Diseño programa mantenimiento predictivo motores eléctricos (página 2)

4. Termografía. La Termografía
Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin
ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de
superficie con precisión.

Para ver el gráfico seleccione la opción
"Descargar" del menú superior Los ojos humanos no son
sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto,
pero las cámaras termografías, o de
termovisión, son capaces de medir la energía con
sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes
de onda. Esto nos permite medir la energía radiante
emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la
temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin
contacto.

La gran mayoría de los problemas y averías
en el entorno industrial ya sea de tipo mecánico,
eléctrico y de fabricación – están
precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados
mediante la monitorización de temperatura con sistema de
Termovisión por Infrarrojos. Con la implementación
de programas de inspecciones termografías en
instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos, etc. es
posible minimizar el riesgo de una falla de equipos y sus
consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta
para el control de calidad de las reparaciones
efectuadas.

El análisis mediante Termografía
infrarroja debe complementarse con otras técnicas y
sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis
de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, los
ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores
eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no
destructivos clásicos: ensayos, radiográfico, el
ultrasonido activo, partículas magnéticas,
etc.

El análisis mediante Cámaras
Termografías Infrarrojas, está recomendado
para:

Instalaciones y líneas eléctricas de Alta
y Baja Tensión.

Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y
empalmes eléctricos.

Motores eléctricos, generadores, bobinados,
etc.

Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y
embragues mecánicos.

Hornos, calderas e intercambiadores de calor.

Instalaciones de climatización.

Líneas de producción, corte, prensado,
forja, tratamientos térmicos.

Las ventajas que ofrece el Mantenimiento Preventivo por
Termovisión son:

Método de análisis sin detención de
procesos productivos, ahorra gastos.

Baja peligrosidad para el operario por evitar la
necesidad de contacto con el equipo.

Determinación exacta de puntos deficientes en una
línea de proceso.

Reduce el tiempo de reparación por la
localización precisa de la Falla.

Facilita informes muy precisos al personal de
mantenimiento.

Ayuda al seguimiento de las reparaciones
previas.

5. Análisis por árbol de fallas. El
Análisis por Árboles de Fallos (AAF), es una
técnica deductiva que se centra en un suceso accidental
particular (accidente) y proporciona un método para
determinar las causas que han producido dicho accidente.
Nació en la década de los años 60 para la
verificación de la fiabilidad de diseño del cohete
Minuteman y ha sido ampliamente utilizado en el campo nuclear y
químico. El hecho de su gran utilización se basa en
que puede proporcionar resultados tanto cualitativos mediante la
búsqueda de caminos críticos, como cuantitativos,
en términos de probabilidad de fallos de
componentes.

Para el tratamiento del problema se utiliza un modelo
gráfico que muestra las distintas combinaciones de fallos
de componentes y/o errores humanos cuya ocurrencia
simultánea es suficiente para desembocar en un suceso
accidental.

La técnica consiste en un proceso deductivo
basado en las leyes del Álgebra de Boole, que permite
determinar la expresión de sucesos complejos estudiados en
función de los fallos básicos de los elementos que
intervienen en él.

Consiste en descomponer sistemáticamente un
suceso complejo (por ejemplo rotura de un depósito de
almacenamiento de amoniaco) en sucesos intermedios hasta llegar a
sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de
componentes, errores humanos, errores operativos, etc. Este
proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo
que se denomina puertas lógicas que representan los
operadores del álgebra de sucesos.

6. Análisis FMECA. Otra útil
técnica para la eliminación de las
características de diseño deficientes es el
análisis de los modos y efectos de fallos (FMEA); o
análisis de modos de fallos y efectos críticos
(FMECA) La intención es identificar las áreas o
ensambles que es más probable que den lugar a fallos del
conjunto.

El FMEA define la función como la tarea que
realiza un componente — por ejemplo, la función de una
válvula es abrir y cerrar– y los modos de fallo son las
formas en las que el componente puede fallar. La válvula
fallará en la apertura si se rompe su resorte, pero
también puede tropezar en su guía o mantenerse en
posición de abierta por la leva debido a una rotura en la
correa de árbol de levas.

La técnica consiste en evaluar tres aspectos del
sistema y su operación:

– Condiciones anticipadas de operación, y el
fallo más probable.

– Efecto de fallo en el rendimiento.

– Severidad del fallo en el mecanismo.

La probabilidad de fallos se evalúa generalmente
en una escala de 1 a 10, con la criticidad aumentando con el
valor del número.

Esta técnica es útil para evaluar
soluciones alternativas a un problema pero no es fácil de
usar con precisión en nuevos diseños.

El FMEA es útil para evaluar si hay en un
ensamble un número innecesario de componentes puesto que
la interacción de un ensamble con otro multiplicará
los efectos de un fallo. Es igualmente útil para analizar
el producto y el equipo que se utiliza para
producirlo.

El FMEA, ayuda en la identificación de los modos
de fallo que es probable que causen problemas de uso del
producto. Ayuda también a eliminar debilidades o
complicaciones excesivas del diseño, y a identificar los
componentes que pueden fallar con mayor probabilidad. Su empleo
no debe confinarse al producto que se desarrolla por el grupo de
trabajo. Puede también usarse eficazmente para evaluar las
causas de parada en las máquinas de producción
antes de completar el diseño.

Características del mantenimiento
predictivo. El mantenimiento predictivo presenta las
siguientes características:

– Predice el fallo, interviene como consecuencia del
cambio en la condición monetaria.

– Practica una diagnosis fundamentada en
síntomas, medidos por los monitores con instrumentos a
veces muy complejos.

– Las acciones se efectúan antes de que ocurran
las fallas.

– La identificación de tendencias y el
diagnostico mediante la detección de la falla con la
maquina en operación permite planificar la
intervención.

Ventajas de mantenimiento predictivo. – Se
programa el paro para efectuar reparaciones en la fecha
más conveniente que incluya lo que respecta a recursos
humanos, materiales y equipos.

– Se reduce al mínimo la posibilidad de generar
daños a la maquina por una falla forzada.

– Permite que una maquina trabaje hasta la inminencia de
la falla, hasta la ineficiencia del procesador o los desperfectos
del producto obliguen al paro de la maquinaria.

– Evita las fallas catastróficas que puedan
requerir del reemplazo total de la maquinaria, constituye un
problema de seguridad para los operadores y el personal y de
costos relativamente altos.

– Disminuye las demoras por paradas de los
equipos.

– Disminuye los costos asociados al
mantenimiento.

Programa de mantenimiento predictivo. La
creación y aplicación de un programa de
medición y análisis de variables es fundamentales
para garantizar la disponibilidad de operación de los
equipos.

Existen doce pasos esenciales involucrados en a una
organización de un programa de mantenimiento
predictivo.

Paso 1: Factibilidad de aplicación. El
primer paso consiste en determinar la factibilidad de establecer
un programa. Este paso se fundamenta en un análisis de la
condición de la maquinaria existente en la planta en
términos de disponibilidad, confiabilidad, y tiempos
muertos, entre otros. Sin embargo, la factibilidad de un
manteamiento en base a la condición es en función
de la cantidad y el tipo de máquinas, además de la
experiencia del personal en este tipo de servicio.

Paso 2: Selección del equipo. El segundo,
consiste en ubicar el equipo dentro del proceso productivo o
sistema operativo, entender su funcionamiento y su
filosofía de operación, en función de
establecer cuando puede ser detenido, en oportunidad y frecuencia
y criticidad dentro de la planta.

El objetivo de este paso es abarcar una criticidad de
máquinas donde el programa sea operable, tomando en cuenta
los requisitos del personal, los cronogramas de producción
y el costo de los tiempos muertos, entre otros.

Paso 3: Selección de las técnicas de
verificación de condición (Matriz
Variables) Un paso de suma importancia para la
organización del mantenimiento preventivo es la
determinación, para cada órgano de las maquinas
críticas, de los valores límites de aceptabilidad
de las características o variables que queremos medir con
el monitoreo (ejemplo, nivel de vibración, espesor de un
material, grado de impureza de un lubricante, entre
otras).

Esta etapa es impureza de establecer los siguientes
aspectos:

-Disposición de instrumentos y técnicas
capaces de comprobar el parámetro a ser medido.

-Las variables de medición que permitan la
detección de fallas.

-Establecer periodos de medición que indiquen la
condición de una máquina y el avance de una
falla.

-Definir puntos de medición para obtener valores
de medición confiables que permitan una detección
de los efectos de la máquina.

