo describiremos los equipos, instrumentos y transformadores de arranque para motores trifásicos y su uso correcto en la sala de pruebas del taller de reparaciones eléctricas de la empresa. Es de vital importancia el conocimiento de uso de los equipos
para
especialista
tener en
una
pruebas
seguridad de
de
motores
que y
el
ingeniero
transformadores
trifásicos pueda realizar y tener siempre las normas de seguridad para no dañar las maquinas a probar.
El ingeniero o técnico de pruebas debe utilizar todos los instrumentos informe
adecuados
técnico
maquina,
de
tal
de
para
las
manera
tener
fallas que
o
que
presentar
reparaciones
tengamos
un
de
el cada
protocolo
de
pruebas para el archivo técnico. 7.1
AUTOTRANSFORMADOR
TRIFASICO
CON
DERIVACIONES
PARA
PRUEBAS El autotransformador, que tiene un solo, bobinado del cual se derivan tomas del primario y el secundario. Los
autotransformadores
trifásicos
se
construyen
para
bajas relaciones de transformación. En los autotransformadores trifásicos se construyen de 3 o 2 columnas según su modo de conexión y sus derivaciones de las bobinas de cada columna. Esta constituido por 3 de conexión y sus derivaciones de las bobinas que se puede utilizar para probar motores según podemos observar en la Fig. N° 7.1 como trabaja de autotransformador con sus derivaciones en 55, 110, 380 voltios y puede funcionar asociado con el regulador de voltaje trifásico
de 30
KVA, para realizar las diversas pruebas de los motores donde en la prueba, obtenemos alta corriente pero baja tensión , como se usa en las pruebas trifásicas de los estatores cuando le aplicamos en la corriente nominal, pero
de
baja
tensión,
midiendo
con
la
pinza
amperimétrica, y el voltímetro de CA. Este
autotransformador
también
puede
trabajar
como
transformador trifásico porque en la columna interna del
rebobinado se ha arrollado un bobinado primario para que se conexione en estrella según podemos ver en la fig. N° 7.2 Por lo tanto tiene de alta tensión y está constituido por un bobinado primario y uno secundario que tiene varias derivaciones
que
trabajan
según
el
uso
que
podríamos
tener para las pruebas de rotor bloqueado y de vacío, de rotores
bobinados
,
estatores
de
motores
de
media
tensión de 2500 voltios. En
la
Fig.
7.3
podemos
ver
la
descripción
de
los
bobinados de alta tensión como baja tensión, y se observa la
conexión
adecuada
para
la
prueba
de
vacío
de
motores trifásico utilizando el pupitre de pruebas
los y
obtener la medición correcta. Este transformador trifásico, de sala de pruebas para taller pequeño , tiene las siguientes características: MARCA
: FARELSA
KVA
: 100
VOLTIOS
: 462, 453, 440, 428, 414 220V.
AMPERIOS
: 131.22 262.43
NORMA
: ITINTEC
FRECUENCIA
: 60 Hz.
GRUPO
: D - Y 5
Ecc
: 4.7%
FASES
: 3
Este tipo de autotransformador es de aislamiento seco y sus bobinados se encuentran sin conductos. Es necesario aumentar
la
superficie
exterior
que
se
encuentra
en
contacto con el aire. El aire caliente se enfría al quedar en contacto con la caja de transformador y facilitar la radiación del calor. En Un taller mediano, como el que vamos a realizar,
es
necesario
de
hacer
esto
porque
tenemos
un
regulador
tensión de 100 KVA y asociado con un autotransformador trifásico
en
conexión
delta
abierto,
podemos
realizar
todas las pruebas para maquinas de gran potencia. 7.1.1 AUTOTRANSFORMADOR TRIFÁSICO DE ARRANQUE DE MOTORES Siempre
será
necesario
arrancar
un
motor
por
autotransformador debido a la alta corriente de arranque del
motor
de
inducción,
para
esto
le
aplicamos
una
tensión regulada del regulador trifásico con el tornillo sin
fin,
al
autotransformador
para
que
vaya
girando
paulatinamente el motor, la corriente que soporta sea por el autotransformador, hasta el momento de arranque cuando tome su corriente de vacío normal. En el Capítulo VIII se muestran los protocolos de pruebas diversos para cada tipo de motor trifásico. A
continuación
tenemos
la
descripción
de
un
transformador trifásico para arranque de motores de:
auto-
Potencia
: 180 HP
Voltaje
: 440 voltios
Tipo
: AN
Grupo de conexión
: Delta abierto
Fases
: trifásico
Frecuencia
: 60 Hz.
Altitud
: 1000 m.s.n.m.
Núcleo
: 70x120 mm.
En la hoja de bobinados formato N° 7.1 tenemos la forma de construcción y fabricación. En la Figura N° 7.4 podemos ver las especificaciones del núcleo. En la Figura N° 7.5 podemos ver los bobinados de cada columna y el molde de las bobinas . En
la
Figura
N°
7.6
podemos
ver
los
tapas
de
los
monofásicos
que
bobinados y el montaje. 7.1.2 REGULADOR DE VOLTAJE DESDE CERO VARIAC Estos
aparatos
son
autotransformadores
pueden recibir desde 120v, y entregar desde cero a 140v, también tenemos de 220 voltios y entrega de cero hasta 240 voltios, tenemos comúnmente de 1KVA y de 3KVA. Pero por medio mecánico se acoplan para regular en sistema de tres
fases desde 0 a 242v. o sea, su capacidad debe ser
de magnitud, que permita en este caso, se puedan probar transformadores de tamaños grandes, cuando el variac es trifásico.
El regulador, es como se dijo desde un principio, un autotransformador en forma circular, que permite que un cepillo o carbón pueda deslizarse por cada una de las espiras que forman el devanado de dicho transformador de prueba, lo cual se manifiesta, por un exceso de corriente que toma en el momento en el que empieza a girar el volante regulador. Como se comprende los instrumentos no se dañan por el hecho de aplicar la línea de prueba en forma lenta, pues si el voltaje pleno lo aplicamos con solo un interruptor, los aparatos se descalibran y pronto se dañan. Se utilizan generalmente para realizar las pruebas de relación monofásicos.
de
transformación
en
transformadores
También
en
pruebas
de
voltaje
aplicado,
cuando
se
conectan conjuntamente con el transformador de potencial. Se
le
aplica
una
tensión
paulatinamente
desde
variac
hasta llegar hasta la medición adecuada de acuerdo al diseño y probar el aislamiento entre los bobinados de alta
tensión
y
baja
tensión
y
viceversa,
en
los
transformadores de media tensión trifásicos (10KV).
7.2 REGULADOR TRIFASICO DE INDUCCION Es un motor de rotor bobinado, en el cual se ha bloqueado al rotor impidiendo su rotación por la influencia del par, producido por la relación entre la corriente en el secundario y el campo magnético giratorio. Este regulador puede construirse de 2 o 4 polos, cuando mayor es el ángulo mecánico que corresponde a 180 grados eléctricos
y más fácil el ajuste de tensión.
En la práctica cuando el regulador es de media potencia, tenemos que conectar a un transformador trifásico para realizar las pruebas en los motores. Ventajas respecto al auto transformador 1) Tensión
constante
de
fase
variable
cuyo
módulo
presenta una variación continua. 2) Para un desfasaje entre el primario y secundario no varia.
3) Su control eléctrico es sencillo. Desventajas 1) Se
requiere
un
mecanismo
de
subjección
(Tornillo
sinfín), la puede requerir de un pequeño motor primo (motor shunt). 2) Tiene un entrehierro que origina una regulación mas pobre. 7.3 GRAWLLER PARA MEDICION
DE BOBINAS DE A.T. (Alta
Tensión) Este grawller tiene un yugo en forma circular sólida de fierro silicoso, que se levanta cada vez que se desea probar
una bobina de barras o platina de cobre, estas
bobinas se colocan dentro del equipo durante 30 seg. Para probar
la
tensión
inducida
y
detectar
cortocircuitos
entre espiras. Según podemos ver en la Fig. N° 7.7 Para este tipo de bobina en un motor de 4000 voltios de tensión nominal y de 700 HP y conexión Y/Y. Las características del Growller son: - Tensión (V)
220 voltios (VAC)
- Frecuencia (f)
60 Hz.
Este
tipo
fabricación
de
growller
tiene
un
según
bobinado
núcleo de fierro silicoso.
sus de
características alambre
esmaltado
de y
Las bobinas de pruebas de platina de cobre y son de dimensiones en cms. Y se colocan internamente para probar la tensión con un voltímetro de C.A.
Considerando que la bobina va a trabajar con una tensión adecuada en la conexión del estator, según el cálculo de tensión de trabajo para cada bobina en este caso para este motor la bobina tiene una dimensión de 36 cm. De largo y una platina de cobre de 2,35 x 7 cms. y tiene tensión inducida de 45 voltios a una frecuencia de 60 Hz. 7.4. COMPROBADOR DE ARMADURAS Y PARA ESTATORES GRANDES Ningún taller de rebobinados deberá encontrarse sin un grawller del tipo que se muestra en la fig. N° 7.8. Pues su uso es universal. Otro tipo de comprobadores que están destinados especialmente a las pruebas de armaduras pero
que
también
se
pueden
emplear
en
la
prueba
de
armaduras y estatores, se ven en las ilustraciones “A” y “B” de la fig. N° 7.9. El primero se compone de una bobina enrollada sobre un núcleo laminado y sostenida por un mango. La conexión de la pieza se hace con un cable largo que conecta a la línea de C.A. En la fig. “B” es al de un comprobador algo similar al anterior, pero que tiene dos núcleos y bobina en forma de “V” los cuales se pueden ajustar para conformar al tamaño de la armadura que esta bajo prueba. Puede colocarse sobre una mesa, de tal manera que se pueda colocar sobre”V” abierta la armadura, pero para las armaduras grandes o estatores se invierte sobre la pieza,
para hacer
las pruebas, cambiándose de un punto otro
según sea necesario, la comprobación de un estator grande se muestra en la fig. N° 7.10.
7.5 CONSTRUCCION Y APLICACIÓN DE LA ARMADURA DE PRUEBAS Un método sencillo para determinar la dirección rotativa de
un
motor,
después
de
que
se
ha
determinado
la
construcción del bobinado fijo, es de probar la máquina con una armadura de pruebas como la que se muestra en la Fig. N° 7.11. Esta armadura consta de 2 discos de fibra de 6 mm. De grueso y 6 cm. De diámetro. Ambos discos tienen ocho perforaciones equidistantes muy cerca de la orilla y una perforación adicional en sus centros. Se introducen los extremos de ocho pedazos de alambre de cobre desnudo del N° 10 en los agujeros, tal como se muestra. Y así tenemos una armadura que se asemeja a una jaula redonda.
