Download República Bolivariana de Venezuela

República Bolivariana de Venezuela
Universidad Rafael Urdaneta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
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ESTUDIO TÉCNICO – ECONÓMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL
BANCO DE PRUEBAS DE MOTORES DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE
ARDILLA, DE BAJA TENSIÓN, DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.
GARCÍA LARES, Rafael Antonio
C. I. V.- 15.967.684
RINCÓN VÁSQUEZ, Ricardo Javier
C. I. V.- 15.939.779
Maracaibo, enero de 2005
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ESTUDIO TÉCNICO – ECONÓMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL
BANCO DE PRUEBAS DE MOTORES DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE
ARDILLA, DE BAJA TENSIÓN, DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.
República Bolivariana de Venezuela
Universidad Rafael Urdaneta
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
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ESTUDIO TÉCNICO – ECONÓMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL
BANCO DE PRUEBAS DE MOTORES DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE
ARDILLA, DE BAJA TENSIÓN, DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.
Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Rafael Urdaneta
para optar al Título de Ingeniero Electricista
GARCÍA LARES, Rafael Antonio
C. I. V.- 15.967.684
RINCÓN VÁSQUEZ, Ricardo Javier
C. I. V.- 15.939.779
Maracaibo, enero de 2005
APROBACIÓN DEL JURADO
Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado “ESTUDIO
TÉCNICO – ECONÓMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL BANCO DE
PRUEBAS DE MOTORES DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE ARDILLA, DE
BAJA TENSIÓN, DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.” presentado por el
Bachiller García Lares, Rafael Antonio C.I. 15.967.684 y el Bachiller Rincón
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Vásquez, Ricardo Javier C.I. 15.939.779 ante la Escuela de Ingeniería
Eléctrica de la Facultad de Ingeniería, para optar al Titulo de Ingeniero
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Electricista.
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Maracaibo, enero de 2005
_______________________
Ing. Nancy Mora de Morillo
C.I.:
Asesor Académico
_______________________
Ing.
C.I.:
Jurado
_______________________
Ing. Arnaldo Largo
C.I: 9.785.008
Director Escuela de Ing. Eléctrica
_______________________
Ing.
C.I.:
Jurado
_______________________
Ing. José Bohórquez
C.I.:
Decano Facultad de Ingeniería
DEDICATORIA
A Dios y a la Virgen, por darme toda la sabiduría y la paciencia
necesaria para llegar aquí, sin Él este trabajo nunca hubiese sido posible.
A mis papas y a mis hermanos, por su apoyo incondicional y sus
palabras de aliento, por estar en mi día a día y demostrarme con el mejor
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ejemplo que no hay metas imposibles; este trabajo es tan mío como de ellos.
A mi Abuela, por su dedicación, sus rezos y nunca dejar de confiar en
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A la Familia García
por representar el mejor apoyo en mí y
HEscalante,
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R que Dios me pudo haber regalado.
ser la mejor
DEfamilia
mí.
A Jorie, por ayudarme en los buenos y malos momentos, y ser mi
inspiración para alcanzar grandes cosas.
Rafael García Lares
DEDICATORIA
A Dios, quien me dio todas las virtudes que me permitieron alcanzar
esta meta propuesta.
A mis padres, quienes con su ejemplo, esfuerzo y comprensión me
ayudaron a pasar cada uno de los obstáculos encontrados en el camino
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hacia este logro.
Al resto de mi familia porque también influyeron en la formación de la
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persona que soy.
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Ricardo J. Rincón V.
AGRADECIMIENTOS
A Dios y a la Virgen por acompañarme en todo momento y darme las
fuerzas necesarias para alcanzar esta meta.
A mis papas, mis hermanos, mi abuela y la familia García Escalante,
por su apoyo y constante estímulo, simplemente gracias.
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Al Ing. Antonio Páez, el Ing. E
Alirio
S Carruyo, Víctor Ávila, Alejandro
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Cuauro, Paul Di PietroHyO
miScompañero de tesis, por siempre estar y
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RE ejemplo de amistad.
representar
el mejor
DE
A Jorie, por siempre estar a mi lado y nunca dejar de confiar en mí,
por estar desde el principio y ser mi apoyo incondicional.
A SerWestca y todo su personal, por enseñarme la mejor manera de
salir adelante en el ámbito laboral, en especial al Sr. Abelardo Jorge y los
Ingenieros Oscar Falcón, Eduardo Belloso, Anny Salazar, Juan Carlos
Álvarez y José Ricardo Pimentel.
A la profesora Nancy Mora de Morillo, por su empeño, guía y
dedicación durante todos estos años.
Rafael García Lares.
AGRADECIMIENTOS
A Dios y la Virgen, por darme vida y salud para llegar hasta aquí.
A mis padres, por criarme de la forma que lo hicieron y por estar
siempre a mi lado.
A mis hermanos, por ser como son y estar allí.
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A mis amigos y compañeros, con
quienes compartí tantos años.
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OSel Ing. Alirio Carruyo, Víctor Ávila y mi
Al Ing. Antonio H
Páez,
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compañero
DEdeRtesis, pues muchos de mis logros académicos fueron
A mi abuela Sara, por preocuparse siempre de mis estudios.