Paso 4: Implementación del Sistema de
Mantenimiento Predictivo. Una vez establecidas las
técnicas óptimas para la verificación de
cada unidad de la planta, las mismas son integradas en un
programa racional que comprende:

-La definición de cronogramas de
monitoreo.

-El diseño de un sistema sencillo para el manejo
de datos, a saber.

-Recopilación y presentación de
informes.

-Un programa de entrenamiento e instrumentación
para el personal.

Paso 5: Fijación y revisión de datos y
límites de condición aceptable. La finalidad de
este paso es establecer lo niveles normales de los
parámetros para la verificación de la
condición, que represente un estado aceptable de la
máquina. Esto, en realidad, puede establecerse
únicamente sobre la base de la experiencia y los datos
históricos. Sin embargo, en las etapas iniciales cuando no
se dispone de dichos datos, podrán utilizarse como
guía las recomendaciones del fabricante y las tablas de
índices generales de severidad
correspondientes.

En base a dichos niveles "normales" se
establecerá límites de acción que
representen un deterioro significativo de la condición y
proporcionan una advertencia razonable de la falla inminente. Es
esencial que los límites fijados sean revisados,
según lo determinen la experiencia y los registros de
mantenimiento.

Paso 6: Mediciones de referencia de las
máquinas. Cuando se inicia un programa de
mantenimiento predictivo la condición mecánica de
la máquina no es evidente, es necesario establecerla
mediante la aplicación de las técnicas de
verificación seleccionadas y la comparación entre
las mediciones observadas y los límites aceptables
preestablecidos.

Cuando la condición de la máquina resulta
aceptable, esta pasa a formar parte del programa de
verificación rutinaria. Las mediciones de referencia
sirven de "patrón", para la comparación en caso de
que se detecte una falta durante la vida útil de la
máquina.

Paso 7: Medición periódica de la
condición. Se entra en un ciclo de mediciones y
comparaciones, en el cual se monitorea con una frecuencia
determinada la condición y se compara su rata de cambio o
su tendencia con los límites preestablecidos, éstos
últimos pueden reajustarse.

Paso 8: Recopilación de datos. La
recopilación de los datos es una actividad de suma
importancia y en la cual radica el éxito del resto del
plan. La recopilación puede ser simple o compleja: Un
sistema simple puede comenzar con un medidor de vibraciones
portátil. Efectuando registros manuales de los niveles de
vibración a intervalos regulares pueden detectarse
tendencias indeseables.

Los programas de mantenimiento predictivo pueden ser
ampliados incorporando instrumentos adicionales o integrando el
programa a un sistema más sofisticado que incluya
colectores de datos automatizados, computadoras y software
(programas lógicos). En el caso de máquinas
críticas, tal vez se requieran sistemas de
supervisión automática y monitoreo
continuo.

Paso 9: Registro de datos. El método de
registro es tan importante como la recopilación, por tanto
se le dará mayor énfasis en las secciones de
Organización, programa, método, estándar y
reporte de las condiciones monitoreadas.

Paso 10: Análisis de Tendencias. El
análisis de tendencias permita mediante la
utilización de técnicas sencillas detectar el
deterioro del estado de la máquina, mediante el
análisis de tendencias de os datos medidos, después
de lo cual La máquina será sometida a un posterior
análisis de la condición.

Paso 11: Análisis de la condición.
Se trata de un análisis profundizado de la
condición de la máquina, con la finalidad de
confirmar si realmente existe un defecto y llevar a cabo un
diagnóstico y pronóstico de la falla, por ejemplo:
Tipo de falla, ubicación, medidas correctivas
requeridas.

Paso 12: Corrección de las fallas. Una vez
diagnosticada la falla, será responsabilidad de
departamento de mantenimiento organizar las medidas correctivas.
En esta etapa es de suma importancia establecer la causa de la
condición de falla y corregirla. Los detalles de a falta
identificada deberán ser revertidos al programa con el fin
de confirmar el diagnóstico y /o perfeccionar las
capacidades de diagnóstico del programa.

Equipo para diagnóstico. Existe una gran
variedad de opciones y cada fabricante incorpora cada día
más y más ventajas de aplicación, modernos
software que permiten una operación amigable,
fáciles de operar y manuales para interpretación de
datos. Se describe a continuación los equipos más
relevantes.

1-. Cámara Termográfica.

Existe buena variedad de opciones, pero para este
espacio únicamente comentaré la cámara Terma
Cam P60, cámara infrarroja que permite el monitoreo de
toda clase de equipos y maquinaria, cuyas condiciones de
operación podrían generar temperaturas fuera de
diseño. Como por ejemplo motores eléctricos,
transformadores, Disyuntores, Tableros eléctricos de
distribución, calderas, etc.

Es versátil y portátil, equipada con
software que permite cargar y descargar imágenes y datos
en computadora, al igual que una cámara de vídeo,
posee las funciones de zoom, puede monitorear rangos de
temperatura de -40 ºC a 2000 ºC con una exactitud de
± 2%. Su fuente de alimentación es una
batería recargable que puede darnos hasta dos horas
continuas de operación y cuenta con sólo 2 kg de
peso.

Este es un instrumento de diagnóstico
versátil y eficaz. En las siguientes ilustraciones podemos
apreciar su diseño ergonómico y versátil y
sus distintas aplicaciones.

Figura 22 Cámara termografica. Fuente:
Google.

Figura 23 Aplicación de la cámara
termografía a un motor eléctrico. Fuente:
Google.

2-. Analizador de Calidad de Energía. Hoy
en día un factor crítico de competitividad es el
consumo de energía, ya sea que se utilice como la
combustión de diferentes tipos de combustible, o como
energía eléctrica generada por el mismo medio o por
sistemas hidráulicos, independientemente, es un recurso de
alto costo de adquisición y que de hecho encarece los
precios de los productos o servicios en la industria y el
comercio. Por esta razón, en el mantenimiento de
análisis de condición se utilizan los equipos ya
sea offline u online para monitoreo de la calidad de
energía que se pudiera estar generando o
utilizando.

Este moderno equipo de monitoreo puede auditar los
siguientes factores eléctricos:

• Voltaje y sus fluctuaciones • Frecuencia y
sus fluctuaciones • Potencia • Factor de potencia
Existe una buena variedad de opciones entre las que destacan
equipo Fluke 43B. Equipo muy versátil y portátil
para chequeo offline, cuenta con prensa fija y flexible,
además que posee un osciloscopio incorporado, sus rangos
de medición son: Medida de la energía (W, VA, VAR),
Factor de potencia, fluctuaciones de frecuencia, corrientes de
marcha y arranque de motores, etc.

Posee un modo de multímetro, lo que permite hacer
mediciones de resistencia y continuidad, y medición de
diodos; además, por ser un modelo versátil, posee
un medidor de temperatura, y puede monitorear en online hasta 16
días. Y algunas otras ventajas muy importantes.

Figura 24 Analizador de calidad de energía
Fluke 43B. Fuente: Google.

También podemos mencionar la línea de
analizadores AEMC, METREL, ECAMEC, cada uno posee
características propias y adaptables a cualquier lugar y
circunstancia.

Figura 25 Analizador de calidad de energía
AEMC. Fuente: Google.

Figura 26 Analizador de calidad de energía
METREL. Fuente: Google.

Figura 27 Analizador registrador para monitoreo de
Redes eléctricas. Fuente: Google.

3-. Analizador de vibraciones. Siendo que un
factor crítico en cualquier equipo o maquinaria
dinámico es la vibración tanto por
operación, como por sintomatología en la presencia
de fallas o averías, actualmente ha tomado mucho auge esta
aplicación y de la misma manera como con los otros
equipos, podemos encontrar una gran diversidad y
opciones.

Figura 28 Analizador de vibraciones portátil
VIBCHECK. Fuente: Google.

4-. Analizador Evaluador de Condiciones de
operación de Motores. Los motores eléctricos
realmente son el corazón de todo equipo y maquinaria. Los
vamos encontrar en todo tipo de aplicaciones siendo equipos muy
versátiles y muy generosos en su operación, y por
lo mismo son objeto de rigurosos controles desde el punto de
vista del mantenimiento de Condición, ya que ello nos
permite mantener la confiabilidad de equipos y
maquinaria.

También en esta área existen muchas
opciones y corresponde a cada ingeniero de planta seleccionar los
equipos que más se adapten a sus necesidades sin provocar
un impacto en sus costos de operación.