En
seguida
se
enreda
alambre
de
cobre
galvanizado del N° 20 alrededor de los extremos de los alambres
de
cobre
N°
10,
se
traspasan
los
discos
de
fibra. El alambre del N°20 AWG debe soldarse cuidadosamente en cada uno de los alambres de N° 10 AWG. Para probar núcleos estacionarios, de mayor tamaño con esta
se
detiene
dentro
del
moviendo alrededor de aquel.
núcleo,
cerca
del
hierro
Las armaduras de pruebas es sumamente útil para efectuar exactas y rápidas
medidas del sentido de rotación al
trabajar en construcción de bobinados del estator.
7.6
INSTRUMENTOS
Y
EQUIPOS
UTILIZADOS
DURANTE
LA
REPARACIÓN La secuencia de trabajos ejecutados durante el proceso de reparación de los motores asincrónicos, y en general las máquinas eléctricas, se exponen en la Fig. Nº 7.12. En ella también se indican los trabajos que corresponden a las diferentes secciones: salas de pruebas, mecánica, cálculos
y bobinados .
Para un mejor control utilizan muestran Cuando
se
devanado
y seguimiento de los trabajos se
los protocolos de pruebas los cuales
se
en los formatos adecuados. repara
un
estatorico
componentes averiados
motor, o
aparte
rotórico,
del se
rebobinado deben
del
corregir
tales como:
- Reparar el núcleo magnético. - Metalizar o cambiar de eje. - Embocinar las tapas laterales. - Cambiar ventilador o bornera. - Balancear dinámicamente el rotor. - Reconstruir la jaula de ardilla. Para
llevar
a
cabo
la
reparación
de
los
motores
eléctricos asincronos y en general de cualquier máquina eléctrica las empresas dedicadas a estas actividades de reparación y fabricación deben contar con los equipos e instrumentos:
7.6.1. PARA LA CARGA Y DESCARGA -
Grúa puente
-
Tecle
-
Montacarga
7.6.2 PARA LAS PRUEBAS ELÉCTRICAS -
Tablero de pruebas.
-
Fuente
de
voltaje
de
corriente
alterna
trifásica
variable. -
Fuente de voltaje de C.A : monofásica .
-
Probador dieléctrico de alta tensión.
-
Megohmetros.
-
Multímetros.
-
Probador de resistencias puente de wheastone.
-
Amperímetros.
-
Termómetros.
-
Probador de inducción (Grawller).
-
Tacómetro.
-
Brújula.
7.6.3. PARA REPARAR LOS DEVANADOS. -
Máquina
de
bobinado,
para
arrollamiento
manual
o
mecanizado de los devanados. -
Equipo
para
colocar
bandajes
en
los
devanados
de
rotores bobinados. -
Máquina de balanceo dinámico de rotores.
-
Cámara
(Horno)
de
secado,
para
secar
los
devanados
antes y después del barnizado. -
Cizalla de palanca, para cortar papeles aislantes.
-
Hacha de fibra, para apretar los conductores en la ranura durante el bobinado.
-
Lámina de fibra, por colocar y tender en la ranura los lados de bobinas.
-
Lengua de fibra de vidrio para eliminar intersecciones de conductores de ranura.
-
Llaves
para
doblar
conductores
rígidos
de
cobre
(varillas). -
Empujadores para sacar las cuñas de las ranuras.
-
Además,
cada
bobinador
debe
tener
unos
ganchos
de
cable para hacer pasar la cinta, pinzas para pelar el aislamiento tenazas,
de
cables,
tijeras,
martillo
reglas,
de
soldador
goma,
punzón,
eléctrico
o
soplete, etc. 7.6.4. PARA LAS REPARACIONES MECÁNICAS -
Máquina para trabajar metales (torno)
-
Máquina de soldar.
-
Equipo de soldadura autógena.
-
Compresora de aire.
-
Taladros de banco portátiles.
-
Esmeriles de banco portátiles.
-
Prensa Hidráulica.
-
Herramientas de uso manual: Destornilladores, llaves de
boca
y
corona,
alicates
juego de dados, escuadras, etc.
y
martillos
mecánicos,
-
Extractores,
casquillos,
herramientas
hidráulicas
y
calentadores de inducción para el montaje y desmontaje de rodamientos y coples. 7.7. EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 7.7.1. MICRÓMETRO Este instrumento se utiliza para medir los diámetros de los alambres esmaltados, en caso de que el alambre tenga forro o esmalte se remueve el aislamiento en la punta y se mide únicamente el alambre desnudo. Cuando se desea conocer el diámetro de un alambre en milímetros (mm). Se emplea un micrómetro, como se muestra en la Fig. Nº 7.13 o se consulta a la tabla de alambres, en la cual se indica el número de alambres en la escala determinada, además proporciona el diámetro
en mm. Y
otros datos importantes. 7.7.2. TACOMETRO Se
emplean
para
medir
la
velocidad
y
debe
realizarse
cuando el motor se encuentra en plena marcha. Mide
instantáneamente
el
número
de
revoluciones
por
minuto (RPM). Podemos
ver
abertura
figura
cónica
motor,
existen
medir
la
Nº
que
tienen
también
velocidad
7.14
la en
punta su
tacómetros del
motor
se
apoya
extremo
el
en
eje
electrónicos, se
debe
la del
para
colocar
horizontalmente y nivelado con el eje de la máquina, no se debe exagerar la presión al momento de efectuar la medición. 7.7.3. EL MEGOHMETRO El megohmetro es un instrumento que mide directamente en la escala el valor de la resistencia de aislamiento. Se conecta directamente a los dos puntos que desea medir, y girando la manivela, se lee en la escala el valor de resistencia de aislamiento. La elevada resistencia de los materiales impide el paso de
la
corriente
eléctrica. Esto
se
aprovecha
para
transportar la energía eléctrica por conductores y en diversas
canalizaciones.
corriente
pasa
través
de
Sin ellos
embargo y
es
una
pequeña
necesario
medir
continuamente el valor de esta resistencia para saber en que estado esta el aislamiento. Se indica resistencia baja habrá que cambiar el conductor o la máquina eléctrica. Podemos ver en la fig. Nº7.15 la medición con el megohmetro. 7.7.4. PINZA AMPERIMETRICA Constituye un transformador cuyo primario es el conductor abrazado
y
el
secundario
se
encuentra
dentro
de
la
cubierta del instrumento conjuntamente con el dispositivo medidor. Para mayor flexibilidad algunas pinzas han sido diseñadas para medir adicionalmente voltios y ohmios. Este
instrumento
esta
provisto
de
un
núcleo
de
chapa
magnética en forma apropiada, el cual se abre y abraza el conductor de corriente y lo acopla inductivamente, según podemos ver en la Fig. Nº 7.16 Hay diversas modelos
de acuerdo a sus capacidades de
medición, tienen doble aislamiento y se operan mediante gatillo. Pueden tomar mediciones de hasta 1000 amperios y tenemos para corriente alterna y continua. 7.8. MÁQUINAS PARA LA REPARACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS
7.8.1. CORTADORAS DE PAPEL AISLANTE El material como papel pescado, nomex, mylar , etc. Se corta generalmente en los talleres chicos con tijera de
sastre comunes o con cuchillas arregladas a escuadra con una tabla. Estos
aparatos
talleres
sin
grandes,
rapidez
en
el
embargo
debido
trabajo
a y
no que
los
son se
prácticos hace
cortes
en
los
necesario
mas
son
de
mayores
dimensiones. En
estos
casos
se
usa
la
cortadora
especial
.
Este
aparato puede cortar tiras de material aislante hasta de 91 cm. De largo y hojas de 63.5 cm. De ancho. Este aparato tiene una cuchilla que se mueve con el pedal dejando
así
las
dos
manos
libres
para
el
manejo
del
material . Tanto en la parte de atrás como en la del frente de las cuchillas encuentran unas escalas y guías para
medir
el
corte
deseado
y
para
facilitar
las
operaciones. 7.8.2. HORNO ELÉCTRICO Es un equipo que se utiliza para secar los estatores durante un par de horas a una temperatura de 104 °C. Los estatores se le aplican barniz con un recipiente en posición vertical , de tal manera que se deje escurrir el barniz luego se coloca en el horno a una temperatura de 90 a 104 °C, dejándolo en el horno. En
la
parte
eléctricas
interna
para
8000
y
techo
watt,
se
colocan
seleccionando
resistencias su
tipo
de
conexión . En la Fig. Nº 7.17 podemos ver el horno. En la
parte interna del horno se coloca un ventilador que será accionado
por un motor eléctrico monofásico, también
debe tener un tablero de control automático por
contactores y pulsadores para desconectarse después de un tiempo deberá tener termostato.
7.8.3. BALANCEO DINÁMICO DE UN ROTOR DE MÁQUINA ELÉCTRICA Las máquinas eléctricas rotativas de cierta potencia o de débil potencia, pero que giran a gran velocidad, deben tener su rotor perfectamente balanceado, a fin de evitar vibraciones perjudiciales para la buena marcha y para la conservación Las
de los aislantes.
máquinas
balanceadas;
nuevas
pero
se
después
encuentran de
una
perfectamente
reparación,
de
una
modificación o de un desmontaje, se pueden observar, a la puesta en marcha, vibraciones desconocidas previamente. Generalmente después
de
son la
debidas
a
reparación.
un
mal
Es
balanceo
del
indispensable
rotor
entonces
0proceder a un nuevo balanceo. Se trata aquí del balanceo dinámico, puesto que nos encontramos en presencia de un cilindro y no de un disco de débil espesor. El
método
descrito
a
continuación
permite
obtener
un
resultado preciso, utilizando una máquina especial. Máquina para el balanceo dinámico de rotores Para el balanceo dinámico es conveniente utilizar una máquina de resonancia, tal como la que se muestra en la figura
7.18
esta
siguientes partes:
máquina
esta
constituida
por
las
-
Dos apoyos
-
Placas de apoyo (9).
-
Cabezas de equilibrio.
-
Indicador de aguja (3).
-
Motor de accionamiento (5).
-
Acoplamiento (4).
soldados (1).
Las cabezas de equilibrio están constituidas por : Rodamientos (8), segmentos (6). Las
cabezas
pueden
sujetarse
inmovilmente
mediante
tornillos (7), o pueden balancear libremente sobre los segmentos. El rotor al balancear (2) empieza a girar impulsado por el motor de accionamiento (5); los cuales se encuentran unidos mediante el acoplamiento (4). PROCEDIMIENTO El
balanceo
dinámico
de
los
rotores
comprende
dos
operaciones: -
Medición de valor inicial de vibración que brinda una idea acerca del desequilibrio de las masas del rotor.
-
Determinación del punto de instalación y de la masa de la carga de equilibrio para uno de los extremos del rotor.