A toda mi familia por el cariño que siempre me han brindado.
alcanzados con su ayuda incondicional.
A la familia Páez y la familia García.
A la profesora Milagros Quijada, la profesora Nancy Mora de Morillo, al
Ing. Eduardo Belloso y al Sr. Abelardo Jorge.
Ricardo J. Rincón V.
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EPÌGRAFE
“El Ingeniero no solo habita en el mundo,
lo transforma”
Anónimo
RESUMEN
GARCÍA LARES, Rafael Antonio. RINCÓN VÁSQUEZ, Ricardo Javier.
“ESTUDIO TÉCNICO – ECONÓMICO PARA EL MEJORAMIENTO DEL
BANCO DE PRUEBAS DE MOTORES DE INDUCCIÓN TIPO JAULA DE
ARDILLA, DE BAJA TENSIÓN, DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.”.
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Trabajo Especial de Grado, Universidad Rafael Urdaneta, Facultad de
Ingeniería, Escuela de Ingeniería Eléctrica. Maracaibo, enero 2005.
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En este Trabajo se presenta el desarrollo de un estudio técnico – económico
para el mejoramiento del banco de prueba de motores de inducción tipo jaula
de ardilla, de baja tensión, en la empresa SerWestca, C. A, donde se recavó
toda la información necesaria para fundamentar la investigación, luego se
procedió al diagnóstico del estado actual del tablero, para así diseñar los
nuevos sistemas de protección y control, los cuales fueron plasmados en
planos ergonómicos y eléctricos; seguidamente se diagnosticaron los
equipos necesarios para la mejoría de dicho banco y así, se estimaron los
costos asociados y por último se determinó la factibilidad económica del
proyecto.
Palabras claves: Banco de pruebas, tablero, jaula de ardilla.
INDICE GENERAL
DEDICATORIAS……………………………………………………………………….
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………………
EPÍGRAFE……………………………………………………………………………..
RESUMEN……………………………………………………………………………..
INDICE GENERAL…………………………………………………………………….
INDICE DE FIGURAS…………………………………………………………………
INDICE DE TABLAS…………………………………………………………………..
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………
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CAPÍTULO I- EL PROBLEMA............................................................................
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1.1 . Planteamiento del Problema.............................................................
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1.2 . Formulación delO
Problema................................................................
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1.3 . Objetivos...........................................................................................
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1.3.1.
Objetivo General.....................................................................
D1.3.2.
Objetivos Específicos..............................................................
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XVI
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1.4. Justificación e Importancia de la Investigación..................................
1.5. Delimitación de la investigación.........................................................
1.5.1. Delimitación espacial...............................................................
1.5.2. Delimitación temporal..............................................................
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CAPÍTULO II.- MARCO TEÓRICO.....................................................................
2.1. Antecedentes.....................................................................................
2.2. Bases Teóricas..................................................................................
2.2.1. Motores de Inducción...............................................................
2.2.1.1. Deslizamiento del rotor................................................
2.2.1.2. Frecuencia Eléctrica en el Rotor..................................
2.2.1.3. Circuito Equivalente de un Motor de Inducción...........
2.2.1.4. Potencia y Par en los Motores de Inducción...............
2.2.1.5. Datos de placa del Motor de Inducción.......................
2.2.1.6. Pruebas Eléctricas a los Motores de Inducción...........
2.2.1.6.1. Pruebas de Rutina......................................
2.2.1.6.2. Pruebas de Prototipo..................................
2.2.1.6.3. Pruebas de Eficiencia.................................
2.2.2. Transformadores......................................................................
2.2.2.1. El Autotransformador...................................................
2.2.2.2. Transformadores de medida........................................
2.2.2.2.1. Transformadores de Potencial....................
2.2.2.2.2. Transformadores de Corriente....................
2.2.3. Canalizaciones Eléctricas.........................................................
2.2.3.1. Selección de Conductores...........................................
2.2.3.2. Selección de Conductores para Circuitos de Control..
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2.2.4. Elementos de Protección y Dispositivos de Control.................
2.2.4.1. Interruptores Automáticos............................................
2.2.4.2. Relés............................................................................
2.2.4.2.1. Relés Térmicos de Sobrecarga...................
2.2.4.2.2. Relés Temporizados o Temporizadores.....
2.2.4.3. Contactores.................................................................
2.2.4.3.1. Clasificación de los Contactores…………
2.2.4.3.2. Normas para la Utilización de Contactores.
2.2.4.4. Fusibles.......................................................................
2.2.5. Mediciones Eléctricas...............................................................
2.2.5.1. Instrumentos de Medición Eléctrica.............................
2.2.5.1.1. Amperímetros..............................................
2.2.5.1.2. Voltímetros..................................................
2.2.5.2. Dispositivos de Mando y Señalización........................
2.2.5.2.1. Botones o Pulsadores.................................
2.2.5.2.2. Lámparas Indicadoras.................................
2.2.5.2.3. Selectores...................................................
2.2.5.2.4. Display........................................................
2.3. Definición de Términos Básicos.........................................................
2.4. Mapa de Variables……………………………………………………….
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CAPÍTULO III.- MARCO METODOLÓGICO.......................................................