El MCE Mtap2 (Motor Circuit Evaluator) es un equipo muy
versátil por sus características especiales,
fácil de utilizar y es portátil; entre sus
características podemos destacar: pruebas en motores de AC
y DC y motores especiales; monitores cinco zonas de posible
falla, circuito de alimentación, estator, rotor,
entrehierro y aislamiento eléctrico.

Figura 29 Evaluador de circuitos de motor.
Fuente: Google.

Tecnologías predictivas. Las
tecnologías predictivas son herramientas que permiten
detectar con suficiente anticipación cambios en las
condiciones mecánicas, eléctricas y operacionales
de la maquinaria a través del monitoreo de variables como
temperatura, ultrasonido, vibración, entre otras. En los
programas de mantenimiento basados en condición, se
utilizan distintas herramientas predictivas que permiten
inspeccionar aspectos claves, sobre los activos físicos
industriales. Algunos de estos aspectos se reflejan en la
figura 30.

Figura 30 Motores eléctrico de
inducción trifásica. Fuente: Revista
Mecanálisis (2006).

Motores Eléctricos Trifásicos. Es
una máquina eléctrica que transforma energía
eléctrica en energía mecánica por medio de
interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores
eléctricos son reversibles, pueden transformar
energía mecánica en energía eléctrica
funcionando como generadores. Los motores eléctricos de
tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas
tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones
industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar
conectados a una red de suministro eléctrico o a
baterías. Así, en automóviles se
están empezando a utilizar en vehículos
híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

El motor eléctrico trifásico es una
máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la
energía eléctrica trifásica suministrada, en
energía mecánica. La energía
eléctrica trifásica origina campos
magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte
fija del motor).

Los motores eléctricos trifásicos, se
fabrican en las más diversas potencias, desde una
fracción de caballo hasta varios miles de caballos de
fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas
las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a
menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones
nominales distintas. Se emplean para accionar
máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores,
grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc.

Principio de funcionamiento. Cuando la corriente
atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el
estator se origina un campo magnético que induce corriente
en las barras del rotor.

Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar
con el flujo del campo magnético del estator,
originará un par motor que pondrá en movimiento al
rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones
también continuas, de la corriente alterna
trifásica.

Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la
misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto
se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al
cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se
le llama deslizamiento.

Después de ese momento vendrá un nuevo
empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De
esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la
misma velocidad del campo magnético giratorio.

Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o
asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme
aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se
reduce en una proporción mayor.

Los motores de corriente alterna y los de corriente
continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el
cual establece que si un conductor por el que circula una
corriente eléctrica se encuentra dentro de la
acción de un campo magnético, éste tiende a
desplazarse perpendicularmente a las líneas de
acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un
electroimán debido a la corriente eléctrica que
circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades
magnéticas, que provocan, debido a la interacción
con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que
se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un
conductor produce un campo magnético, además si lo
ponemos dentro de la acción de un campo magnético
potente, el producto de la interacción de ambos campos
magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse
produciendo así la energía mecánica. Dicha
energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo
llamado flecha.

Partes y funcionamiento del motor eléctrico
trifásico. Independientemente del tipo de motor
trifásico del que se trate, todos los motores
trifásicos convierten la energía eléctrica
en energía mecánica.

1. El estator: está constituido por un
enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a
presión, entre una carcasa de hierro colado. El enchapado
es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas,
que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes
diámetros.

2. El rotor: es la parte móvil del motor.
Está formado por el eje, el enchapado y unas barras de
cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este
tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito
porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en
realidad una jaula.

3. Los escudos: están hechos con hierro
colado (la mayoría de veces). En el centro tienen
cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales
descansa el eje del rotor. Los escudos deben estar siempre bien
ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el
rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o
"fricciones".

Tipos y características del motor
eléctrico trifásico. Si el rotor tiene la misma
velocidad de giro que la del campo magnético rotativo, se
dice que el motor es síncrono. Si por el contrario, el
rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo
magnético rotativo, el motor es asíncrono de
inducción.

grupos:

? 1. Motores Síncronos ? 2. Motores
Asíncrono Motores Síncronos: Este motor
tiene la característica de que su velocidad de giro es
directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente
alterna que lo alimenta. Es utilizado en aquellos casos en donde
se desea una velocidad constante.

Las máquinas síncronas funcionan tanto
como generadores y como motores. En nuestro medio sus
aplicaciones son mínimas y casi siempre están
relacionadas en la generación de energía
eléctrica. Para el caso referente a la máquina
rotativa síncrona, todas las centrales
Hidroeléctricas y Termoeléctricas funcionan
mediante generadores síncronos trifásicos. Para el
caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada
es muy elevada, mayor que 1MW (mega vatio).

Los motores síncronos se subdividen a su vez, de
acuerdo al tipo del rotor que utilizan, siendo estos: rotor de
polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes.

Motores de rotor de polos lisos o polos no
salientes: se utilizan en rotores de dos y cuatro polos.
Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de
la superficie del rotor (Fig. 31). Los motores de rotor
liso trabajan a elevadas velocidades.

Figura 31 Rotor de polos no salientes en un motor
síncrono. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Motores de polos salientes: Los motores de polos
salientes trabajan a bajas velocidades. Un polo saliente es un
polo magnético que se proyecta hacia fuera de la
superficie del rotor. Los rotores de polos salientes se utilizan
en rotores de cuatro o más polos. Véase en la
(Fig. 32).

Figura 32 Rotor de polos salientes en un motor
síncrono. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Motores asíncronos: Los motores
asíncronos o motores de inducción, son las
máquinas de impulsión eléctrica más
utilizadas, pues son sencillas, seguras y baratas. Los motores
asíncronos se clasifican según el tipo de rotor, en
motores de rotor en jaula de ardilla (o motores con inducido en
cortocircuito) y en motores de rotor bobinado o de anillos
rozantes.

Figura 33 Motores de inducción
asíncronos. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

En los motores asíncronos trifásicos, la
energía eléctrica se suministra al bobinado del
estator. Como consecuencia de ello, aparece un par aplicado al
rotor, y éste girará.

Figura 34 Estator de un motor asíncrono
trifásico. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Sin lugar a dudas, como toda máquina puesta o no
en servicio, la temperatura excesiva del ambiente o causada por
un problema con el motor mismo, es un elemento clave a
considerar, ya que de ella depende la vida útil de la
máquina.

Ventajas En diversas circunstancias presenta
muchas ventajas respecto a los motores de
combustión:

A igual potencia, su tamaño y peso son más
reducidos.

Se pueden construir de cualquier
tamaño.

Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de
motor, prácticamente constante.

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en
torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la
potencia de la máquina).

Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en
la generación de energía eléctrica de la
mayoría de las redes de suministro si emiten
contaminantes.

Motores de corriente alterna Los motores de C.A.
se clasifican de la siguiente manera: Asíncrono o de
inducción Los motores asíncronos o de
inducción son aquellos motores eléctricos en los
que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la
que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor
es el par motor mayor es esta diferencia de
frecuencias.

Jaula de ardilla Un rotor de jaula de ardilla es
la parte que rota usada comúnmente en un motor de
inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico
con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor
de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro
montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras
longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados
juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos
que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre
esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster
(ruedas probablemente similares existen para las ardillas
domésticas) Trifásicos Motor de
Inducción. A tres fases La mayoría de los motores
trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir,
consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados
en estrella o en triángulo. Las tensiones en cada fase en
este caso son iguales al resultado de dividir la tensión
de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la
tensión de línea es 380 V, entonces la
tensión de cada fase es 220 V.

Rotor Devanado El rotor devanado o bobinado, como
su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos
anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas
escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden
variar hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje
de jaula de ardilla.

Monofásicos ? Motor universal ? Motor de
Inducción ? Motor de fase partida ? Motor por reluctancia
? Motor de polos sombreados Trifásico ? Motor de rotor
devanado.

? Motor asíncrono ? Motor síncrono Motor
síncrono Los motores síncronos son un tipo
de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante
y depende de la frecuencia de la tensión de la red
eléctrica a la que esté conectada y por el
número de pares de polos del motor, siendo conocida esa
velocidad como "velocidad de sincronismo".

La expresión matemática que relaciona la
velocidad de la máquina con los parámetros
mencionados es:

Dónde:

f: Frecuencia de la red a la que está conectada
la máquina (Hz) P: Número de pares de polos que
tiene la máquina p: Número de polos que tiene la
máquina n: Velocidad de sincronismo de la máquina
(revoluciones por minuto) Por ejemplo, si se tiene una
máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una
red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500
revoluciones por minuto.