-
Determinación del punto de instalación y de la masa de la carga de equilibrio para uno de los extremos del rotor. Durante la primera operación, las cabezas de la
maquina son sujetadas mediante los tornillos. El rotor se
hace
girar
mediante
el
motor
de
accionamiento,
desconociéndose el acoplamiento y es liberada de una de las cabezas de la máquina. La cabeza liberada se balancea bajo la acción de la fuerza centrifuga del desequilibrio medir
la
radialmente
amplitud
de
la
dirigida,
lo
fluctuación
que de
permite
la
cabeza
mediante el indicador de aguja lo mismo se realiza para la segunda cabeza. La segunda operación se efectúa al utilizar el llamado método de “rodeo de la carga”. La periferia de ambos lados del rotor se divide en seis partes iguales; en cada
punto
se
sujeta
consecutivamente
una
carga
de
prueba como la que se debe ser inferior con respecto al desequilibrio.
Luego,
utilizando
el
procedimiento
ya
descrito, se miden las fluctuaciones de la cabeza para cada exposición de la carga. Entonces, aquel punto en el cual la amplitud de fluctuaciones es mínima, será el lugar
más
ventajoso
para
colocar
la
carga.
Una
vez
terminado el balanceo de un lado del rotor del mismo modo se balancea el segundo lado. Una vez terminado el balanceo del rotor, las cargas escaladas
sobre
rígidamente,
el
mismo
mediante
provisionalmente,
tornillos
y
soldadura
se
fijan
y
estas
cargas no están bien fijadas, durante el funcionamiento de la máquina puede separase del rotor, provocando una avería o un accidente.
CAPÍTULO VIII EXPERIMENTACIÓN PRACTICA Y FALLAS EN ESTATORES TRIFASICOS Cuando
un
motor
es
recepcionado
para
reparación, lo primero que se hace es registrar,
su
en el
protocolo de pruebas antes mencionado (formatos 8.1,8.2), lo siguiente: Las características de placa, donde se especifican la marca, el número de serie, tipo, potencia, tensión, corriente, velocidad, factor de servicio, factor de potencia,
frame,
aislamiento, etc.
frecuencia,
conexión,
clase
de
El estado en que se encuentra las diferentes partes tales como: tapas (escudos), caja de bornes, fundas, (Tapas
del
ventilador
externo),ventilador,
soportes,
aletas, eje, placa de datos, etc. Una vez concluida con estas observaciones
externas, se
procede ha realizar las pruebas de recepción con el fin de
determinar
las
averías,
trabajos de reparación
así
como
para
definir
los
ejecutar.
Las pruebas que se realizan, con el motor armado, son las siguientes: 8.1 MEDICIÓN DE AISLAMIENTO. a) Objetivo: Determinar posibles contactos de los devanados a masa, o cortocircuitos entre devanados, tanto del estator como del rotor (En motores de rotor bobinado). b) Material: Megóhmetro de 500, 1000 o 2500 voltios de corriente continua (V.D.C.), en función de la tensión del motor. c) Procedimiento: El estator y el rotor deben de estar desenergizados. Limpiar
los
terminales
del
estator
y
anillos
del
rotor. Tener un buen contacto
a masa en el estator y rotor.
Comprobar el buen estado del Megóhmetro. Para ello el instrumento
se
coloca
en
posición
horizontal,
los
bornes se cortocircuitan, se acciona y se comprueba la coincidencia de la aguja con el índice cero de la escala, luego permaneciendo los bornes desconectados, se verifica la coincidencia de la aguja con el índice de infinito( ). Para
medir
la
resistencia
de
aislamiento
de
los
devanados con respecto a masa, conectar el cable de un borne del Megóhmetro otro
borne
a
la
al borne del devanado, y del masa
del
motor.
Al
medir
la
resistencia de aislamiento entre fases, los bornes se conectan a los terminales de los devanados. Registrar las medidas en el protocolo de prueba. El valor mínimo de la resistencia de aislamiento, en megaohm (M), debe ser: R = (1+0.001 V) Donde: R
:
resistencia mínima de aislamiento.
V
:
tensión nominal del motor.
Para motores de rotor bobinado, se deben medir también las
resistencias
rotórico
y
masa,
de
aislamiento
devanados
entre:
estatórico
portacarbones y masa, y portacarbones.
y
devanado rotóricos,
8.2
PRUEBA EN MESA DE TRABAJO DE LA PRUEBA MONOFÁSICA DINÁMICA EN EL ESTATOR.
8.2.1 MEDIDA DE RESISTENCIA DE LOS DEVANADOS. La medida de la resistencia de los devanados o sus elementos se pueden realizar con un ohmímetro de lectura directa o con un puente universal de resistencia. a) Objetivo: Detectar
cortocircuitos
entre
espiras
de
la
misma
fase, o interrupciones en los devanados. b) Material: Un probador de resistencia “ puente wheatstone”. c) Procedimiento: -
Conectar el devanado a prueba en forma paralela al puente
wheatstone, en la escala mínima conveniente.
-
Regular la perilla del instrumento en cero.
-
Efectuar la medición de la resistencia entre cada
par
de fases en el estator, o entre anillos en el rotor. -
Registrar las medidas en el protocolo de pruebas.
8.2.2 PRUEBA EN VACÍO: a) objetivo: Determinar, la tensión
y frecuencia nominales, las
características de vacío que trae el motor, corriente
(Io), potencia (Po), y factor de potencia (Cos ); Así mismo, determinar el grado de saturación
del núcleo
magnético, tomando los valores de corriente al hacer variar la tensión
entre el 50 y 110% de su valor
nominal, para obtener la curva de saturación. b) Material: Una fuente de alimentación de C.A
trifásico variable.
Un Multímetro. Un Vatímetro. Un Amperímetro de pinza. Un Tacómetro. c) Procedimiento: Poner
en
marcha
el
motor,
a
tensión
y
frecuencia
nomínales , y dejar funcionar durante cinco minutos. Tomar los valores de tensión (V0, corriente (Io) y potencia (Po). Medir con el tacómetro la velocidad (RPM). Comprobar que el calentamiento del estator y las tapas (escudos). Registrar las medidas en el protocolo de pruebas. Calcular
el
factor
de
potencia
con
la
siguiente
formula: Cos
P 3. I .V
Para un motor de construcción normal, la
corriente en
vacío es del orden de 20 a 40% la corriente
nominal.
Un motor que tiene una gran corriente vacío, debido a una fuerte
inducción,
es
más
estable;
pero
su
factor
de
potencia en más bajo. 8.2.3 Prueba de tensiones
inducidas.
a) Objetivo: Comprobar
las
tensiones
nominales,
tanto
del
estator,
como del rotor, en los motores del rotor bobinado. b) Material: Una fuente de voltaje de C.A.
trifásica variable.
Un multímetro. Un amperímetro de pinza. c) Procedimiento: Levantar las escobillas de los anillos. Conectar el estator a tensión
y frecuencia
nominales. Tomar los valores de la tensión entre bornes y de corrientes de línea del estator. Tomar los valores de las tensiones
inducidas en los
bornes del devanado del rotor. Registrar las medidas en el protocolo de pruebas. Si
existe
algún
defecto
en
los
tensiones inducidas en el rotor serán los que se indican
devanados,
las
diferentes a
en la placa de características.
Las
mediciones
de
la
resistencia
de
aislamiento,
resistencia de los devanados Y de la prueba en vacío son comunes para los motores de jaula de ardilla y para los de
rotor
bobinado
(de
anillos
rozantes).
Para
éstos
último, en la prueba de vacío, se debe cortocircuitar los bornes del devanado rotórico. 8.2.4 DESMONTAJE ELECTROMECANICO: Una vez finalizadas la pruebas de recepción, el motor enviado a la sección
de mecánica para su desmontaje.
Antes de desmontar el motor con
todas
adecuados
las
es
a reparar, se debe de contar
herramientas,
equipos
necesarios
y
que se van a utilizar, a fin de facilitar el
trabajo. A continuación se hace una descripción de la secuencia de
procedimientos
fundamentales
de
ejecución
de
las
operaciones
del desmontaje de los electromotores de
estructura
muy
conocida
en
Delcrosa),
cuya nomenclatura
nuestro
medio
(marca
de partes se muestra en la
Fig. N° 8.1. Los procedimientos que se describen, pueden aplicarse prácticamente
para la mayoría de los motores
que se fabrican en la actualidad, y para los fabricados anteriormente. El desmontaje de la mayoría de los motores comienza con el desmontaje
de la polea
o cople del eje, utilizando
extractores: manuales, dotados de una amplia variedad de brazos
desmontables y de diversos tamaños.
Una vez desmontado poleas operaciones
o coples, el resto de las
de desmontaje se lleva a cabo
en el orden
indicado a continuación (ver Fig.N° 8.1): -
Marcar el escudo (tapa)
del lado de acoplamiento L.A.
y su correspondiente lado de la carcasa, con un ligero golpe de punzón, y con dos golpes el escudo y carcasa del
lado
realiza
opuesto para
dispongan
al
que,
acoplamiento al
exactamente
ser de
de
L.O.A..
nuevo
igual
Esto
se
montados,
manera
se
como
se
Sólo para los tamaños NV 180-200, sacar el anillo
V-
recepcionó. -
Ring del lado de acoplamiento L.A. -
Sacar
la
tapa
exterior
aflojando
los
pernos
tamaños
NV-225
al
de
rodamiento
hexagonales 315,
sale
con
L.A.
(32). el
(33),
Sólo
anillo
para sello
exterior (31). -
Sacar
el
escudo
hexagonales
(2).
L.A Este
(1),
aflojando
escudo
tiene
los dos
pernos agujeros
roscados de extracción. -
Sacar
la
tapa
del
ventilador
(20),
aflojando
los
pernos hexagonales (10). -
Sacar los pernos distanciadores (7).
-
Sacar el escudo del extremo del eje
L.O.A. (6), dando un golpe en el
de salida. Sale de la carcasa del
estator junto con el eje rotor (5) y el ventilador (11). -
Sacar
el
ventilador
(11),
aflojando
el
socket (15) y la chaveta ventilador (16).
prisionero
-
Sólo para los tamaño
NV 180-200, sacar el anillo V
Ring L.O.A. -
Sacar
la
tapa
exterior
de
rodamiento
L.O.A
aflojando los pernos hexagonales (13). Sólo tamaños
(14),
para los
NV 225 al 315 , sale con el anillo sello
interior (17). -
Sacar escudo L.O.A. (6) del eje rotor (5).
-
Sólo para los tamaños NV 225 al 315, sacar el seguro media luna (18) y la tuerca válvula
-
de grasa (28).
Sacar el rodamiento L.O.A (21) con la ayuda de un extractor
y
la
tapa
interior
de
rodamiento
al
315,
L.O.A
(22). -
Sólo
para
los
prisionero
tamaños
Nv
225
aflojar
el
socket (29) y sacar el anillo válvula de
grasa (28). -
sacar el rodamiento extractor
L.A (26)
con la ayuda de un
y la tapa interior
de rodamiento L.A.
(34).
Al hacer el desmontaje de un bobinado,
primero
contactores
se
motor Asíncrono
desmonta
la
(rozantes) y se quitan
tapa
de
de
los
devanados,
los
puente de escobillas, ventilador otro
anillos
las escobillas .