3.1. Tipo de Investigación…………………………………………………….
3.2. Diseño de la Investigación………………………………………………
3.3. Población y Muestra……………………………………………………...
3.4. Técnicas de Recolección de Datos…………………………………….
3.5. Fases de la Investigación………………………………………………..
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CAPÍTULO IV.- ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………
4.1. Determinación de los Parámetros de Interés y de las pruebas
eléctricas…………………………………………………………………..
4.1.1.Según Normas EASA……………………………………………...
4.1.1.1. Pruebas sin carga………………………………………..
4.1.1.2. Pruebas bajo carga………………………………………
4.1.2. Según el manual interno de operaciones para motores
utilizado en SerWestca, C. A…………………………………….
4.1.3. Características de un banco de pruebas deseado…………….
4.1.4. Características del banco de pruebas en estudio……………..
4.2. Evaluación de las condiciones actuales del banco de pruebas….…
4.2.1. Arquitectura del Banco de Pruebas …………………………….
4.2.2. Especificaciones Eléctricas del Tablero………………………...
4.2.3. Evaluación de las Condiciones Operativas del Tablero………
4.2.4. Evaluación del Tablero de acuerdo a las Normas……………..
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4.3. Selección de Equipos…………………………………..……………….. 117
4.4. Estimación de Costos…………………………………………………… 120
4.5. Análisis económico………………………………………………………. 121
CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. 124
RECOMENDACIONES………………………………………………………………. 128
APÉNDICE A…………………………………………………………………………..
APÉNDICE B…………………………………………………………………………..
APÉNDICE C…………………………………………………………………………..
ANEXOS………………………………………………………………………………..
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………...
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. – Vista interior de un Motor de Inducción……………………...........
Figura 2.2. – Estator de un Motor de Inducción Trifásico Convencional...........
Figura 2.3. – Barras de Rotor tipo Jaula de Ardilla……………………………….
Figura 2.4. – Motor de Inducción tipo Jaula de Ardilla…………………………...
Figura 2.5. – Motor de Inducción de Rotor Devanado…………………………...
Figura 2.6. – Circuito Equivalente por fase de Un Motor de Inducción………...
Figura 2.7. – Diagrama de Flujo de Potencia……………………………………..
Figura 2.8. – Placa característica de un Motor de Inducción……………………
Figura 2.9. – Circuito para la Prueba de Vacío de un Motor de Inducción…….
Figura 2.10. – Circuito para la Prueba de Resistencia DC………………………..
Figura 2.11. – Circuito para Prueba de Rotor Bloqueado a un Motor de
Inducción……………………………………………………………..
Figura 2.12. – Representación Básica de un Transformador…………………….
Figura 2.13. – Autotransformador……………………………………………………
Figura 2.14. – Autotransformador de tensión variable…………………………….
Figura 2.15. – Transformador de Potencial…………………………………………
Figura 2.16. – Transformadores de Corriente……………………………………...
Figura 2.17. – Interruptores Automáticos en Caja Moldeada…………………….
Figura 2.18. – Relés Térmicos de Sobrecarga……………………………………..
Figura 2.19. – Relé Temporizado de Retardo al Encendido……………………...
Figura 2.20. – Contactores Principales y Auxiliares……………………………….
Figura 2.21. – Fusibles………………………………………………………………..
Figura 2.22. – Amperímetro digital…………………………………………………..
Figura 2.23. – Voltímetro digital……………………………………………………...
Figura 2.24. – Botones o Pulsadores………………………………………………..
Figura 2.25. – Lámparas Indicadoras……………………………………………….
Figura 2.26. – Selectores……………………………………………………………..
Figura 2.27. – Display…………………………………………………………………
Figura 4.1. – Distribución de los paneles del banco de pruebas en su interior,
visto desde el lado derecho…………………………………………
Figura 4.2. – Vista lateral izquierda del banco de pruebas.…………………….
Figura 4.3. – Lado posterior del banco de pruebas …………………….............
Figura 4.4. – Características del interruptor automático principal………………
Figura 4.5. – Cambiador de tomas del transformador trifásico del banco de
pruebas………………………………………………………………..
Figura 4.6. – Características del interruptor principal del circuito de control….
Figura 4.7. – Características de los relés de propósito general K2 y K4………..
Figura 4.8. – Características del relé de propósito general K 3…………………
Figura 4.9. – Características del contactor K 1……………………………………
Figura 4.10. – Características del contactor K 7……………………………………
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Figura 4.11. – Características del contactor K 6……………………………………
Figura 4.12. – Controles de mando y dispositivos de señalización……………...
Figura 4.13. – Características del interruptor SW15………………………………..
Figura 4.14. – Características del contactor auxiliar de 600 VAC………………..
Figura 4.15. – Características de los CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9 y CT10.
Figura 4.16. – Características de lo CT1 y CT2…………………………………….
Figura 4.17. – Características de los voltímetros AC……………………………...
Figura 4.18. – Características del voltímetro DC de armadura…………………..
Figura 4.19. – Características del voltímetro DC de campo. …………………….
Figura 4.20. – Características de los amperímetros AC…………………………..
Figura 4.21. – Características del amperímetro DC de armadura……………….
Figura 4.22. – Características del amperímetro DC de campo…………………..
Figura 4.23. – Características de los variacs del banco de pruebas…………….