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro
de la familia de los motores síncronos debemos
distinguir:

Los motores síncronos.

Los motores asíncronos sincronizados.

Los motores de imán permanente.

Los motores síncronos son llamados así,
porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo
magnético del estator son iguales. Los motores
síncronos se usan en máquinas grandes que tienen
una carga variable y necesitan una velocidad constante En este
tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las
mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del
estator.

Arranque de un motor trifásico
síncrono Existen cuatro tipos de arranques diferentes
para este tipo de motor:

? Como un motor asíncrono.

? Como un motor asíncrono, pero
sincronizado.

? Utilizando un motor secundario o auxiliar para el
arranque.

Como un motor asíncrono, usando un tipo de
arrollamiento diferente: llevará unos anillos rozantes que
conectarán la rueda polar del motor con el
arrancador.

Frenado de un motor trifásico
síncrono. Por regla general, la velocidad deseada de
este tipo de motor se ajusta por medio de un reóstato. El
motor síncrono, cuando alcance el par crítico, se
detendrá, no siendo esta la forma más ortodoxa de
hacerlo. El par crítico se alcanza cuando la carga
asignada al motor supera al par del motor. Esto provoca un
sobrecalentamiento que puede dañar el motor. La mejor
forma de hacerlo, es ir variando la carga hasta que la intensidad
absorbida de la red sea la menor posible, y entonces desconectar
el motor.

Otra forma de hacerlo, y la más habitual, es
regulando el reóstato, con ello variamos la intensidad y
podemos desconectar el motor sin ningún riesgo.

Usos: Los motores eléctricos se utilizan
en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su
reducido tamaño permite introducir motores potentes en
máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo
taladros o batidoras.

Cambio de sentido de giro: Para efectuar el
cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de
corriente alterna se siguen unos simples pasos tales
como:

Para motores monofásicos únicamente es
necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto
se puede realizar manualmente o con unos relevadores Para motores
trifásicos únicamente es necesario invertir dos de
las conexiones de alimentación correspondientes a dos
fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos
del par de arranque.

Regulación de velocidad. En los motores
asíncronos trifásicos existen dos formas de poder
variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un
equipo electrónico especial y la otra es variando la
polaridad gracias al diseño del motor. Esto último
es posible en los motores de devanado separado, o los motores de
conexión Dahlander.

Motores trifásicos de inducción.
El sistema trifásico. Las redes trifásicas
de baja tensión están formadas por los tres
conductores activos R, S y T, y pueden ejecutarse con o sin
conductor neutro. Los conductores neutros están unidos al
centro de la estrella del generador o del transformador
correspondiente al lado de baja tensión. Dos conductores
activos, o uno de ellos y el neutro, constituyen un sistema de
corriente alterna monofásica.

Tensión de servicio. La tensión
existente entre dos conductores activos (R, S, T) es la
tensión de línea (tensión compuesta o
tensión de la red). La tensión que hay entre un
conductor activo y el neutro es la tensión de la fase
(tensión simple).

Figura 35. Tensión de servicio. Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento.

Las tensiones normalizadas para las redes de corriente
trifásica, en baja tensión, son las
siguientes:

Figura 36 Tensiones normalizadas para las redes de
corriente trifásica. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Conexión de motores trifásicos. Los
motores trifásicos se conectan los tres conductores R, S,
T. La tensión nominal del motor en la conexión de
servicio tiene que coincidir con la tensión de
línea de la red (tensión servicio).

Figura 37 Conexión de servicio de los motores
trifásicos y sus potencias. Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento.

Potencia. Para elegir un motor adecuado, se
tendrán en cuenta los datos siguientes: la carga de
trabajo (potencia), la clase de servicio, el curso de ciclo de
trabajo, los procesos de arranque, frenado e inversión, la
regulación de la velocidad de rotación, las
variaciones de la red y la temperatura del medio
refrigerante.

Figura 38 Partes de un motor. Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento.

Caja de conexiones. Los tamaños 71 y
superiores, hasta el 220, poseen la caja de conexiones en la
parte superior de la carcasa; en los demás motores va
instalada a la derecha.

Para la conexión a tierra se dispone, en todos
los tipos, de un borne en la caja de conexiones, debidamente
marcado; del tamaño 180 en adelante, adicionalmente se
tienen bornes de puesta a tierra en las patas. Los motores se
suministran con los puentes correspondientes para las diferentes
conexiones de sus bobinas.

Carcasa. La carcasa de los motores de los
tamaños 71 a 160 es de aluminio inyectado. Del
tamaño 180 en adelante tienen la carcasa en hierro
fundido.

Platillos. Los tamaños AH 71, 80 y 90 se
fabrican con platillos de aleación de aluminio; a partir
del tamaño 112 los platillos de los motores son de
fundición de hierro, tanto en el lado de accionamiento AS
como en el lado de servicio BS.

Pintura. Los motores llevan dos capas de pintura.
Una capa anticorrosiva, que ofrece protección en caso de
humedad o de instalación a la intemperie o en locales en
los que haya que contar con gases y vapores químicamente
agresivos y otra de acabado color gris.

Ventilador. Los ventiladores para la
refrigeración del motor son de plástico en todos
los tamaños de la serie 1LA3/5/7 y su acción
refrigerante es complementada por la caperuza, fabricada en
lámina de acero. Para las series 1LA4 y 1LA6 el ventilador
es fundido en aluminio.

Fallas de los motores
eléctricos

– Servicio de corta duración El motor
alcanza el calentamiento límite durante el tiempo de
funcionamiento prescrito (10-30-60 minutos), la pausa tras el
tiempo de funcionamiento debe ser lo suficientemente larga para
que el motor pueda enfriarse.

– Servicio intermitente Se caracteriza por
periodos alternos de pausa y trabajo.

– Protección contra averías Si se
daña un motor, deben tomarse en cuentas los siguientes
factores:

Clase de máquina accionada.

Potencia efectiva que debe desarrollar, HP.

Velocidad de la máquina movida, RPM.

Clase de transmisión (Acoplamiento
elástico o rígido), sobre bancada común o
separada, correa plana o trapezoidal, engranajes, tornillos sin
fin, etc.

Tensión entre fase de la red.

Frecuencia de la red y velocidad del motor.

Rotor anillos rozantes o jaula de ardilla.

Clase de arranques, directo, estrella triángulo,
resistencias estatóricas, resistencias retóricas,
auto transformador, etc.

Forma constructiva.

Protección mecánica.

Regulación de velocidad.

Tiempo de duración a velocidad
mínima.

Par resistente de la máquina accionada
(MKG).

Sentido de giro de la máquina accionada mirando
desde el lado de acoplamiento derecha, izquierda o
reversible.

Frecuencia de arranque en intervalos menores de dos
horas.

Temperatura ambiente si sobrepasa los 40
°C.

Indicar si el motor estará instalado en
áreas peligrosas: Gas, Humedad, etc.

– El motor funciona en forma irregular
Avería en los rodamientos.

La caja del motor está sometida a tensiones
mecánicas.

Acoplamiento mal equilibrado.

– No arranca Tensión muy baja.

Contacto del arrollamiento con la masa.

Rodamiento totalmente dañado.

Defecto en los dispositivos de arranques.

– Arranca a golpes Espiras en
contacto.

– Motor trifásico arranca con dificultad y
disminución de velocidad al ser cargado

Tensión demasiado baja.

Caída de tensión en la línea de
alimentación.

Estator mal conectado, cuando el arranque es estrella
triángulo.

Contacto entre espiras del estator.

– Trifásico produce zumbido internamente y
fluctuaciones de corriente en el estator

Interrupción en el inducido.

– Trifásico no arranca o lo hace con
dificultad en la conexión estrella

Demasiada carga.

Tensión de la red.

Dañado el dispositivo de arranque
estrella.

– Trifásico se calienta
rápidamente

Cortocircuito entre fases.

Contacto entre muchas espiras.

Contacto entre arrollamiento y masa.

– Estator se calienta y aumenta la
corriente

Estator mal conectado.

Cortocircuito entre fases.

Contacto entre arrollamientos y masa.

– Se calienta excesivamente pero en proceso
lento

Exceso de carga.

Frecuencia de conexión y desconexión muy
rápida.

Tensión demasiado elevada.