El desmontaje se efectúa de tal modo que se deterioro
de rotor
anillos
evite el
contactores,
rodamientos o cualquier
elemento que se encuentre en buen estado.
Todos los elementos y piezas en motores
desmontados
deben
de
buen estado
conservarse
de los para
ser
reutilizados.
8.2.5 REVISIÓN ELECTROMECÁNICA: Concluido
el
desmontaje,
en
la
misma
sección
de
mecánica, se procede al limpiado y lavado de todas las partes; luego, para determinar los defectos de la parte mecánica, se revisan el estado de los accesorios tales como: tapas, funda, rodamientos, eje, anillos rozantes, escobillas,
ventilador,
cople,
pernos,
chavetas,
etc.;
así mismo, se revisa el ajuste de los rodamientos con respecto
al
eje
y
con
respecto
a
sus
respectivos
alojamientos (asientos). Para completar con el diagnóstico de defectos de la parte eléctrica,
en
la
sala
siguientes mediciones
de
pruebas,
se
realizan
las
y pruebas por partes:
-
Medida de la
-
Medida de la resistencia de los devanados .
-
Prueba monofásica del estator o del rotor.
-
Prueba del núcleo magnético.
-
Prueba de la jaula de ardilla.
resistencia de aislamiento
A continuación solamente se describe
el procedimiento de
ejecución de las tres últimas pruebas
ya que para la
medición a la resistencia de aislamiento y de devanados
se procede en forma
similar al descrito en los apartados
anteriores. 8.2.6 PRUEBA MONOFÁSICA DE ESTATOR O DEL ROTOR. La prueba monofásica del rotor
se realiza para los
motores de rotor bobinado, y el procedimiento
es
similar a la prueba monofásica del estator que se va a describir. a)
Objetivo:
Detectar
posibles
cortocircuitos
entre
fases
o
entre espiras, y verificar la polaridad y el número de polos de los devanados. b)
Material:
Una
fuente
de
voltaje
de
C.A.
trifásica
variable. Un multímetro Un amperímetro de pinza. Una brújula. c) -
Procedimiento: Aplicar tensión reducida a las fases 1 y 2, de tal manera que circule la corriente nominal del motor.
-
Tomar los valores de tensión
-
Acercar
la
desplazarlo
brújula a
lo
largo
al de
y de corriente. núcleo toda
la
magnético, superficie
interna y observar y el movimiento de la aguja magnética. Sí la aguja
se invierte sucesivamente,
la conexión a las fases en correcta y no existe cortocircuito. -
Registrar los valores de tensión, corriente y el número
de
polos
en
el
protocolo
de
pruebas
correspondientes. -
Aplicar tensión reducida a las fases 2 y 3 y luego a
las
fases
3
y
1,
siguiendo
el
mismo
procedimiento anterior. -
Comparar
los valores de tensión
y corrientes
medidos. Sí las corrientes son significativamente por
ende
las
tensiones,
desiguales, y
significa
que
existe
cortocircuito. 8.3
PRUEBA DEL FIERRO APLICADO UNA INDUCCIÓN
MAGNÉTICA,
CÁLCULOS
CORRIENTE,
PARA
LA
APLICACIÓN
DE
LA
FENOMENO DE SATURACION MAGNÉTICA. a) Objetivo: Comprobar experimentalmente el buen aislamiento de las chapas que conforman el núcleo magnético. b) Material: Una fuente de tensión Un multímetro.
de C.A. variable.
Un amperímetro de pinza. Un termómetro de mercurio o digital. Cables de sección adecuada. c) Procedimientos Tomar
las
medidas
de
la
longitud
activa
La
y
altura de corona Hc del núcleo magnético. Calcular la sección del núcleo S con los datos medidos y un factor de apilamiento Fa, que varía 0.9 a 0.96: S = La .Hc.Fa Asumir
una
inducción
Bc
de
prueba,
como
la
inducción de trabajo en la corona del núcleo. De acuerdo al tamaño del motor, esta inducción puede estar comprendida entre 14,000 y 20,000 Gauss. Asumir un número n de vueltas (espiras) de prueba. Con los datos calculados y asumidos anteriormente, calcular la tensión inducida de acuerdo de acuerdo a la siguiente fórmula: E = 4.44 x f x n x Bc x S x 10-8 F : Frecuencia (Hz) N : N° de espiras. Bc:
Inducción magnética en la corona
S :
Sección del núcleo (cm2).
(Gauss).
Con el cable dar las ne vueltas asumidas alrededor del núcleo magnético del estator, y aplicar la tensión
calculada.
Dejar conectado durante 10 minutos aproximadamente Comprobar físicamente, con la palma de la mano, el calentamiento
producido
en
el
núcleo.
Si
las
chapas del núcleo se encuentran bien aisladas, Se tendrán un calentamiento normal y homogéneo, de lo contrario se tendrá un calentamiento anormal que no se podrá soportar. Marcar
las
zonas
que
presentan
calentamiento
excesivo, las cuales deberán ser reparadas. Medir la temperatura final °C. 8.3.1 PRUEBA DE LA JAULA DE ARDILLA: a)
Objetivo: Comprobar experimentalmente si las barras que conforman
la
jaula
de
ardilla
del
rotor
encuentran en buen estado. b)
Materiales: -
Una fuente de tensión de C.A. monofásica.
-
Un probador de inducción (Grawller).
-
Una hoja de sierra.
se
c)
Procedimiento: -
Colocar el
el
rotor
probador
de
tal
de
manera
inducción que
el
sobre
circuito
magnético del probador se cierre a través del núcleo magnético del rotor. -
Aplicar la tensión al probador de inducción.
-
Colocar la hoja de sierra, en forma paralela, sobre cada una de las barras de la jaula de ardilla.
-
Si la hoja de sierra vibra cuando está sobre la barra, ésta se encuentra en buen estado, de lo contrario, se encuentra abierta.
8.4
PRUEBA
PREVIA APLICANDO TENSIÓN TRIFÁSICA REGULADA
APLICÁNDOLE UNA CORRIENTE NOMINAL DEL MOTOR. Después de realizados el proceso de rebobinado en el taller
y
realizar
las
conexiones
internas
del
motor, se procede a colocar los números de salidas de
los
cables
ya
sea
en
bornera
exterior, hay que hacer las conexiones
o
hacia
el
de acuerdo
al cálculo del ingeniero calculista. Según el voltaje que va a trabajar para
220, 380º 440 voltios.
el motor ya sea
Concluido el nuevo devanado del motor que se esta reparando, este es sometido a diferentes pruebas, con el objeto de detectar posibles, defectos a masa interrupciones
cortocircuitos
o
inversiones
de
polaridad. Las pruebas
a realizarse
son las siguientes:
Medida de la resistencia de aislamiento. Medida de la resistencia de los devanados. Prueba monofásica del estator o rotor Prueba
de
tensiones
inducidas
para
motores
de
rotor bobinado. Prueba de campo magnético giratorio. Prueba de rigidez dieléctrica. A
continuación
se
describe
solamente
el
procedimiento de las dos últimas pruebas, ya que las otras fueron descritas anteriormente. 8.4.1 PRUEBA DE CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO. a) Objetivo: Verificar experimentalmente
la inducción de campo
magnético giratorio; y, además, detectar conexiones incorrectas cortocircuitos. b) Material:
(inversiones
de
polaridad)
o
-
Una fuente trifásica de tensión
-
Un multímetro .
-
Un amperímetro de pinza.
-
Un tambor giratorio.
de C.A. variable.
c) Procedimiento: - Aplicar tensión reducida de tal manera que circule la corriente nominal del rotor. - Tomar los valores de la tensión entre bornes y corrientes
de
línea,
y
registrarlos
en
el
protocolo de pruebas. -
Acercar el tambor giratorio al núcleo magnético y desplazarlo
a
lo
largo
de
toda
su
superficie
interna. Si el tambor gira en la mismo sentido, el campo es el correcto
y, por lo tanto, no existen
inversiones de polaridad ni cortocircuitos. Esta pruebas puede efectuarse también con una bola de acero (de un rodamiento de bolas) en lugar del tambor giratorio 8.4.2 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA: a) Objetivo: -
Verificar la rigidez dieléctrica del aislamiento de los devanados. Consiste en aplicar una tensión superior
a
la
tensión
de
servicio,
durante
un
cierto tiempo, entre arrollamientos y masa y entre arrollamientos el valor de esta tensión de prueba,
en general debe ser igual a: ( 2V+1000) voltios siendo V la tensión nominal del motor. b) Material: -
Un probador dieléctrico de alta tensión ajustable.
-
Una fuente de tensión de C.A monofásica.
C)Procedimiento : -
Conectar
el
probador
a
la
fuente
de
tensión
monofásica. -
Aplicar una tensión inicial de prueba de valor igual al 50% de la tensión de la prueba prevista .
-
Incrementar la tensión en valores no superiores al 5% de la tensión de prueba. Hasta llegar a este valor de prueba en un tiempo de 10 segundos.
-
Mantener aplicada durante un minuto está tensión de prueba si durante este tiempo no se produce ninguna disrupción en los aislamientos, significa que se encuentra en buenas condiciones. Esta prueba también se puede realizar utilizando un transformador, cuya instalación debe de tener una armario especial con conexión barrera; y teniendo en cuenta, que puertas de este armario o toda la instalación.
8.4.3 BARNIZADO Y SECADO:
a tierra, o una al abrirse las
barrera, se desconecte
Una vez concluida las pruebas el devanado debe de ser secado he impregnado con barniz. El barnizado sirve para compactar los devanados, así como para elevar la conductibilidad térmica y la resistencia a la humedad . El
secado
permite
del
devanado
eliminar
aislantes
y
la
la
antes
de
humedad
de
penetración
la
inpregnación
los
profunda
Dependiendo de la clase de aislamiento
materiales del
barniz.
con que se
ha realizado el devanado el secado se lleva a cabo en
un
tiempo
de
2
a
6
horas,
en
unos
hornos
especiales y en una temperatura de 105 a 120 °C. 8.4.4 PRUEBA FINAL Después del barnizado y secado al horno, se le hace el montaje final electromecánico
y se le hace las
pruebas de vacío al motor aplicándole nominal
de
trabajo
comportamiento
de
su
pero
sin
corriente
su voltaje
carga
para
ver
de
arranque
y
el de
vacío y sobrecalentamiento tanto de los bobinados, como de las
tapas del estator.
CAPÍTULO IX COSTOS EN EL PROCESO DE REBOBINADO DEL ESTATOR DE UN MOTOR TRIFÁSICO
9.1
ANÁLISIS DE COSTOS DE REBOBINADO DE APLICACIÓN EN UN MOTOR TRIFÁSICO DE
POTENCIA DEFINIDA EN HP.