Figura 4.24. – Comparación entre plano eléctrico y conexión física……………
Figura 4.25. – Ubicación del cortocircuito y rastros de la explosión en la
lámina…………………………………………………………………
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. – Tabla de Letras Código NEMA, indican los KVA de arranque
por caballos de fuerza nominal para un motor…………………….
Tabla 2.2. – Límites de vibración sin filtrar………………………………………..
Tabla 2.3. – Pérdidas misceláneas asignadas por IEEE 112…………………..
Tabla 2.4. – Uso de Transformadores de Corriente y Tensión según clase de
precisión……………………………………………………………….
Tabla 2.5. – Clases de Servicio para Criterios de Utilización de Contactores...
Tabla 4.1. – Consumo de dispositivos conectados en el circuito AC &
Armature………………………………………………………………..
Tabla 4.2. – Consumo de dispositivos conectados en el circuito de campo…...
Tabla 4.3. – Estimación de Costos para Diciembre de 2004…………………….
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INTRODUCCIÓN
Servicios Industriales SerWestca C.A., empresa del grupo Siemens,
con el propósito de ampliar la capacidad de su planta, estudia la posibilidad
de mejorar día a día sus instalaciones y equipos directamente involucrados
en los procesos de trabajos.
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manera, la calidad de los trabajos E
realizados
S a equipos como: motores,
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Oy Sgeneradores, que son trasladados a sus
transformadores, turbinas
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REser reparados.
instalaciones
DEpara
Para SerWestca es necesario contar con tecnología avanzada que
capte la atención de los clientes, para satisfacerlos y garantizar de esta
Actualmente, el área de reparación de motores de inducción tipo jaula
de ardilla, no cuenta con un banco de pruebas funcionando en óptimas
condiciones, por lo cual la empresa buscó la forma de fortalecer su
capacidad de trabajo, estudiando la posibilidad de modernizar sus equipos
de pruebas, a través del mejoramiento del mismo. Además de esta
necesidad, se encuentra también la limitante económica, la cual obliga a
reducir los costos de inversión y operación, sin disminuir la calidad de cada
uno de los productos que ofrecen en el mercado.
Esta investigación fue realizada con el propósito de desarrollar un
estudio técnico – económico para el mejoramiento del banco de pruebas de
motores de inducción tipo jaula de ardilla de baja tensión, en el cual fue
necesario la evaluación de las condiciones actuales del banco, para
determinar así sus necesidades y a partir de allí evaluar su relación de costos
asociados, para luego analizar tu factibilidad económica.
En primera instancia, se plantea y formula el problema como tal,
justificando el por qué de la investigación, para luego pasar a los objetivos y
los detalles que motivaron este Trabajo Especial de Grado. Luego, se
conformó un conjunto de fundamentos teóricos esenciales para el desarrollo
de los objetivos, los cuales se fueron cumpliendo a través de la ejecución de
pasos sistemáticamente organizados, estableciendo un orden metodológico y
secuencial de la investigación. Para cumplir con las fases de la investigación,
se procedió a examinar cada uno de los equipos que conforman el tablero,
chequeando que su funcionamiento fuese el indicado, que estuviesen
conectados de acuerdo al diseño plasmado en el plano eléctrico de
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Durante el proceso de verificación
S se examinó, además, la
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OS de control y medición, y en función de
funcionabilidad de los instrumentos
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estos resultados
DER se realizó una lista con los nuevos instrumentos que
conexiones y también verificando que la actuación de los sistemas de
protección y control fuese la correcta.
requiere el banco para ser mejorado, para la cual se solicitaron cotizaciones
de instrumentos comerciales existentes en el mercado, con la finalidad de
lograr la mejor relación entre costo y calidad.
Así mismo, se realizaron planos ergonómicos y eléctricos actualizados
del banco de pruebas, los cuales quedarán registrados en los archivos de la
empresa.
Se realizó un estudio de costos, considerando todos los dispositivos
que son necesarios para la ejecución del diseño propuesto y por último, se
analizó la factibilidad económica del proyecto de mejora del banco de
pruebas.
Así, este Trabajo Especial de Grado presenta de manera clara el
proyecto para mejorar el banco de pruebas de motores de inducción tipo
jaula de ardilla de baja tensión, con el objeto de aumentar la satisfacción de
los clientes así como tener mayor apertura dentro de un mercado cambiante
y que nunca deja de expandirse en una zona industrial como la nuestra.
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CAPÍTULO I
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1.
Planteamiento del Problema.
Las máquinas eléctricas rotativas en general constituyen dispositivos
indispensables en cualquier proceso de fabricación y manufactura en serie o
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procesos a gran escala, ya que ofrecen una alternativa más económica y
resulta ser mucho más sencilla que cualquier otra maquinaria que requiera
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El motor de inducción
HOtipo jaula de ardilla, es la máquina eléctrica más
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utilizada D
enE
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ámbito industrial, ya que su alto rendimiento y bajo costo
combustible para su funcionamiento.
hacen mínima la necesidad de mantenimiento de los mismos, además de
contar con un alto índice de confiabilidad, de robustez y capacidad para
trabajar en ambientes sucios y explosivos, como lo son las industrias
metalúrgicas, mineras y petroleras, entre otras.