Tensión demasiado baja.

Falla una fase.

Interrupción en el devanado.

Conexión equivocada.

Contacto entre espiras.

Cortocircuito entre fases.

Poca ventilación.

Inducido roza el estator.

Cuerpos extraños en el entrehierro.

La marcha no corresponde al régimen
señalado por la placa.

Figura 39 Componentes de un motor trifásico de
jaula de ardilla. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Clasificación de Motores tipo jaula de ardilla
según NEMA. De acuerdo con la terminología
establecida por NEMA (Nacional Electrical Manufactures
Asoiciation) en Estados Unidos, se encuentran disponibles en el
mercado varios tipos de motores de inducción tipo jaula de
ardilla constituidos con el propósito de cumplir ciertos
requerimientos de arranque y rodamientos. Las
características torque- velocidad representativas de los
cuadro diseños más comunes se aprecian en la
Figura 39.

DISEÑO NEMA A: Este diseño
corresponde a un motor o estándar fabricado a fin de ser
usado a velocidad constante, de una muy buena disipación
de calor y barras con ranuras profundas en el rotor; durante el
periodo de arranque la densidad de corriente es alta cerca de la
superficie del rotor; durante el periodo de la marcha la densidad
se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina alta
resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cual se tiene
un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal (a plena
carga), el par de arranque es relativamente alto y la baja
resistencia del rotor producen una aceleración bastante
rápida hacia la velocidad nominal.

Figura 40 Curvas típicas NEMA Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento.

De igual forma, tiene la mejor regulación de
velocidad, sin embargo, su corriente de arranque varía
entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciendo menos
deseable para el arranque, en especial en los tamaños
grandes de corriente que sean indeseables.

DISEÑO NEMA B: Los motores de este tipo
son llamados en algunas ocasiones motores de propósito
general; preferidos sobre los de la clase A en el uso de motores
mayores aunque el diseño B es semejante el diseño A
debido al comportamiento de su deslizamiento-par, las corrientes
de arranque varían entre 5 y 6 veces la corriente nominal
(75%); no obstante estas corrientes son reducidas por tener una
elevada reactancia de dispersión; en los tamaños
mayores de 5 HP se utiliza arranque a voltaje reducido. Es
utilizado en aplicaciones donde el requerimiento de torque de
arranque no es severo, tales como ventiladores, bombas,
sopladores y máquinas de herramientas.

DISEÑO NEMA C: Este diseño utiliza
un motor con doble jaula, el cual desarrolla un alto par de
arranque y una menor corriente de arranque. Debido a su alto par
de arranque, acelera rápidamente sin embargo cuando se
empieza en grandes cargas es limitada la disipación
térmica del motor debido a la consecuencia de corriente en
el desvanado superior.

En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene
tendencia a sobrecalentarse, opera en las mejores condiciones a
grandes cargas repentinas de tipo de jaula inercia; utilizados en
aplicaciones de difícil arranque como bombas y compresores
de pistón.

DISEÑO NEMA D: Son conocidos
también como motores de alto par de alta resistencia, las
barras del rotor son fabricadas en aleación de alta
resistencia y son colocadas en ranuras cercanas a la superficie o
embebidas en ranuras de pequeño diámetro;
diseñados con el propósito de ser usados en
servicios pesados de arranque, de mayor aplicación con
cargas como cizallas o tronquetes; los cuales necesitan el alto
torque en aplicación o carga repentina, es importante
señalar que la regulación de velocidad en esta
clase de motores es la peor.

Características Constructivas básicas
de los Motores de Inducción tipo Jaula de Ardilla. El
estator consta generalmente un armazón que sirve como
alojamiento o cubierta y a la vez como soporte para el
núcleo laminado magnético del estator.
También contiene las tapas de soporte en los extremos del
armazón del estator y contienen los cojinetes que ponen en
posición al rotor dentro del estator.

El rotor está compuesto por un núcleo
laminado montado sobre la flecha , los devanados secundarios
apropiados se colocan en forma adecuada en las ranuras del
núcleo cerca del entrehierro y se ponen en cortocircuito o
se cierran por medio de una impedancia externa, dicha estructura
puede apreciarse en la Figura 41.

Figura 41 Motor de Inducción. Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento.

Métodos de arranque para Motores de
Inducción tipo Jaula de Ardilla. En
relación a motores de inducción medianos y grandes
debido al alto valor de la corriente en el momento de arranque,
en el los motores existen varios procedimientos para lograr la
puesta en marcha tal como se indica a
continuación:

En primer lugar se encuentra el arranque a pleno voltaje
en el cual se conecta el motor directamente a las líneas
del circuito alimentador. Este método implica un bajo
costo en la instalación y mínimo mantenimiento. Si
se utiliza cualquier motor, resulta un alto torque de arranque,
lo cual en algunos casos puede ser una ventaja o
desventaja.

Arranque con resistencia o reactor: (a voltaje
reducido), se intercala la resistencia en serie con el motor solo
en el momento de arranque, el costo de instalación se
considera mediano, arranque suave, pero las perdidas serán
considerables por efecto Joule en el arranque, además el
torque es ese instante será bajo.

Arranque por auto-transformador (a voltaje
reducido), se logra un valor del 50%, 60% y 80% de la
tensión nominal. Este método implica un bajo costo,
excelente para cargas pesadas y se puede utilizar con cualquier
motor, en cambio resulta un arranque un poco brusco que en
ocasiones podría provocar daños al
rotor.

Arranque en estrella- delta: el proceso de
arranque comienza con las bobinas del motor conectadas en
estrella, pasando luego a delta por media de un juego de
succionadores. Este método resulta económico dado
que se presenta una corriente de arranque reducida. Por otro
lado, el torque inicial es bajo.

Arranque fraccionado: el motor se pone en marcha
con parte del embobinado conectado y luego, reconecta el resto
para una operación normal. El costo es bajo, al igual que
la corriente inicial y el mantenimiento es reducido, pero no es
adecuado para los arranques frecuentes. Cuando se parte con toda
la carga aplacada puede ocasionar que en los primeros momentos no
se logre la velocidad nominal.

Arranque por equipos de estado solidó: son
equipos electrónicos encargados de modificar la
tensión y frecuencia eléctrica del sistema de
alimentación del motor con el objetivo de mejorar las
condiciones de arranque de la maquina según la
aplicación es decir torque bajos o elevados en el
arranque, la modificación de la frecuencia se logra
gracias a un conjunto de transistores con una secuencia
lógica previamente determinada y ajustable por cualquier
usuario.

Diagramas de conexión Todos los motores
trifásicos están construidos internamente con un
cierto número de bobinas eléctricas que
están devanadas siempre juntas, para que conectadas
constituyan las fases que se conectan entre sí, en
cualquiera de las formas de conexión trifásicas,
que pueden ser:

? Delta ? Estrella ? Estrella-delta Delta Los
devanados conectados en delta son cerrados y forman una
configuración en triangulo. Se pueden diseñar con
seis (6) o nueve (9) terminales para ser conectados a la
líneo de alimentación trifásica.

Cada devanado de un motor de inducción
trifásico tiene sus terminales marcadas con un
número para su fácil conexión. En la figura
4.4, se muestra un motor de 6 terminales con los devanados
internos identificados para conectar el motor para
operación en delta. Las terminales o puntas de los
devanados se conectan de modo que A y B cierren un extremo de la
delta (triángulo), también B y C, así como C
y A, para de esta manera formar la delta de los devanados del
motor.

Figura 42 Conexión Delta. Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento. Los motores de
inducción de jaula de ardilla son también devanados
con nueve (9) terminales para conectar los devanados internos
para operación en delta. Se conectan seis (6) devanados
internos para formar una delta cerrada, tres devanados
están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3- 6-8, en
éstos.

Los devanados se pueden bobinar para operar a uno o dos
voltajes.

Figura 43 Operación para uno o dos voltajes.
Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Estrella
Los devanados de la mayoría de los motores de
inducción de jaula de ardilla están conectados en
estrella. La conexión estrella se forma uniendo una
terminal de cada devanado, las tres terminales restantes se
conectan a las líneas de alimentación L1, L2 Y L3.
Los devanados conectados en estrella forman una
configuración en Y.

Figura 44 Conexión Estrella. Fuente:
Superintendencia Mantenimiento. Un motor conectado en
estrella con nueve (9) terminales, tiene tres puntas en sus
devanados conectadas para formar una estrella (7-8-9). Los tres
pares de puntas de los devanados restantes, son los
números: 1- 4, 2-5 y 3-6.

Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o
alto voltaje. Para la operación en bajo voltaje,
éstos se conectan en paralelo; para la operación en
alto voltaje, se conectan en serie.

Figura 45 Conexión bajo voltaje en paralelo.
Fuente: Superintendencia de Mantenimiento. Conexiones para
dos voltajes Algunos motores trifásicos están
construidos para operar en dos voltajes. El propósito de
hacer posible que operen con dos voltajes distintos de
alimentación, y tener la disponibilidad en las
líneas para que puedan conectarse indistintamente.
Comúnmente, las terminales externas al motor permiten una
conexión serie para el voltaje más alto y una
conexión doble paralelo para la alimentación al
menor voltaje.

Figura 46 Tipo de Conexiones Fuente:
Superintendencia de Mantenimiento. Especificaciones nominales de
los Motores de Inducción. Según el CEN
(Código Eléctrico Nacional) que especifica en su
sección 430.7 que todo motor debe poseer su placa
rotulada, la placa de identificación de un motor de
inducción contiene la cantidad mínima de
identificación o los valores nominales más
importantes asociados con el diseño del motor y los
requerimientos de la carga tal como lo ilustra la Figura
43. Todos los datos se basan en los valores de voltaje y
frecuencia nominales de placa, los datos mostrados en la placa
son los siguientes:

– Nombre del fabricante: como su nombre lo indica
es simplemente el nombre de la industria que elaboro el
motor.

– Número de serie o código de
fecha: es un número exclusivo de cada motor o
diseño para su identificación.

– Potencia de salida: consiste en la potencia
nominal (HP) que desarrolla el motor en su eje cuando se aplica
el voltaje y frecuencia nominales en los terminales del motor,
con un factor de servicio 1,0.

– Tipo de servicio: es la capacidad de
operación del motor, puede ser: continuo o intermitente.
Continuo: el motor puede funcionar las 24 horas los 365
días del año. Intermitente: indica que el motor
solo opera a plena carga el intervalo de trabajo que se
especifique.

– Elevación de temperatura: sobre
temperatura a la cual el motor cuando se entrega la potencial
nominal sin peligro.

– Velocidad: es la velocidad de rotación
(R.P.M.) del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal
a la maquina impulsada, con voltaje y frecuencia
nominal.

– Frecuencia: es la frecuencia eléctrica
(HZ) del sistema de suministro para la cual está
diseñado el motor.

– Números de fases: número de fases
para la cual está diseñado el motor, debe concordar
con las del sistema suministro.

– Voltaje: valor de la tensión de
diseño del motor, debe ser medida en las terminales del
motor, y no en la línea de alimentación.

– Corriente: indica la intensidad de corriente
(AMP) absorbida por el motor al voltaje y frecuencia nominal,
cuando funciona a plena carga.

– Factor de servicio: la norma NEMA MGI-1993,
1.43 lo define como un multiplicador tal que, cuando se aplica al
valor de la potencia nominal, indica la carga en hp que puede ser
impulsada bajo condiciones específicas.

– Diseño: esta es la letra de
diseño NEMA, que especifica los valores mínimos de
par de rotación a rotor bloqueado, durante la
aceleración y la velocidad correspondiente al par
máximo, así como la corriente eruptiva
máxima de arranque y el valor máximo de
deslizamiento. Estos valores se especifican en la NEMA MG 1
secciones 16 y 17.

Figura 47 Placa características de un motor de
inducción. Fuente: Superintendencia de
Mantenimiento.

Carcasas y ventilación. La carcasa provee
de protección al motor de los efectos dañinos del
medio ambiente en donde se instala. Algunos tipos carcasas
protegen también el área circundante de lo que
pudiese suceder dentro del motor. Debido a que los lugares donde
son colocados los motores varían desde altamente limpios y
neutros hasta condiciones sumamente sucias y/o altamente
explosivas, las especificaciones para las carcasas se hacen cada
vez más rigurosas.

En la mayoría de los motores el calor generado
debe ser conducido a una superficie a través del
aislamiento eléctrico donde puede ocurrir la
disipación del calor por convicción, lo cual se le
denomina enfriamiento convencional o indirecto. Por el contrario,
el enfriamiento directo implica que el medio de enfriamiento
está en contacto directo con los conductores. En cuanto a
la disipación del calor, se deben hacer consideraciones
diferentes en lo concerniente al rotor y al estator. Por ejemplo,
un rotor enfriado directamente por aire puede ser usado junto con
un estator enfriado directamente por agua o incluso con un
estator enfriado de manera convencional. Los conductos de
ventilación pueden ser dispuestos de forma axial radial o
ambos. El medio de enfriamiento puede ser un gas de baja
densidad, aire presurizado. o bien gases o líquidos de
mayor densidad.

La selección del método de
ventilación depende de varias consideraciones, incluyendo
las condiciones ambientales en las cuales la maquina va operar y
las características del motor tales como potencia y
velocidad angular del eje.

Existen varios tipo estándar y bien definidos de
carcasas, todas las cuales varias en el grado de encerramiento y
ventilación del motor.

Carcasas Abiertas. Es el tipo más simple
de carcasa. Tiene aberturas de ventilación que permiten el
paso de aire externo por encima y alrededor de los devanados del
motor, alrededor y en algunos casos, a través de conductos
en la masa del núcleo de hierro. Las aberturas
están semiresguardadas o completamente protegidas como
cuando se agregan cribas a parte de las aberturas o a todas ellas
para limitar el acceso a las partes rotatorias del
motor.

Carcasa a Prueba de Goteo (ODP): En este tipo de
carcasa abierta. Las aberturas de ventilación están
dispuestas de tal manera que la operación satisfactoria
del motor no es interferida cuando gotas de líquido o
partículas sólidas golpean o entran al
almacenamiento dentro de un ángulo de 15º o menos de
la vertical. En la Figura 44 se ilustra la
dirección angular que se declara en la
definición.

Figura 48 Carcasa ODP Fuente: Superintendencia
de Mantenimiento. Nuevamente se aclara que el material que se
dirija al motor dentro del ángulo especificado puede
llegar a entrar al mismo. El objetivo es que las
partículas producidas como resultado de la salpicadura o
que reboten desde el piso, no dañen a la maquina pero
aún podrían permanecer dentro de
ésta.

La aplicación de estos motores radica en plantas
procesadoras de alimentos, cuartos de bombas, etc. Los motores
con carcasa a prueba de goteo y a prueba de salpicadura, no son
apropiados para usarse en atmósferas que contengan polvos
abrasivos, o gases explosivos o inflamables.

Carcasa a prueba de intemperie, tipo II (WP-II):
Es un tipo carcasa abierta cuyos pasajes de ventilación,
tanto en la entrada como en la descarga se construyen y se
dispone para permitir el paso del aire a alta velocidad y a su
vez, que las partículas, llevadas por el mismo, sean
descargadas sin entrar a los pasajes internos de
ventilación del motor. Se le pueden agregar rejillas de
protección.

Las carcasas a prueba de intemperie tipo I y tipo II son
usadas generalmente en instalaciones al aire libre, como para el
bombeo por turbina, en plantas químicas,
refinerías, etc.

Carcasa Ventilada Externamente: Es un tipo de
carcasa abierta que se encuentra ventilada por un abanico
accionado por un motor, el cual estas montado sobre la carcasa.
Se le pueden agregar rejillas de protección.

Carcasa Ventilada por tubos (TAPV): Es un tipo de
carcasa abierta cuyos pasajes de ventilación se construyen
para permitir la conexión de tubos o conductos de entrada
de aire. Se le denomina motor con ventilación forzada,
cuando se hace circular el aire a través de la carcasa por
medio de un soplador accionado por un motor externo.