El presente capítulo tiene como objetivo indicar los criterios básicos para determinar el precio de venta del servicio de reparación de los motores eléctricos y, en general, de cualquier máquina eléctrica. Para hacer este tipo de análisis conviene separar los costos
directos
e
indirectos,
concluyendo
con
la
apreciación que intervienen en el proceso de rebobinados o construcción. 9.1.1. DETERMINACIÓN DEL PRECIO VENTA. Normalmente, el precio de venta es proporcional al peso y costos de los distintos materiales que intervienen en la producción;
por
lo
tanto,
en
el
precio
de
venta
así
calculado se consideran los costos de los materiales y de la mano de obra que intervienen directamente, los gastos de almacenamiento de los materiales, los gastos de mano de
obra
indirecta,
los
gastos
generales
y
de
los
beneficios (utilidades). A
continuación
se
detallan
cada
uno
de
los
costos
y
gastos mencionados y luego se indica la forma de calcular el precio de venta. 9.1.2. COSTO DE MATERIALES (CM) Es la suma de los costos de todos los materiales que intervienen directamente en la reparación. En la tabla 9.1 se indican los materiales y sus precios unitarios más utilizados en la reconstrucción de los devanados 9.2
de los motores.
COSTOS DEL ESTADO DEL FIERRO – SILICOSO DEL ESTATOR
En general cuando reparamos el fierro silicoso del núcleo estatórico, estamos tomando la mano de obra del operario que necesita sacar cada una de las laminas del núcleo,
para lijarlo y luego apilarlos ordenadamente con capas de barniz
especial
en
un
tiempo,
utilizando
un
costo
de
horas - hombre. 9.3
COSTOS DE ALAMBRE ESMALTADO DE COBRE EN KILOGRAMOS, PARA
DETERMINADA
LONGITUD
POTENCIA
TENIENDO
ACTIVA Y EL DIÁMETRO
COMO
BASE
LA
INTERIOR.
En este caso el costo es de acuerdo a la potencia del motor,
y el
tipo de
ranura y
paso de
bobina que
inserta en la ranura, y el tipo de alambre es
simple
esmalte
o
doble
esmalte
y
se
que usa, sí el
tipo
de
fabricante. Y
si
trabajamos
con
motores
o
generadores
de
media
tensión 2500 voltios, necesitamos aislamientos especiales para las bobinas con tipo F. En algunos casos utilizamos forro de algodón, cinta de seda o de vidrio. 9.4
COSTOS DE PAPEL AISLANTE PARA LAS RANURAS.
Los costos del aislamiento en las ranuras de acuerdo al tipo de ranura y al tipo de aislamiento y la temperatura con que va a trabajar el motor, entonces se aislará con papel aislante tipo “B” o “F”, pero teniendo en cuenta que para aislamiento tipo “F”, el costo de la reparación subiría ya que dicho aislamiento es importado americano o europeo.
9.5
COSTO
DEL
TRATAMIENTO
TÉRMICO
Y
BARNIZADO
DEL
ESTATOR. De
acuerdo
a
las
técnicas
del
tratamiento
térmico
y
barnizado al horno y el tiempo del proceso del secado va directamente con el costo de consumo de energía eléctrica en
KW
-
HORA
eléctricas.
por
el
También
consumo debemos
de
las
tener
resistencias en
cuenta
la
potencia del motor y la cantidad de barniz que se va utilizar. Para el mantenimiento
del estator, se necesita limpiar a
alta presión con compresora con agua caliente y kerosene y luego aplicarle el barniz rojo gliptal.
9.6
COSTOS DE LAS FALLAS MECÁNICAS.
Tendríamos máquina
si
que es
ver
las
trabajo
condiciones continuo
de o
trabajo plena
de
la
carga
o
discontinuo, esto origina desgaste de los rodamientos o eje del rotor, para esto es necesario el mantenimiento, debemos dar una lubricación adecuada para evitar el gasto de los rodajes. Si tenemos que metalizar los ejes o rectificar, también el rellenado y torneado, embocinar la polea, rectificar la chaveta, reparar el ventilador o funda de acuerdo al estudio de costo obtendríamos un presupuesto mecánico.
9.7
COSTOS DE MANO DE OBRA DEL TÉCNICO BOBINADOR (CT)
Lo constituye los salarios pagados a los trabajadores que intervienen en el proceso. Estos obreros y empleados que intervienen
directamente
en
el
bobinado,
cálculos,
pruebas eléctricas, montaje y desmontaje de máquinas. El costo de mano de obra varia de acuerdo a la potencia y velocidad de los motores. 9.8
COSTOS DE LOS ENSAYOS DE LOS MOTORES.
El proceso de pruebas del motor es desde el momento de las pruebas una vez desmontado hasta el montaje y prueba final las veces que se determinan las fallas y el llenado de protocolos de prueba estaríamos tomando las horas – hombre, y el tiempo de trabajo de técnicos e ingenieros que interviene en el proceso de sala de pruebas de la máquinas
eléctricas
rotativas
y
si
es
motor
o
generadores. Deberíamos probar con mas cautela cada bobina o partes de las
máquinas
para
luego
montarlo
y
probarlos
adecuadamente. 9.9
COSTOS TOTALES DEFINIDOS EN UN MOTOR TRIFÁSICO DE DETERMINADA POTENCIA EN HP.
9.9.1 COEFICIENTE DE GASTOS DE MATERIALES (fm) Este coeficiente es mayor que uno (fm>1), mediante el cual
se
consideran
materiales.
los
gastos
de
almacenamiento
de
9.9.2
COEFICIENTE
DE
GASTOS
DE
MANO
DE
OBRA
DIRECTA
(ft). Este coeficiente, mayor que uno (ft>1),tiene en cuenta el costo adicional que hay que aplicar al costo de mano de obra
directa,
para
cubrir
los
salarios
y
cargas
del
personal que intervienen indirectamente en el proceso: maestros de taller, aprendices (practicantes), control y organización de talleres, etc. 9.9.3 COEFICIENTE DE GASTOS GENERALES (fg) Mediante el cual se consideran todos los demás gastos de gestión y servicio: Gastos financieros, gastos de comercialización y gastos generales propiamente dichos. Este coeficiente también es mayor que uno (fg>1). 9.9.4 COEFICIENTE DE BENEFICIO O UTILIDAD (fb). Tomando este coeficiente menor que la unidad (fb<1)
y
aplicando como divisor del costo total, la diferencia:1fb
indica en beneficio bruto expresado en fracción del
precio de venta por ejemplo:
fb = 0.8 significa un
beneficio comercial del 20% sobre este precio. 9.9.5 PRECIO DE VENTA (PV). De acuerdo a todo lo expuesto, el precio de venta se determina de la siguiente manera:
PV
(CM fm CT ft ) fg fb
Los coeficientes fm, ft, y fg, son parámetros de gestión de
cada
empresa,
revisados
periódicamente,
los
cuales
varían muy lentamente en el curso de los años. 9.9.6 COSTO DE UN MOTOR DE 100 HP Ejemplo numérico. A continuación se detalla el cálculo del precio de venta de la reparación
del devanado de un motor trifásico,
jaula de ardilla, de las siguientes características: POTENCIA
:
100 HP
TENSION
:
230/460 V
CORRIENTE
:
230/115 A
CONEXIÓN
:
2 /
VELOCIDAD
:
3550 RPM
CLASE DE AISLAMIENTO :
“F”
a) Resumen de costos y gastos El costo de los materiales (CM)se detalla en la tabla 9.2, obteniéndose un total de: $668.49. De acuerdo a la experiencia (CT), se puede estimar en un 20% del costo de los materiales es (CM). Por lo tanto, tenemos: CT = 20% (CM)= $133.70.
Para
considerar
los
beneficio(utilidad),
demás para
gastos los
y
el
diferentes
coeficientes se asumen los siguientes valores: Coeficiente de gastos de materiales: fm = 1.05 Coeficiente de gastos de mano de obra directa: ft = 1.05 Coeficiente de gastos generales
: fg = 1.05
Coeficiente comercial de 20%
: fb = 0.8
b)Precio de Venta PV = (668.49 X 1.05 + 133.70 X 1.05)1.05 0.8 PV = $ 1105.52 En la tabla 9.3 se muestran los precios de venta de reparación de motores asincronos trifásico, tipo Delcrosa o similar, jaula de ardilla, con aislamiento clase B, tensión máxima de 550 V.
TABLA
9.1
DESCRIPCION DEL ARTICULO UTILIZADO
UNIDAD
PRECIO UNITARIO $
Alambre doble esmalte clase F del calibre No 12 AWG- DE AL No 28 AWG – DE Papel aislante de acuerdo a clase de aislamiento:
Kg
14,72
Clase F: papel NOMEX puro del 0,18 al 0,30 mm
Kg
61,66
Clase B: Papel TRIVOLTON o revestido del 0,18 mm
Kg
43,16
al 0,30 mm Papel MYLAR del 0,18 mm al 0,300. Espaguetty de vidrio barnizado clase F
Kg
16,78
Mt
1,00
Mt KG Kg
1,80 13,29 12,38
de: 1 mm a 5 mm 5 mm a Varillas de Carretes de Cables para
9 mm soldadura de plata de 1/8” soldadura de estaño de 60/40 de 1/8” una tensión de servicio de 600 voltios.
Calibre del conductor: 20 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,09
18 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,13
16 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,22
14 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,28
12 AWG tipo
–
Flexiplast
Mt
0,43
10 AWG tipo
–
8
AWG tipo –
Flexiplast
Mt
0,67
WS
Mt
1,11
4
AWG tipo
–
WS
Mt
1,73
6
AWG tipo
–
WS
Mt
3,46
2
AWG tipo
-
WS
Mt
5,58
1
6,86
AWG tipo
-
WS
Mt
1/0 AWG tipo
-
WS
Mt
8,53
2/0 AWG tipo
-
WS
Mt
10,64
3/0 AWG tipo
-
WS
Mt
13,21
4/0 AWG tipo - WS Cinta Filamentape 893 3/4 ” Terminales de cobre tipo anillo, corriente de:
Mt RII.
16,19 6,00
35
AMP
Pza.
0,50
50
AMP
Pza.
0,75
70
AMP
Pza.
0,95
90
AMP
Pza.
1,20
125 AMP
Pza.
1,50
150 AMP
Pza.
2,00
175 AMP Lija de fierro N° 40 al N° 120 Barniz aislante transparente S.W. secado al horno
Pza. P1. Gln.
2,50 0,70 18,30
TABLA 9.2
DESCRIPCION DE ARTICULO UTILIZADO
UNID.
CANT.
PRECIO UNIT.