Los motores de inducción tipo jaula de ardilla, no escapan de la
necesidad de mantenimiento y reparación a lo largo de su vida útil, ya que
como toda maquinaria, éstos son susceptibles de fallas causadas bien sea
por errores de maniobras por parte de un operador o por su desgaste debido
a la continua operación en el campo de trabajo.
Barras de rotor fracturadas, rotas o corroídas, son causas comunes de
fallas en motores de inducción de jaula de ardilla, especialmente en motores
que arrancan y paran frecuentemente bajo carga. Existen además otros tipos
de fallas frecuentes en este tipo de motor, como el deterioro del embobinado
como causa de la exposición de los mismos a sobrecorrientes o
sobretensiones.
Debido a la importancia de mantener las máquinas en continuo
funcionamiento, es necesario un mantenimiento predictivo a través del cual
se pueden determinar fallas leves que pueden ser corregidas con
4
mantenimiento preventivo o servicio, en un corto período de tiempo, evitando
así que dichas fallas causen mayores daños.
Los motores de inducción tipo jaula de ardilla, tal y como todas las
máquinas, tienen una vida útil limitada. Cuando este período de operación
llega a su final, debido a fallas eléctricas o por daños mecánicos, se requiere
un
mantenimiento
correctivo
(reparación
que
involucra
rebobinado,
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de esta manera
se evitaría una inversión mayor para
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HOS
reconstrucción, etc.) que permitirá la reincorporación de éstas maquinarias a
su campo de operación; ya que su reposición por una unidad nueva sería
sumamente costosa y
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la empresa.
Para garantizar el perfecto funcionamiento de los motores dentro de
los diferentes procesos industriales para los cuales son utilizados, existen
empresas especializadas en mantener y reparar maquinarias eléctricas en
general, como lo son transformadores, motores y generadores.
Servicios Industriales SerWestca C. A, empresa perteneciente al
Grupo Siemens, cumple con una serie de normas para velar y garantizar por
el perfecto funcionamiento de cada uno de sus productos, desarrollando y
manteniendo un sistema de aseguramiento de la calidad, para el
mejoramiento continuo de los procesos productivos que conlleven a la
prestación de un servicio totalmente satisfactorio y confiable a sus clientes
internos y externos.
Para verificar el correcto funcionamiento de las máquinas, SerWestca
C.A. realiza pruebas de procesos las cuales deben cumplir con un patrón
mínimo establecido para avalar los trabajos realizados, rigiéndose por las
normativas vigentes EASA (Electrical Apparatus Service Association), las
cuales reglamentan los procedimientos para la realización de las pruebas y a
su vez facilita criterios de aceptación de resultados.
Actualmente SerWestca C. A. no cuenta con un banco de pruebas
óptimo para motores de inducción tipo jaula de ardilla de baja tensión, por lo
5
cual la evaluación de los diferentes parámetros de este tipo de motor se tiene
que hacer por separado, aumentando de esta manera el tiempo de prueba
empleado por cada unidad y por consiguiente las pérdidas económicas para
la empresa como tal.
El mejoramiento del banco de pruebas de motores de inducción tipo
jaula de ardilla de baja tensión, existente en las instalaciones de la empresa
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consecuencia de la crisis económica E
y cambiaria
que ha venido azotando al
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OSesta empresa.
país, y de lo cual no se escapa
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La mejoría de las condiciones operativas del banco de pruebas, sin
SerWestca C.A., constituye la motivación de este Trabajo Especial de Grado.
Dicho banco de pruebas se encuentra actualmente fuera de servicio, como
duda contribuirá a garantizarle al cliente un producto de alta calidad, donde el
período fuera de servicio de la maquinaria será mucho más corto debido a la
facilidad de operación que ofrece el banco de pruebas y por consiguiente un
costo de reparación más económico.
1.2.
Formulación del Problema.
¿Es factible, desde el punto de vista técnico y económico, lograr el
mejoramiento del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de
ardilla, de baja tensión, perteneciente a la empresa Serwestca C. A.?
1.3.
Objetivos.
1.3.1. Objetivo General.
Realizar un estudio técnico – económico para el mejoramiento de las
condiciones operativas del banco de pruebas de motores de inducción tipo
jaula de ardilla, de baja tensión, de la empresa Serwestca C. A.
6
1.3.2. Objetivos Específicos.
a) Identificar las pruebas eléctricas, según la normativa vigente, en los
motores de inducción tipo jaula de ardilla de baja tensión.
b) Evaluar las condiciones actuales operativas del banco de pruebas
para motores tipo jaula de ardilla, de baja tensión, perteneciente a la
empresa Serwestca C. A.
S
O
D
VA
R
E
funcionamiento del banco deE
pruebas
S de motores de inducción tipo
R
OStensión, de la empresa Serwestca C. A.
jaula de ardilla, de
baja
H
C
E
Diseñar
DERlos nuevos sistemas de arranque, control y protección
c) Precisar las necesidades de equipos, instrumentos, sistemas de
arranque, control, protección, etc., requeridos para el cabal
d)
requeridos para el banco de pruebas de motores de inducción tipo
jaula de ardilla, de baja tensión, de la empresa Serwestca C. A.
e) Elaborar los planos ergonómicos y eléctricos con las especificaciones
técnicas de equipos e instrumentos de medición del banco de
pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
tensión, de la empresa Serwestca C. A.
f) Determinar los costos asociados al mejoramiento del banco de
pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
tensión, de la empresa Serwestca C. A.
g) Analizar la factibilidad económica del mejoramiento del banco de
pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
tensión, de la empresa Serwestca C. A.