Carcasas cerradas. Es un tipo de carcasa usada
para no permitir el paso del aire exterior de ventilación
a las partes internas del motor. Con este tipo de carcasa se
pueden usar diferentes métodos de enfriamiento.

a) Carcasa Totalmente cerrada no ventilada
(TENV): Es un tipo de carcasa que no tiene manera de dar
enfriamiento externo a las partes internas. El motor se
enfría por radiación térmica de la
superficie exterior a la atmósfera que lo rodea. Los
motores con este tipo de carcasa se utilizan en lugares
extremadamente sucios, húmedos y con mucho polvo en el
ambiente especialmente donde existan espacios reducidos o donde
la utilización de un ventilador externo de enfriamiento
sea objetable. Se pueden utilizar en minas, fábricas de
papel, procesadoras de acero, entre otros.

b) Carcasa Totalmente cerrada enfriada por ventilador
(TEFC): Es un tipo de carcasa que proporciona enfriamiento
exterior por medio de un ventilador o ventiladores integrados a
la máquina, pero externos a las partes encerradas. Cuando
se usan rejillas para cubrir las aberturas que dan acceso al
ventilador o ventiladores, se aplica el término
"protegida". Estos motores pueden emplearse dentro de la
mayoría de las instalaciones donde se pueden utilizar
motores TENV.

c) Carcasa Totalmente cerrada con enfriamiento
Aire-Aire (TEAAC): Es un tipo de carcasa totalmente cerrada,
construida para enfriar el motor por medio de un intercambiador
de calor aire-aire. Se hace circular el aire interno del motor,
ya sea por medio de un ventilador integrado al rotor o mediante
sopladores accionados por separado, a través y alrededor
de las partes del motor, y a través del intercambiador de
calor. El aire externo se hace circular por medio de un
ventilador integrado al rotor o bien sopladores accionados por
separado, a través del intercambiador de
eliminación de calor, enfriamiento al aire de
ventilación del motor.

Rodamientos. Los rodamientos se clasifican como
lisos o chumaceras y antifricción; estos últimos
incluyen los de bolas y de rodillos. Sin embargo cada tipo tiene
sus ventajas y desventajas definidas para ciertas clases de
servicio, existe el traslape en la adaptabilidad para muchas
aplicaciones. Se recalca el hecho que todos los rodamientos se
desgastaran, sin importar la aplicación,
instalación y cuidados correctos de los rodamientos del
motor le permitirán al usuario obtener máxima
duración útil de los rodamientos con mínimo
mantenimiento.

Los rodamientos están diseñados para
soportar cargas de tipo específico. Algunos se destinan a
soportar cargas en un solo sentido, otros pueden soportar cargas
en dos sentidos. Las cargas pueden ser de empuje (axiales) y
radiales, las primeras se definen como fuerzas que actúan
paralelas al eje del motor, las radiales son aquellas que
actúan como fuerzas perpendiculares al eje del
motor.

La duración del cojinete es el tiempo en horas de
funcionamiento que transcurrirá antes que aparezca la
primera señal perceptible de falla. Es posible predecir
esta duración para los rodamientos en determinados
fabricantes, pero solo sobre la base de un promedio tomado de un
gran número de rodamientos similares probados en las
mismas condiciones de funcionamiento. Esta duración se
predice en dos formas. La duración mínima
condiciones de funcionamiento. Esta duración se predice en
dos formas. La duración mínima de un cojinete, que
es parte de un grupo de ellos, es el tiempo en que funcionaran el
90% del grupo antes de que aparezcan señales de fallas, la
duración media de un cojinete es el promedio de
duración, antes de la falla de cada cojinete del grupo y
es, más o menos, cinco veces mayor que la duración
mínima determinando con los métodos estándar
para pruebas.

La temperatura máxima de funcionamiento de los
rodamientos suelen estar limitadas por la lubricación de
los mismos, sin embargo, en los motores eléctricos
también hay que tomar en cuenta la clase de aislamiento.
Si la temperatura desintegra el lubricante ocurrirá la
falla inmediata del cojinete.

Las altas temperaturas de funcionamiento
reducirán las holguras internas en rodamientos o
chumaceras por la expansión.

Un punto importante en el mantenimiento es la
instalación del motor con una buena colocación del
piñón, polea y acoplamiento, alineados en forma
correcta; los choques ocasionados por el golpeteo se transmiten
por el eje hasta los rodamientos, lo cual ocasiona puntos
brillantes que se traducen en menor tiempo que se traducen en
menor tiempo de vida y alto nivel de ruido.

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

Su papel dentro del motor permite un buen
desempeño térmico y eléctrico
principalmente, contribuyendo así a que el motor tenga una
vida útil adecuada.

Para satisfacer lo anterior, es necesario que un sistema
de aislamiento sea proyectado teniendo en cuenta su
desempeño eléctrico y evitar corto- circuitos entre
los elementos conductores y con respecto a tierra, esto es, que
soporte los niveles de tensión que soportarán entre
cada uno de los materiales activos y con respecto a tierra.
· Térmico: Conducir el calor generado por las
pérdidas por efecto joule adecuadamente hacia el sistema
de refrigeración. · Mecánico:
Soportar las vibraciones mecánicas que se presentan debido
a la atracción magnética entre conductores y con
respecto a los núcleos. En general un sistema de
aislamiento de un motor de inducción trifásico tipo
jaula en baja tensión está constituido
por:

? Aislamiento del alambre magneto ? Aislamiento de
ranura ? Aislamiento entre fases de ranura ? Cuña de la
ranura ? Aislamiento de cabezales ? Barnices o resinas ? Cintas o
hilos de amarrado ? Aislamiento del cable de salida ? Mangas o
tubos de silicón El material que se utilice en cada uno de
estos elementos dependerá de los niveles de temperatura y
tensión eléctrica que el sistema deba
soportar.

Los motores pueden clasificarse de acuerdo con su
sistema de aislamiento, tomando como referencia su nivel de
tensión o temperatura.

En lo relativo al nivel de tensión pueden
dividirse en motores de baja y media tensión. En este
artículo sólo se hace referencia a los sistemas de
baja tensión. Por definición se considera baja
tensión hasta 1kV, caen en esta clasificación los
motores industriales de usos general, los cuales trabajan
generalmente a: 480-440V, 240-220V y en algunos casos pueden ser
proyectados para trabajar a 575V. En general todos estos niveles
de tensión pueden ser cubiertos por sistemas aislantes
diseñados para soportar hasta 600-660V.

No influye la frecuencia de la red que se utilice (50 o
60Hz), siempre y cuando esta sea del tipo senoidal, para
alimentaciones con señales electrónicas son otras
consideraciones adicionales las que tienen que
observarse.

Grado de protección mecánica.
Cuando se instalen motores eléctricos en condiciones
desfavorables, exentos de polvo, suciedad, humedad, humos
corrosivos, agua, etc., la carcasa no tendrá más
finalidad que unir los distintos componentes eléctricos
del motor como las chapas, boninas, arrollamiento y soportar los
cojinetes.

Sin embargo, es raro que los motores se instalen en
condiciones ideales. En general siempre hay uno o más
factores perjudiciales al funcionamiento del motor. Si las
condiciones de funcionamiento son más desfavorables,
tendrán que incorporarse en el motor protecciones
adicionales, tanto en la parte eléctrica como la
mecánica, para garantizar al motor una vida razonable y
proporcionar una operación económica con
mantenimiento reducido.

Causas de fallas en motores de inducción tipo
jaula de ardilla. Resulta difícil en algunos de los
casos determinar la falla en un motor de inducción; por
esta razón cuando un motor llega a un taller especializado
a fin de realizar una reparación debe ser examinada con
cuidado en busca de las posibles causas de la falla; y tener
siempre en cuenta el origen de sus averías.

Degradación de Aislamiento. Los materiales
que constituyen los aislamientos de las máquinas, aparatos
e instalaciones eléctricas están frecuentemente
sometidos a la acción de ambiente que constituye
líquidos, gases y vapores corrosivos que ocasionan su
lento pero continuo envejecimiento, acabando por su
destrucción.

A la acción destructiva de los agentes
químicos, se unen la del campo eléctrico,
actúa desfavorablemente sobre los aislamientos por medio
de las descargas que se producen con las elevadas, descargas
muchas veces visible en la oscuridad, especialmente cuando la
tensión aumenta, en cuyo caso suele hacerse bien visible
en forma de penachos luminosos. El campo eléctrico
transforma parte del oxígeno del aire en ozono, de gran
poder oxidante que actúa nocivamente e intensivamente
sobre los materiales aislantes.

La degradación del sistema de aislamiento
eléctrico de los devanados del estator es una causa
común de la disminución de la vida útil y de
la posterior falla del motor. Esto se debe a numerosas causas
tales como la exposición del aislamiento a la humedad,
tensión excesiva o daños de origen mecánico
o térmico. Las propiedades físicas y
dieléctricas de un sistema de aislamiento se deterioran
con el tiempo.