IMPÓRTE
Alambre de Calibre N° 14 AWG-Doble Esmalte clase H 180 °C Papel Nomex puro clase F de 0.30 mm. Spaguetty de vidrio barnizado de 3mm clase F. Spaguetty de vidrio barnizado de 6mm clase F. Cable de calibre N° 2 AWG-WS Cinta filamentape 893 de 3/4 ” Terminales de cobre de 70 Amp. Soldadura de plata de 1/8”. Soldadura de Estaño de 60/40/8”. Lija de fierro N° 80. Barniz aislante transparente
Kg
33,451 14,72
492.40
Kg
0,80
61,66
49,33
Mt
9
1,0
9,00
Mt
5
1,80
9,00
Mt
9
5,58
50,22
Rll
½
6,00
3,00
Pza
12
0,95
11,70
Kg
0,20
13,29
2,66
Kg
0,20
12,38
2,48
P1
3
0,70
2,10
Gln
2
18,30
36,60
Total : $ 668,49 TABLA 9.3 PRECIO DE VENTA EN DOLARES Reparación de Motores Asíncronos Trifásicos, tipo “DELCROSA” o similar, jaula de ardilla, con aislamiento clase “B”, máx. 550 v.
3600 RPM
1800 RPM
Tipo 71a
(2 polos) HP PV($) 0.6 40.00
(4 polos) HP PV($) 0.4 46.00
71b
0.9
50.00
0.6
48.00
80a
1.2
52.00
0.9
59.00
0.6
67.00
80b
1.8
66.00
1.2
68.00
0.9
83.00
90La
2.4
73.00
1.8
72.00
1.2
95.00
0.6
101.00
90L
3.6
89.00
2.4
84.00
1.8
101.00
0.9
125.00
3.6
105.00
1.2
143.00
100La
1200 RPM (6 polos) HP PV($)
900 RPM (8 polos) HP PV($)
100L
4.8
104.00
4.8
126.00
2.4
126.00
1.8
152.00
112M
6.6
134.00
6.6
147.00
3.6
158.00
2.4
189.00
132Sa
9.0
148.00
132S
12.0
177.00
9.0
170.00
4.8
189.00
3.6
237.00
6.6
221.00 4.6
284.00
132Ma 132M
15.0
215.00
12.0
219.00
9.0
238.00
160Ma
18.0
248.00
160M
24.0
6.6
332.00
292.00
18.0
269.00
12.0
307.00
9.0
357.00
160L 180M
30.0
337.00
24.0
337.00
18.0
377.00
12.0
430.00
36.0
422.00
30.0
391.00
36.0
493.00
24.0
472.00
18.0
566.00
30.0
547.00
48.0
548.00
36.0
690.00
24.0
708.00
225cS
60.0
630.00
30.0
875.00
225cM
70.0
705.00
48.0
877.00
36.0
1104.00
90.0
848.00
60.0
1008.00
48.0
1228.00
125.0
1010.00
70.0
1199.00
60.0
1411.00
180L 200La
48.0
496.00
200L
60.0
572.00
225M
70.0
640.00
250cM
90.0
775.00
250M 280S NOTA:
(1) (2) (3) (4) (5)
125.0
937.00
Los precios indicados no incluyen IGV. No incluye suministro de rodamiento, ni trabajos de carácter mecánico. En caso de recibirse y repararse estator sólo, se aplicará un descuento del 10% sobre el valor de lista. Los trabajos de emergencia sufrirán un recargo del 12%. Para otros valores de potencia y/o tensión, se cotizará de acuerdo a las características de la máquina.
CAPÍTULO X ANÁLISIS TÉCNICO - ECONÓMICO COMPARATIVO
El
presente
capítulo,
analizamos
las
inversiones
requeridas por el proyecto de una empresa de reparación electromecánica desembolsos de
la
y
servicios,
y
constituyen
los
que hay que efectuar desde la identificación
idea
y
requerimientos
estudios
de
preinversión
hasta
los
de maquinaria y equipos, instalaciones,
capital de trabajo y otros, a fin de tener el taller en condiciones
de operación.
10.1. COSTO DE OPERACIÓN Considerando
que
privado,
debe
se
el de
presente asignar
proyecto recursos
de
inversión
financieros
y
reales cuyo periodo de planeamiento se daría en mediano plazo (5 años). De tal manera que las inversiones se realizarán, en esta etapa del proyecto en inversiones para la adquisición
de
equipos,
construcciones
intangibles, las mismas
y
otros
costos
tangibles
e
que a continuación detallare:
10.1.1. LOCALIZACION Y TAMAÑO DE LA PLANTA. El proyecto podrá ejecutarse o Ica, Chincha actividades
en el departamento de Lima
por ser el de mayor concentración industriales
y
sus
a las
reparaciones
electromecánicas. Después de haber realizado podrá
realizarse
facilidades
y
un análisis
ejecutarse
por
el proyecto
ofrecer
para la reparación de máquinas
mayores
eléctricas y
prestación de servicios, del mismo modo ofrecer mayores garantías
a la inversión. tener un área de 500m 2 como se detalla
El local deberá
en el plano N° 01, con una
distribución que involucre:
-
Oficina administrativa.
-
Oficina de gerencia técnica.
-
Almacén de materiales y herramientas y equipos.
-
Sección sala de pruebas.
-
Sección mecánica y desmontaje.
-
Sección mecánica de producción.
-
Sección
bobinados
de
motores
y
transformadores. -
Servicios higiénicos.
10.1.2. RECURSOS Los materiales
y equipos utilizados
en la reparación de
motores y transformadores, será nacional a excepción
de
los
aislamientos
adquiridos
a
materiales
las
serán
productos
compañías
condicionado
importar este
que
que
importados
y
importadoras
de
estos
posteriormente
se
podrá
directamente sin intermediarios incluir
paquete
especiales
aislamientos
clase
F
y
H,
en
barnices
que se utilizan prestan una garantía durante
la reparación 10.1.3. MERCADO Es uno de los elementos de inicio, más importantes que determinan la capacidad de producción la demanda
para poder atender
durante la vida útil del proyecto de acuerdo
a nuestros estudios de mercado se puede determinar la existencia de una demanda de potencial. Estas
unidades
Chincha,
son
Pisco,
básicamente
Ica,
la
ciudad
Huancavelica,
de,
Cañete,
Ayacucho,
(Zonas
Mineras), etc. Donde tendrá la demanda nuestro producto o servicios que se prestan, lo cual trataremos
de cubrir
este gran mercado insatisfecho que por problemas técnicos y económicos no tienen los empresarios industriales en el sur medio. Para
el
cual
mecánicas
y
nuestras prestación
comercializarán buena
calidad.
reparaciones
eléctricas
de
eléctricos,
servicios
a costos más bajos Las
reparaciones
y se
y principalmente de de
motores
y
transformadores estarán destinados a la industria sureña, para lo cual se podrá reparar con diferentes tipos de aislamientos y tensiones de trabajo de acuerdo al pedido del cliente.
Para
su
comercialización,
departamento
de
ventas
la
empresa
para
contará
tratar
de
con
buscar
el los
trabajos en las diversas empresas y tener proformas del presupuestado,
de
diversos
tipos
de
reparaciones
electromecánicas. El departamento de comercialización regula y presupuesta los costos de máquinas reparadas de acuerdo a los gastos incurridos en la fabricación, o reparaciones, gastos de operación,
gastos
de
ventas,
gastos
generales,
gastos
administrativos etc. Los gastos de venta constituyen los gastos por útiles de oficina, energía, eléctrica, etc. Los gastos administrativos por pagos de remuneraciones a empleados, gerentes, contadores, secretarias, personal de servicios. 10.2. La
INVERSION
inversión total del proyecto será nacional, y podrá
realizarse en bienes o efectivo cuyo monto asciende a $ 103,300 pagaderos en 5 años. Se ha considerado un tipo de cambio de S 3.35 por dólar a valor
de
junio
de
1999
la
inversión
total
será
distribuido de la siguiente manera: Terreno 500 m2..............................$
10,000
Obras civiles.............................. $
8,000
Maquinaria y equipo........................ $
73,400
Instalación de equipos..................... $
2,200
Organización de la empresa................. $
1,200
Administración de la empresa............... $
1,500
Gastos de puesta en marcha................. $
1,000
Capital de trabajo (materia prima, bienes en cuenta corriente ....................... $ Inversión total.
$
6,000 103,300
10.2.1. INVERSION FIJA TANGIBLE En el cuadro de metrado y presupuesto se detallan los diferentes componentes del activo tangible, dentro de los cuales
los
más
significativos
son
equipos
de
sala
de
pruebas, mecánica y desmontaje y mecánica de producción y otros equipos del taller que representan el 71% del total es decir $ 73,400
Cuadro
Estructura inversión fija tangible METRADO Y PRESUPUESTO Obra :
Proyecto de funcionamiento de un taller de reparación de motores eléctricos.
Item
1.0
Metrado
Descripción
Equipamientos
para
Parcial
Total
Unid
Cant
US $
US $
Und.
1
1400.00
1,400.00
Und.
1
1600.00
1,600.00
Und.
1
700.00
700.00
Und.
1
700.00
700.00
1
150.00
150.00
la
fabricación de y Reparación de transformadores,
motores
y
generadores. 1.1 1.1.1
EQUIPO DE BOBINADOS Máquina
bobinadora
electromecánica de RPM,
trifásico
2Hp,1200 220/440
v.
conexión / 1.1.2
Horno eléctrico con paredes de fierros de espesor 1/16 ” con 8 resistencias
de
100
tablero
de
watt
con
control
y
termostato. 1.1.3
Máquina
bobinadora
electromecánica
de
motor
monofásico. 1.1.4
Máquina balanceadora de rotores con motor de 3 Hp trifásico de 1200 rpm. Conexión 2
1.1.5
Máquina cortadora manual.
60 Hz
cizalla de
de
papel
palanca aislante
Item. 1.2
Descripción
Unid
Cant
U$
U$
Und
1
1,600.00
1,600.00
Und
1
1,600.00
1,600.00
Und
1
200.00
800.00
Und
1
1,200.00
1,200.00
Und
1
3,300.00
3,300.00
Und
1
1,400.00
1,400.00
Und
1
450.00
450.00
Und
1
420.00
420.00
Equipo mecánico de producción y soldadura.
1.2.1 Equipo de soldadura de 25 KVA, 300 A, 220 voltios, 60 hz 1.2.2 1 Equipo de soldadura autógena oxiacetilénica. 1.2.3 Tornillo de banco de 1”. 1.3.0 Herramientas de transporte. 1.3.1 1
tecle
de
5
toneladas
tipo
mecánico. 1.3.2 1 tecle de 2.5 toneladas tipo eléctrico. 1.3.3 1
carretilla
hidráulica
de
5
toneladas marca stoka. 1.4.0 Máquina de carpintería. 1.4.1 1 máquina circular de 3 Hp – trifásico,
220
voltios
60
Hz
3500 rpm. 1.4.2 1
lijadora
de
banda
de
500
watt, 220 voltios monofásico.
Item.