1.4.
Justificación e Importancia de la Investigación.
La actual recesión económica que vive el país, ha llevado a las
empresas residentes a crear planes estratégicos para reducir los costos de
operación sin disminuir la calidad de cada uno de los productos que ofrecen
en el mercado.
7
SerWestca C. A., siendo una empresa pionera en su ámbito, se ha
visto igualmente afectada por la actual crisis económica del país,
sumándosele a la vez el control del mercado cambiario, por lo cual ha creado
a través de su Departamento de Calidad, estrategias que le garanticen al
cliente productos de alta calidad, y a la vez promueve la innovación en cada
uno de sus procesos de reparación y mantenimiento; con el objeto de
S
O
D
VA
R
E
S
aumentar la satisfacción de los clientes así como tener mayor apertura dentro
de un mercado cambiante y que nunca deja de expandirse en una zona
E
R
S
O indispensable una evaluación detallada del
En este contexto,H
resulta
C
E
actual banco
DEdeRpruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de
industrial como la nuestra.
baja tensión, con el objeto de darle uso a un tablero ya existente dentro de la
empresa que en su momento involucró una inversión y que en la actualidad
se encuentra fuera de servicio; mejorando y modernizando dicho tablero con
equipos de nueva tecnología a fin de garantizar una mayor precisión y
facilidad en la toma de lecturas y el análisis de resultados.
Llevando a cabo este estudio, se le facilita al Departamento de Control
de Calidad de la empresa, una evaluación más rápida y continua de los
motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja tensión, debido a que el
tiempo de prueba a estos motores sería mucho más corto, lo cual se traduce
en una disminución de costos de operación, más espacio disponible y mayor
capacidad para recepción de otras unidades; es decir, se lograría la
reducción de horas/hombres requeridas, costos asociados para la realización
de las pruebas y en consecuencia del costo por servicio y/o reparación.
1.5.
Delimitación de la investigación.
1.5.1. Delimitación espacial.
La investigación está enfocada en el estudio para el mejoramiento del
banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
8
tensión, en el área de motores livianos de la empresa SerWestca C.A.,
empresa del Grupo Siemens y que está ubicada en la Zona Industrial de
Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela.
1.5.2. Delimitación temporal.
El estudio se realizó en un lapso de 32 semanas, comprendidas desde
S
O
D
VA
R
E
S
el mes de Abril de 2004 y hasta Diciembre del mismo año.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
9
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
CAPÍTULO II
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes.
Para realizar esta investigación, se comenzó con una revisión
bibliográfica en textos especializados, junto a Trabajos Especiales de Grado
S
O
D
VA
R
E
internet, entre otros; con los cuales seElogró
S conformar un conjunto de bases
R
OSel desarrollo de los Antecedentes, del Marco
y fundamentos esenciales
para
H
C
E
Teórico yD
deE
laR
Definición de Términos Básicos contenidos en este capítulo.
previamente elaborados, además de información técnica extraída de
manuales de operación y catálogos de motores, normas vigentes, servicio de
Como principales antecedentes que ayudaron en este trabajo de
investigación, se tienen los siguientes Trabajos Especiales de Grado:
“Diseño de un Tablero para realizar las Pruebas Eléctricas de rutina en
Transformadores de Distribución para la Empresa SerWestca C. A.”
2000. LABARCA, Hendrick. Universidad del Zulia.
Esta investigación plantea el diseño de un tablero para realizar las
pruebas eléctricas de rutina en transformadores de distribución, tomando
como patrón un tablero ya existente para luego mejorarlo y modernizarlo. El
diseño fue ejecutado considerando todas las pautas establecidas en el
Código Eléctrico Nacional (CEN); incluye todo lo relativo a las fuentes de
alimentación, así como los equipos y dispositivos requeridos para las
funciones de control, protección y señalización.
Este trabajo proporcionó el conjunto de pasos a seguir para acometer
la labor de mejora de un tablero de pruebas ya existente dentro de una
determinada empresa. Además, sirvió para conocer la manera en que se
deben aplicar los diferentes artículos del CEN en el desarrollo de un proyecto
11
eléctrico de esta naturaleza, así como la forma en que se deben elaborar los
planos ergonómicos y eléctricos de un banco de pruebas.
“Implementación de un Banco de Pruebas bajo Carga para Motores de
Inducción Jaula de Ardilla con un esquema de Retroalimentación de
Potencia en la Empresa Rimes Electro Mecánica, C. A.” 2003.
S
O
D
VA
R
E
banco de pruebas bajo carga para motores
S de inducción de jaula de ardilla
E
R
OS
con un esquema retroalimentación
de potencia, donde se utilizaron
H
C
E
ER
variadores
frecuencia por modulación de ancho de pulso con tecnología
Dde
BARBOZA V., Carlos A; MATOS S., Fabián A. Universidad del Zulia.
Este trabajo de investigación se refiere a la implementación de un
de IGBT.