Selección o aplicación incorrecta.
En muchas ocasiones la selección o aplicación de
los motores son incorrectas, sin embargo existen casos donde el
error es pequeño y la maquina se mantiene en
operación durante un largo periodo; no obstante esto no es
una garantía del funcionamiento normal; debido a que por
más pequeño sea el error o avería puede
generar problemas en el funcionamiento.

El fabricante de la maquina tiene la responsabilidad de
proyectar y definir todos los elementos relacionados con ella,
como lo son: conexiones mecánicas, fluidos necesarios,
regulación y características del motor
eléctrico de accionamiento, posteriormente estos datos y
características del motor eléctrico de
accionamiento, posteriormente estos datos deben ser comunicados
al proyectista de la instalación; así mismo
será obligación del constructor de la maquina
accionada, controlar el acoplamiento mecánico y las
prestaciones del Conjunto, también cumplir con las normas
establecidas en la construcción y
funcionamiento.

Existen numerosos factores los cuales se deben tomar en
cuenta al momento de querer definir el motor eléctrico;
entre ellas están:

-Potencia nominal y velocidad de la rotación del
motor.

– Datos de la maquina accionada que influyen sobre los
ciclos de arranque del motor.

– Acoplamiento mecánico.

– Forma constructiva del motor.

– Características de los motores
eléctricos en relación con el ambiente de la
instalación.

Cabe destacar la inclinación de someter estos
motores a ciclos extensos y severos de trabajo, frenado por
contracorrientes (inversión), prolongando tiempo de
aceleración, de igual forma es necesario tener en cuenta
los problemas ocasionados al exponer las maquinas bajo este
esquema; uno de los problemas ocasionados al exponer las maquinas
bajo este esquema; uno de los problemas notables son
calentamientos excesivos.

Instalación Inadecuada. Las deficiencias
en el montaje del motor pueden generar fallas altamente
influyentes en el funcionamiento de las máquinas, por esta
razón es de gran importancia mantener acoplamientos y
cualquier conexión entre el motor y la carga bien
alineados con el propósito de evitar una
característica dañina en el funcionamiento del
motor como lo es la vibración parámetro
representativo a el cual a determinadas velocidades suele ser
critica para el motor.

Con el propósito de evitar esta situación
se trata de aparatar suficientemente la velocidad crítica
de la velocidad nominal. De igual forma la instalación
puede presentar inconvenientes si no se siguen los linimentos
locales; algunas de ellas establecidas en la sección 430
del Código Eléctrico Nacional (CEN).

El CEN, es el conjunto de normas que rigen las
instalaciones eléctricas; donde se establecen los
requisitos mínimos de seguridad en las instalaciones con
relación a los riesgos humanos y materiales de las
mismas.

En general, en una instalación industrial y en
particular en un proceso productivo, un sistema accionado por un
motor eléctrico; y específicamente cuando este es
de gran potencia, requiere resolver distintos problemas
implicados en la estrecha colaboración de técnicos
con distintas funciones, distintas especialidades, herramientas
precisas y la necesidad de contar con personas altamente
capacitadas. A su vez, es necesario regirse por las normas
elementales e indispensables para cualquier tipo de
instalación.

Fallas en Motores Eléctricos. ¿Por
qué se averían los motores? Cuando un motor llega a
un taller especializado para su reparación, debe ser
examinado con cuidado en busca de la posible causa de la falla.
No es fácil localizar con precisión tal causa, pues
muchas veces su origen se oculta bajo de devanados quemados u
otras averías engañosas. Por ejemplo los devanados
pueden estar muy quemados, pero un examen detenido puede
descubrir un cojinete dañado que ocasionó el
rozamiento del motor contra el devanado del estator. Llevando el
análisis más a fondo, ¿por qué
falló el cojinete? Fue por desalineación, exceso de
carga o sólo falta de lubricación.

Generalidades. Es posible impedir desperfectos de los
motores o por lo menos prolongar la duración de
éstos, por medio de un mantenimiento preventivo adecuado.
Una parte importante del proceso consiste en saber por qué
se averían los motores. Se ha encontrado que los
orígenes de los problemas en un motor suelen estar
comprendidos en una de las siguientes
categorías:

1. Condiciones ambientales adversas 2. Selección
o aplicación incorrectas 3. Instalación inadecuada
4. Desperfectos mecánicos 5. Fallas eléctricas 6.
Desequilibrio de voltaje 7. Falta mantenimiento 8 Una
combinación de dos o más de los factores anteriores
Condiciones ambientales adversas. Temperatura del
ambiente.

Los motores deben funcionar dentro de la
variación límite de su temperatura indicada en su
placa de identificación a fin de lograr una larga vida
útil. Como ya se dijo en otra parte de este curso: por
cada 10°C de aumento en la temperatura de operación
del motor por encima de la nominal, la duración de la vida
del aislamiento se reduce a la mitad.

El valor normal de la temperatura del ambiente o
ambiental (TA) que se considera al diseñar un motor es de
40C. Si se tiene por ejemplo, un motor con factor de servicio
unitario y aislamiento clase 130, que debe trabajar a una
temperatura ambiente de 50°C. Su elevación de
temperatura (la cual normalmente podría ser de 80°C.)
tendrá que reducirse a:

ET= 0.9 x (130 –50) = 72 °C.

Además de mantener la temperatura ambiente
correcta, hay que localizar y eliminar otras fuentes de aumento
de temperatura, como la desalineación, sobrecarga, voltaje
incorrecto y muchas otras condiciones ambientales perjudiciales
que suelen consistir en la presencia de vapores corrosivos, sal
suspendida en el aire, y suciedad, polvo y otros contaminantes en
exceso. En lugares con tales condiciones es esencial contar con
motores cuyas carcasas estén especialmente
diseñadas.

La humedad es otra causa común de fallas de
motores. Si se condensa en la superficie del aislamiento por
cambios de temperatura o por contacto con agua, dicha superficie
se volverá altamente conductora, se dañara y
producirá la falla inmediata del motor. Además, es
posible que el aislamiento absorba humedad con el paso del
tiempo, hasta que la resistencia dieléctrica del
aislamiento se reduce tanto que ocurre la falla.

Altura sobre el nivel del mar. Además de
considerar un valor máximo para la temperatura de ambiente
a la que va a operar el motor, el diseñador también
tiene presente la máxima altitud (o altura sobre el nivel
del mar, ASM) a la que funcionará, y que se supone de
1.000m. Puede utilizar la siguiente fórmula para calcular
la elevación de temperatura corregida de un motor en
función de la densidad del aire.

ET corregida = ET normal + ET del normal por Factor aire
X Donde ET normal es la temperatura de operación del motor
según especificación Factor aire X es el efecto de
la altura sobre la temperatura de operación.

Desperfectos mecánicos. Una carga excesiva
puede dañar con rapidez un motor; éste quizá
haya sido al principio del tamaño apropiado para la carga,
pero una variación en ésta o en el mecanismo para
la impulsión puede producir sobrecarga del
motor.

Los cojinetes empezarán a fallar, los engranes
pueden trabarse, o pueden presentarse otras causas de
fricción o cargas extra. En este caso, el motor
consumirá más corriente y se incrementará su
temperatura. Si la corriente del motor excede del amperaje
nominal a plena carga, aunque sea por un tiempo breve, el
rápido sobre calentamiento reducirá la
duración del motor. Si se tienen relevadores de sobrecarga
del tamaño correcto, se dispararán en caso de una
sobre corriente muy intensa.

Las fallas de los cojinetes se encuentran entre las
más comunes en cualquier motor. Se calcula que casi el 50%
de las quemaduras de motores se deben a un cojinete
dañado. Es necesario conocer a fondo los diversos motivos
de las fallas de los cojinetes y los procedimientos correctos de
mantenimiento para lograr un mayor aprovechamiento del
motor.

La desalineación entre el motor y su carga en
acoplamientos, engranajes, poleas y bandas es otra causa de falla
mecánica. Debe practicarse el balanceo o equilibrado
dinámico de todos los componentes para obtener una larga
duración del motor, lo cual, además reducirá
al mínimo la vibración y problemas
asociados.

Fallas eléctricas. Si el voltaje de
suministro es incorrecto o tiene variaciones notables,
ocurrirá una avería prematura del motor. El bajo
voltaje hace que la corriente normal se incremente. Si la
reducción en la tensión aplicada es considerable,
el exceso de corriente producirá sobre calentamiento del
motor.

Un alto voltaje de alimentación para el motor
reduce las pérdidas en los devanados, pero el flujo
magnético más intenso ocasiona mayores
pérdidas en el núcleo.