Descripción
1.5.0
Herramientas eléctricas
1.5.1
1
compresora
trifásico equipo
de
220
350,
60
voltios
completo
de
Hz
Unid
Cant
U$
U$
Und
1
600.00
600.00
con
pintura,
limpieza y sopleteado. 420.00 1.5.2
1
taladro
de
banco
de
2
Hp,
Und
1
420.00
Und
1
360.00
720.00
Und
1
200.00
200.00
Und
1
360.00
360.00
Und
1
500.00
500.00
1
100.00
100.00
220, 60 Hz trifásico 1800 RPM 1.5.3
1 esmeril portátil de 800 watt, 3600rpm
monofásico,
220
voltios. 1.5.4
1 esmeril de banco de 6”, 200 watt
60
Hz,
3500
RPM
monofásico. 1.5.5
1 taladro portátil de 500 watt, 3600
RPM
monofásico,
220
voltios de 5/16-1/2 pulgadas. 1.6.0
Herramientas manuales
1.6.1
Estuche
de
herramientas
de
llaves tipo: Mixtas,
corona,
con
medidas
milemétricas desde 8 mm hasta 35 mm y medidas desde 1.6.2
en pulgadas
3/8 hasta 1 3/4 ”
Estuche
de
herramientas
llaves
ajustables
desde 6” a 15”
. con
Francesa
Und
Item 1.6.3
Descripción Estuche dados
de y
herramientas
llaves
Rachets,
Unid.
Cant.
Parcial US$
Total US $
Jgo
1
420.00
420.00
con con
medida en milímetros desde 10 mm hasta 40 1mm y medidas en pulg. De 1/2” a 1 1/2” 1.6.4
Estuche de alicates de presión.
Jgo
1
200.00
200.00
1.6.5
Estuche
Jgo
1
150.00
300.00
Jgo
1
90.00
90.00
de
alicates
de
electricista. 1.6.6
Estuches de tijeras
hojalata.
1.6.7
Estuche con destornilladores.
Jgo
2
60.00
120.00
1.6.8
Estuche con martillos.
Jgo
1
30.00
30.00
1.6.9
Estuche equipado con cuchillas
Jgo
2
90.00
180.00
de electricista, limas. 1.6.10
Estuche con llaves de torsión.
Jgo
1
450.00
450.00
1.6.11
Estuche
Jgo
1
250.00
250.00
Jgo
1
120.00
120.00
Jgo
1
100.00
100.00
equipado
calibradores
cintas
con métricas,
reglas, escuadras, compás. 1.6.12
Estuche
con
cinceles,
centro
punto de arco de sierra. 1.6.13
Estuche
con
remachadoras.
engrampadoras
y
Metrado Unid Cant
Item
Descripción
2.0
Equipo para ensayos del control
Parcial US $
Total US $
de calidad en sala de pruebas de los motores, alternadores y transformadores trifásicos. 2.1
Equipos
para
motores
y
ensayos
de
transformadores
los
de
vacío y cortocircuito. 2.1.1
Regulador de tensión 440 v/0 –
Und
1
4,400.00
4,400.00
Und
1
7,000.00
7,000.00
460 v 100 KVA trifásico. 2.1.2
Pupitre de pruebas de mando
Equipado
transformadores clase
fuerza y
1.0,
con
de
medidas
instrumento
de
medición dispositivo de control y señalización para medición de motores y transformadores. Contiene
los
siguientes
y
dispositivos
instrumentos eléctricas.
A. Instrumentos de medición. A-1) voltímetro. A-2) Amperímetro. A-3) Frecuencimetro. A-4) Kilowatimetro. B. Fusibles de protección B-1) Fusibles NH y DZ. C. Equipos auxiliares de mando y protección. C-1) Pulsadores. C-2) Lamparas de señalización. C-3) Contactores. C-4) Reles. C-5)Interruptor termomagnético. C-6) Transformadores de corriente de 50 VA. C-7) Selectores. C-8) Commutador Amperimétrico.
voltimétrico y
2.1.3
Puente resistencia
con
Eqpo
1
250.00
250.00
Und
1
400.00
400.00
Und
1
5,420.00
5,420.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
2,300.00
2,300.00
Und
1
250.00
250.00
Und
1
1000.00
1000.00
4,400.00
4,400.00
resistencia de 1 ohmio-100watt. 2.1.4
Reostato de 2 kva entrada 220 voltios salida 0-230v. Transformador trifásico 350 kva
2.1.5
de 440-/2300 v conexión de 60 ciclos/ seg. 1
2.1.6
variac
de
2kva
monofásico
120/ 0-120v marca intesa. 1 variac de 1kva monofásico 220
2.1.7
v/0-230v 5 amps marca intesa. Equipo de prueba para el ensayo
2.2
de relación de transformadores. Puente
T T R.
2.2.1
Equipo de prueba para el ensayo
2.3
de
resistencia
de
aislamiento
de transformadores y motores. Megómetro 2.3.1
electrónico
para
tensión de 1000/5000 voltios. Equipos
2.3.3
yokogama
de 500 vdc Megómetro
2.3.2
electrónico
para
el
ensayo
de
rigidez dieléctrica de aceite.
1
Espinterometro de esferas. 2.3.4
Máquina
refiltradora
para
2.3.5
aceite de transformador.
el
Und Und
1
2,700.00
2,700.00
Und
1
4,000.00
4,000.00
Und
1
2,100.00
2,100.00
Equipo de prueba de ensayo para 2.4
tensión aplicada. Transformador
2.4.1
monofásico
elevador 0-230 0-460/ 38.76 – 152kv
108.6-54.3/
0.65-0.32-
0.16 amp. Transformador 2.4.2
de
nivel
de
aislamiento de 10 kv de 120 v/ 7200v monofásico,60 hz.
ITEM 2.9.9
DESCRIPCION Pinza
amperimétrica
tensión
150-300–1000
Amperios
de
METRADO UND CANT CA UND. 2
PARCIAL US $
TOTAL US $
250.00
500.00
300.00
300
voltios
10-50-100-250-1000
amperios. resistencia 0.2k frecuencia 50/60hz. 2.9.10
Pinza
amperimétrica
de
CC
UND.
1
continua. Tensión
150-300-1000
voltios
Amperios 10-50-100-250-500 amp.
TOTAL US$
73,400
10.3.
FINANCIAMIENTO
El financiamiento del monto de la inversión se podrá resolver: a) Recursos
propios.-
accionistas el
utilizando
el
aporte
en dinero efectivo en bienes
proyecto
este
en
condiciones
de
de
los
hasta que iniciar
el
por
las
impulso financiero. b) Recursos
de
la
banca
comercial.-
características del proyecto, constituye un programa de mediana empresa para dar solución al proyecto como el
nuestro
COFIDE
desarrollo,
corporación
solucionan
característica
vía
el
financiera
proyecto
de
instituciones
de esta
financiera
intermediaria ejemplo Banco de Crédito. El
Banco
viable
de
da
Crédito
la
previo
solución
a
estudio
través
de
del
proyecto
un
préstamo
hipotecario con la entidad beneficiaria sujetándose a las
condiciones
de
transacciones
financieras
tales
como: Tasa de interés
:
12.5% anual
Tipo de interés
:
al rebatir
Amortizaciones
:
mensual
Plazo
:
5 años (mediano plazo).
Devolución
:
en dólares $
A continuación calculare las operaciones financieras para el presente proyecto: 1.
Institución financiera
:
COFIDE
2.
Institución financiera intermediaria: BANCO DE CREDITO
3.
Institución
beneficiaria:
Empresa
Reparaciones Industriales Eléctricas.
de
4.
Formas de inversión: Préstamo hipotecario.
5.
Periodo del proyecto: 5 años mediano plazo
6.
6. Tasa de interés:
7.
Tipo de interés: Al rebatir.
8.
Amortización: mensual
9.
Número de amortizaciones : 60 cuotas
10. Préstamo:
12.5% anual.
103,300 $
11. Tasa de interés efectivo mensual: Iefm. ( 1+IefA) =
(1+Iefm)12
Deduciendo: Iefm=(1+IefA)1/12 -1 Reemplazando valores : Iefm=(1+0.125)1/12 -1 = 0.00986358 Iefm=0.009864 12. Amortizaciones: A A
Pr estamo 103.300 1721.66$ N cuotas 60
13. Interes del 1° periodo (mensual): Itl Itl=RtxIefm = $103,300 x 0.009864 = $ 1,018.9512 Donde: Rt= Deuda residual del periodo préstamo. 14. Cuota a pagar en el 1° mes:Stl Stl=A+Itl= $1,721.66+$1,018.952 = $2740.6112 15. Deuda residual del 1° Periodo :Rtl Rtl= Rt-A=$103,300-$1,721.66 = $101,578.34 Excepcionalmente COFIDE puede financiar el 100% del monto requerido todos los prestamos son otorgados y cobrados en dólares USA.
CUADRO GASTOS
MES
10.1
ADMINISTRATIVOS – VENTAS
GASTOS
GASTOS ADMINISTRATIVOS Person
Mant
Enero
1160
30
35
25
1,250
Ventas 1,200
Febrero
1160
30
35
25
1,250
1,200
Marzo
1160
30
35
25
1,250
1,200
Abril
1160
30
35
25
1,250
1,200
Mayo
1160
30
35
25
1,250
1,200
Junio
1160
30
35
25
1,250
1,200
Julio
1160
30
35
25
1,250
1,200
Agosto
1160
30
35
25
1,250
1,200
Setiembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Octubre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Noviembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Diciembre
1160
30
35
25
1,250
1,200
Deprec. Otros
Total
CUADRO
10.2
GASTOS FINANCIEROS ($) Int. C.T.
Int. A.F.
Total
Enero
67.657
165.643
233.3
Febrero
67.657
165.643
233.3
Marzo
67.657
165.643
233.3
Abril
67.657
165.643
233.3
Mayo
67.657
165.643
233.3
Junio
67.657
165.643
233.3
Julio
67.657
165.643
233.3
Agosto
67.657
165.643
233.3
Setiembre
67.657
165.643
233.3
Octubre
67.657
165.643
233.3
Noviembre
67.657
165.643
233.3
Diciembre
67.657
165.643
233.3
C.T.:
CAPITAL FIJO
A.F.:
ACTIVO FIJO
$ 2,800
CUADRO 10.3 COSTOS DE MATERIALES EN $ TIPOS DE MAQUINA ELECTRICA REBOBINADO DE MOTORES DE PEQUEÑA POTENCIA REBOBINADO DE MOTORES DE MEDIA DE POTENCIA REBOBINADO DE MOTORES MONOFASICOS REBOBINADO DE GENERADORES DE
Enero
Febre.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Seti.
Octub.
Novi.
Dici.
725
723
690
723
723
690
690
690
730
730
725
725
765
785
720
785
785
740
740
740
750
750
765
765
570
678
626
678
678
690
690
690
620
620
570
570
652
786
710
786
786
740
740
740
700
700
652
652
587
678
626
678
678
690
690
690
593
593
587
587
587
678
635
678
678
690
690
690
593
593
587
587
486
638
635
638
638
660
660
660
530
530
486
486
486
638
550
638
638
660
660
660
530
530
486
486
568.14
640.64
444.736
640.64
640.64
665.408
665.408
665.408
277.344
277.344
568.14
568.14
5426.144
6244.64
5636.736
6244.64
6244.64
6225.408
6225.408
6225.408
5337.344
5337.344
5426.144
5426.144
MEDIA POTENCIA FABRICACION Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS REPARACION DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS HASTA 100 KVA REPARACION DE TABLEROS ELEELECTRICOS INDUSTRIALES CONSTRUCCION DE TABLEROS ELECTRICOS DE CONTROL SERVICIOS Y PUESTAS EN MARCHA DE MOTORES TRIFASICOS Y TRANSFORMADORES TOTAL
TOTAL
CUADRO N° 10.4 INGRESO VENTAS EN $
$ 70,000
TIPOS DE MAQUINA ELECTRICA REBOBINADO DE MOTORES DE
Enero
Febre.