Este Trabajo de Investigación permitió conocer la concepción de un
banco de pruebas para motores de inducción tipo jaula de ardilla, desde su
ingeniería conceptual que implica la determinación de la filosofía de
operación; hasta la ingeniería básica relacionada con la forma de precisar
todos los equipos requeridos en los sistemas de arranque, control y
protección, lo cual resulta sin duda resultó un material muy valioso para
abordar la presente investigación, en la que se realiza un trabajo similar.
2.2. Bases Teóricas.
2.2.1. Motores de Inducción.
La mayoría de los procesos productivos necesitan de una fuerza
motora que generalmente es suministrada por los motores eléctricos. La
confiabilidad, robustez, facilidad de mantenimiento, bajo costo, entre tantas
otras ventajas que proporcionan los motores de inducción, los llevan a ser
uno de los equipos eléctricos de mayor aplicación en el ámbito industrial.
12
Un motor de inducción, según Fitzgerald, Kingsley y Umans (1992),
“es un dispositivo en el que se suministra corriente alterna directamente al
estator mientras que el rotor la recibe por inducción o acción de
transformador desde el estator”. La figura 2.1, ilustra una vista interior de un
motor de inducción.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.1.- Vista interior de un Motor de Inducción.
Fuente: http://prof.usb.ve/jaller/despiece.htm
Su fundamento, según Fitzgerald, Kingsley y Umans (1992), “es la
formación de un campo magnético giratorio en el entrehierro, que gira a
velocidad sincrónica determinada por el número de polos y la frecuencia del
voltaje aplicado en el estator”. Esta velocidad se puede expresar de la
siguiente forma:
ηsin c =
120 fe
P
(2-1)
donde:
ηsin c : es la velocidad sincrónica (RPM).
fe : es la frecuencia del sistema de alimentación (Hz).
P : es el número de polos de la máquina.
13
La tensión en el rotor, es un voltaje inducido con frecuencia y
magnitud variables, que se produce como consecuencia de la diferencia de
la velocidad del rotor con respecto a la velocidad sincrónica.
En el motor de inducción el devanado del estator es esencialmente
igual al de una máquina sincrónica (Figura 2.2). Sin embargo, el devanado
del rotor está en cortocircuito eléctrico y por lo general no tiene conexiones al
S
O
D
VA
R
E
S
exterior; las corrientes se inducen en él por la acción transformador
procedente del devanado del estator.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.2.- Estator de un Motor de Inducción Trifásico Convencional.
Fuente: http://www.emdiez.com/
Existen dos tipos de rotor que se pueden colocar dentro del estator de
un motor de inducción, el rotor tipo jaula de ardilla y el rotor devanado. El
primero, Chapman (2000), lo define como “una serie de barras conductoras
colocadas en las ranuras del rotor y con sus extremos puestos en
cortocircuito por medio de anillos finales conductores”, lo cual quiere decir
que se tiene un anillo terminal en cada extremo del grupo de laminaciones
del rotor, tal y como se muestra en las figuras 2.3 y 2.4.
14
S
O
D
Figura 2.3.- Barras de Rotor tipo Jaula
VdeAArdilla.
R
Fuente: http://www.shef.ac.uk/materials/SSM/imi/thxcopel.html
E
S
E
R
S
Orotatorio
H
C
El campo magnético
producido por las tensiones trifásicas
E
R
E
aplicadasD
al devanado del estator, induce corrientes en el circuito del rotor de
jaula de ardilla que desarrolla el mismo número de polos del rotor como polos
del estator. Los polos del rotor reaccionan sobre el flujo magnético del
estator, desarrollando por lo tanto un torque en la misma dirección de
rotación que el flujo magnético del estator.
Figura 2.4.- Motor de Inducción tipo Jaula de Ardilla.
Fuente: http://prof.usb.ve/jaller/despiece.htm
Por otra parte en el caso del rotor devanado, Fitzgerald, Kingsley y
Umans (1992) lo definen como “un devanado polifásico parecido al del
estator y con el mismo número de polos que éste. Los terminales del
15
devanado del rotor están conectados a anillos deslizantes aislados que están
montados sobre el eje del mismo. Las escobillas de carbón que están en
contacto con los anillos, hacen que los terminales del rotor salgan al exterior
del motor” (Figura 2.5). Las fases de los devanados del rotor están
conectadas usualmente en estrella, y cierran su circuito generalmente a
través de resistencias externas también conectadas en estrella y a su vez en
S
O
D
VA
R
E
S
serie con las escobillas del rotor.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.5.- Motor de Inducción de Rotor Devanado.
Fuente: http://prof.usb.ve/jaller/despiece.htm
2.2.1.1. Deslizamiento del rotor.
La tensión en una barra del rotor, de un motor de inducción, depende
de la velocidad del rotor con respecto al campo magnético del estator
(velocidad relativa). Se utilizan dos términos para definir el movimiento
relativo entre el rotor y el campo magnético del estator que gira a la velocidad
sincrónica, explicados a continuación:
a) Velocidad de deslizamiento.
Chapman (2000), establece que “la velocidad de deslizamiento es la
diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor”, la cual viene
dada por la siguiente expresión:
16
η des = η sin c − η m
(2-2)
en donde:
η des : velocidad de deslizamiento de la máquina.