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Seti.
Octub.
Nobi.
Dici.
2,100
2,000
2,200
2,000
2,000
1,500
1,500
1,500
2.000
2.000
1,800
1,800
REBOBINADO DE MOTORES DE MODIA POTENCIA
1,200
1,200
1,200
1,200
1,200
1,600
1,600
1,600
2,800
2,800
2,000
2,000
REBOBINADO DE MOTORES MONOFASICOS
1,120
1,050
980
1,050
1,050
1,190
1,190
1,190
980
980
560
560
REBOBINADO DE GENERADORES DE MEDIA POTENCIA
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
1,750
1,750
1,750
750
750
2,400
2,400
FABRICACION Y REBOBINADO DE TRANSFORMADORES MONOFASICOS
1,600
800
400
800
800
800
800
800
1,600
1,600
900
900
REPARACION DE TRANSFORMADORES TRIFASICOS HASTA 100 KVA
2,400
4,000
2,400
4,000
4,000
2,400
2,400
2,400
2,400
2,400
1,200
1,200
REPARACION DE TABLEROS ELECTRICOS INDUSTRIALES
1,800
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
3,000
1,500
1,500
1,500
1,500
900
1,200
1,800
1,200
1,200
1,800
1,800
1,800
1,200
1,200
1,500
1,500
1,000
900
1,000
900
900
1,400
1,400
1,400
1,000
1,000
1,260
1,260
13,120
15,150
13,980
15,150
15,150
15,440
15,440
15,440
14,230
14,230
13,120
13,120
PEQUEÑA POTENCIA
CONSTRUCCION DE TABLEROS ELECTRICOS DE CONTROL SERVICIOS Y PUESTA EN MARCHA DE MOTORES TRIFASICOS Y TRANSFORMADORES TOTAL
TOTAL : 173,570 U$
RESUMEN DE LOS CUADROS N° 10.1, 10.2, 10.3 Y 10.4
- Total de facturación
$
173,570.00
- Total de gastos administrativos $
15,000.00
- Total de gastos en ventas
$
14,400.00
- Total de gastos financieros
$
2,800.00
- Total de gastos materiales
$
70,000.00
Ganancia bruta (G.B)
$
71,370.00
Gastos de impuestos (aprox.30%G.B) $
17,842.50
Ganancia Neta
53,520.50
$
10.4 EVALUACION ECONOMICA FINANCIERA 10.4.1 TASA CONTABLE DE GANANCIAS Es un parámetro que resulta de dividir la ganancia neta promedio anual (después de impuestos) sobre el monto de la inversión originada, debiendo ser el resultado mayor a la tasa de corte, en este caso el proyecto se considera rentable. Consideramos la tasa de corte de 10% T .C.G.
53,527.5 x100 103,300
T .C .G. 51.81%
El proyecto es rentable. 10.4.2. PERIODO DE RECUPERACION O DE RETORNO Es un parámetro que resulta de dividir el monto de la
investigación
por
el
monto
de
los
ingresos
netos a producir. El presupuesto es rentable si este valor es menor al período de recuperación, que es de 5 años. P.R = 103,300 53,527.5 P.R = 1.92 El proyecto es rentable.
CUADRO 10.5
ESTADO DE PERDIDA Y GANANCIA
INGRESOS COSTO DE MATERIALES GASTOS ADMINISTRATIVOS GASTOS DE VENTAS DEPRECIACION (LINEAL) UTILIDAD BRUTA IMPUESTOS A LA RENTA (30%) UTILIDAD NETA
1
2
3
4
5
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
173570 -70000 -15000 -14400 -16280 57890 -17367 40523
CUADRO DE FINANCIAMIENTO Tasa de interés :
12,5% al rebatir
Monto a financiar: $ 103300
Periodo de pago
5 años
Escudo Tributario: (Tasa de
30%
Impuesto)*(interés)
:
Tasa de impuesto :
0
1
2
3
4
5
-20660
-20660
-20660
-20660
-20660
INTERES
-12912,5
-10330
-7747,5
-5165
-2582,5
ESCUDO TRIBUTARIO
3873,75
3099
2324,25
1549,5
774,75
-29698,8
-27891
-26083,25
-24275,5
-22467,75
PRINCIPAL
103300
AMORTIZACION
FLUJO DE FINANCIAMIENTO
103300
CUADRO 10.6 FLUJO DE CAJA
0
1
2
3
4
5
INGRESOS COSTOS DE MATERIALES
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
173570 -70000
GASTOS ADMINISTRATIVOS
-15000
-15000
-15000
-15000
-15000
GASTOS DE VENTAS
-14400
-14400
-14400
-14400
-14400
-17367
-17367
-17367
-17367
-17367
56803
56803
56803
56803
62803
IMPUESTO A LA RENTA(30 %) INVERSION
-103300
Inversión fija tangible
-93600
Inversión fija intangible
-3700
Capital de trabajo (KT)
-6000
Recuperación de KT
6000
FLUJO DE CAJA ECONOMICO
-103300
FLUJO DE FINANCIAMIENTO
103300 -29698,75
FLUJO DE FINANCIERO
0
27104,25
-27891 -26083,25 28912
30719,75
-24275,5 -22467,75 32527,5
40335,25
Considerando una tasa COK = 10% VAN ECONOMICO
=
115.753,59 VAN FINANCIERO =118.876,38
TIR
=
47,5101%
El
VAN
tanto
económico
como
financiero
resulta
ser
positivo, por tanto nuestro proyecto es rentable. El proyecto es rentable económicamente, pero lo será más si lo financiamos con el préstamo que el banco nos hará, debido a que existe un apalancamiento financiero positivo. Así mismo la TIR es mayor que el costo de oportunidad del
capital,
lo
cual
rentabilidad del proyecto.
lo
garantiza
también
la
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. Los motores eléctricos asíncronos, por su principio sencillo y construcción robusta, constituyen en la actualidad las máquinas eléctricas más empleadas en la
industria
y
no
exigen
grandes
requisitos
de
mantenimiento para evitar costosas interrupciones en el servicio que prestan y los gastos consiguientes de reparación, si se tiene
el cuidado de emplearlos
correctamente. 2. Las empresas de
motores,
o talleres dedicados a la reparación y
en
general
de
cualquier
máquina
eléctrica, debe estar equipadas
convenientemente y
contar
y
con
el
personal
poder garantizar
idóneo
una reparación
calificado
para
de alta calidad.
3. La confiabilidad y eficiencia de las reparaciones está
respaldada,
realización
entre
otros
factores,
por
la
flujo
y
de
acuerdo
a
la
de las siguientes rutinas:
-
Diagnóstico del origen de falla.
-
Análisis
de
la
densidad
de
corriente en toda la máquina. -
Utilización
de
materiales
de
clase de aislamiento. 4.
Selección del ajuste de los rodamientos.
En el proceso de reparación de máquinas eléctricas deben aplicarse los materiales aislantes cuya clase de aislamiento es idéntica a la de los materiales utilizados por la fábrica proveedora; justificándose la sustitución
de los materiales
aislantes de una clase por las de otra, sólo en
aquel caso cuando al hacer la sustitución, se eleva el nivel del aislamiento de la máquina eléctrica. 5.
Un
dimensionamiento
compromete
la
punto
vista
de
deficiente
seguridad
de
eléctrico;
la
del
aislamiento
máquina
un
desde
el
dimensionamiento
excesivo reduce la potencia disponible, ya que los aislantes eléctricos son, a la vez
aislantes
térmicos y dificultan la dispersión de calor;
por
lo
más
tanto,
se
debe
utilizar
los
materiales
apropiados. 6.
Para un motor de construcción normal, la corriente en vacío la
I0 debe de ser del orden de 20% a 40% de
corriente
servicio
nominal,
dependiendo
del
y forma de construcción. Un
tipo
motor
de que
tiene una gran corriente en vacío debido a una fuerte inducción es más estable; pero su factor de potencia es menor. 7.
Los valores usuales adoptados para la inducción en la construcción de las máquinas eléctricas varían entre límites bastante amplios, según el material y las
características
específicas
del
tramo
correspondiente al circuito magnético. 8.
El valor de la densidad de corriente, que define las perdidas
en el cobre del devanado , varía de
acuerdo a la clase de aislamiento, velocidad y tipo constructivo del motor; siendo, por ejemplo grande para los motores abiertos
más
y más pequeño
para los motores blindados, más grande para los motores veloces y más
pequeño para los más lentos;
más grande para los motores de clase F que para los de clase B. 9.
La
determinación
conductor importante,
del
utilizado ya
que
corriente circulante
valor para está
de
el
la
bobinado
bobinado
y
lo
con
y con las dimensiones segundo
posibilidad de ubicación
del
es
relacionada
ranura. Lo primero por razones del
sección
muy la
de la
de calentamiento por
razones
de
dentro de cada ranura.
10. Si un motor, luego de ser rebobinado, se comporta dentro de ciertos límites condiciones
que lo acercan
a las
de fabricación, puede estimarse que el
trabajo está bien realizado, ya que las pequeñas diferencias en el rendimiento, factor de potencia, corriente absorbida porque no es posible
de la red, etc.,
se aceptan
repetir con mayor exactitud
las cifras originales de fábrica.
BIBLIOGRAFÍA 1.
“Máquinas de corriente Alterna”, Michael Liwschitz – Garrik, Clyde C. Whipple, 1976.
2
“Reparación
de
motores
Eléctricos”,
Robert
Rosenberg. 3.
“Manual del Electricista en Trabajos de devanado y aislamiento”, N.M. Perelmuter, 1983
4.
“Cálculo industrial de máquinas eléctricas”, Tomo II, Juan Corrales Martín, 1976
5.
“Manual
Práctico
de
medidas
eléctricas
y
de
ensayos de Máquinas”, M. Lafosse, 1965 6.
“Consejos
para
la
utilización
de
motores
Eléctricos” Ing. Antonio Ferreccio Nosiglia, 1978, UNI. 7.
“Máquinas Eléctricas”, Ing. G. Donizetti; 1962, UNI.
8.
“Manual de Mantenimiento de Transformadores ASEA – Brown Bovery. 1993.
9.
Gugliandoloca Fillippo,
Ismodes C. Anibal E, “
Como Seleccionar un Motor Eléctrico” 10. Tablas, Compañía
formatos
y
FARELSA S.A.
datos
estadísticos
de
la
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