ηsin c : velocidad sincrónica.
η m : velocidad mecánica del eje del motor.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
b) Deslizamiento.
Es la relación que describe el movimiento relativo entre el rotor y el
EC
R
E
D
campo magnético giratorio del estator, expresado en por unidad o en
porcentaje, denotada con la letra S y dada por la siguiente expresión:
S=
η sin c − η m
(× 100 )
η sin c
(2-3)
Cabe destacar que si el rotor gira a la velocidad sincrónica el
deslizamiento es igual a cero, mientras que si el rotor está estacionario el
deslizamiento es igual a uno.
2.2.1.2. Frecuencia Eléctrica en el Rotor.
En una máquina de inducción la frecuencia de la corriente en los
devanados del rotor no es necesariamente la misma que la corriente en los
devanados del estator. Para cualquier velocidad, la frecuencia en el circuito
del rotor es directamente proporcional a la diferencia entre la velocidad del
campo magnético generado en el estator y la velocidad mecánica del rotor:
fr = s ⋅ fe
(2-4)
17
donde:
f r : frecuencia de la tensión y la corriente sinusoidal que se induce en las
barras del rotor a cualquier deslizamiento, expresada en Hz.
s : deslizamiento, expresado en por unidad.
f e : frecuencia en el estator, o frecuencia de las líneas de alimentación, así
como la del campo magnético giratorio, expresada en Hz.
S
O
D
A presentará en el
Cuando el rotor de un motor se encuentra
bloqueado,
V
R
E
S
E
rotor la misma frecuencia del estator;
mientras que si el rotor gira a velocidad
R
S
O
H
sincrónica la frecuencia
de
la
corriente
en el rotor será cero.
C
E
R
E
D
2.2.1.3. Circuito Equivalente de un Motor de Inducción.
Considerando una frecuencia variable del rotor, el circuito equivalente
de un motor de inducción se caracteriza en los efectos que tiene dicha
frecuencia sobre las tensiones inducidas en él y las impedancias del mismo.
El circuito equivalente según Fitzgerald, Kingsley y Umans (1992),
“traduce con facilidad el estado estable de la máquina, considerando
máquinas con devanados polifásicos simétricos excitados por voltajes
polifásicos balanceados, lo cual ayuda a imaginarse que las máquinas
trifásicas están conectadas en estrella, y así las corrientes son siempre de
línea, y los voltajes son siempre de fase”. El modelo por fase del circuito
equivalente de un motor de inducción, se muestra en la figura 2.6.
Por otra parte, el circuito equivalente permite la obtención de fórmulas
para el cálculo del par, factor de potencia y diversas características del rotor,
además de ser una herramienta de suma ayuda al momento de hallar los
parámetros de aceptación para las pruebas a las que serán sometidos los
motores.
18
S
O
D
VA
R
E
S
Figura 2.6.- Circuito Equivalente por fase de un Motor de Inducción.
Fuente: A. E. Fitzgerald, C. Kingsley Jr., Stephen Umans. Máquinas Eléctricas. Año 1992
E
R
S
Las variables presentes
HO en el circuito equivalente son señaladas a
C
E
continuación:
DER
Vfase: Tensión aplicada por fase a los terminales del estator (V).
E1: Tensión inducida en cada fase del estator (V).
I1: Corriente por fase del estator (A).
I2: Corriente por fase del rotor referida al estator (A).
Iexc: Corriente de Excitación (A).
IC: Corriente de pérdidas en el núcleo (A).
IM: Corriente de Magnetización (A).
R1: Resistencia por fase del estator (Ohms).
R2: Resistencia por fase del rotor referida al estator (Ohms).
Rc: Resistencia de Magnetización (Ohms).
X1: Reactancia de dispersión por fase del estator (Ohms).
X2: Reactancia de dispersión por fase del rotor referida al estator a rotor
bloqueado, (Ohms).
XM: Reactancia de Magnetización (Ohms).
s: Deslizamiento (expresado en por unidad).
19
Para finalizar, cabe destacar que la corriente IC no suele tomarse en
cuenta, ya que su valor resulta ser mucho más bajo que el valor de la
corriente de magnetización (IM), siendo esta última un valor bastante
aproximado al de la corriente de excitación (Iexc).
2.2.1.4. Potencia y Par en los Motores de Inducción.
S
O
D
VA
R
E
la potencia mecánica de salida y la
potencia
eléctrica consumida en la
S
E
R
OS
entrada de la maquinaria.
H
C
ERla E
NoD
toda
potencia eléctrica suministrada en la entrada del motor es
Un aspecto de suma importancia y que siempre hay que tomar en
cuenta al momento de trabajar con motores de inducción, es la relación entre
convertida en potencial mecánico, ya que alguna fracción de esta potencia
eléctrica de entrada se pierde en el estator y en el rotor, y luego la potencia
restante es convertida en energía mecánica, que también estará sujeta a
pérdidas mecánicas.
A continuación se muestra un diagrama de flujo de potencia que sirve
para representar las pérdidas de potencia en un motor de inducción.
Figura 2.7.- Diagrama de Flujo de Potencia
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
20
La potencia de entrada del motor de inducción ( PIN ) se presenta como
una potencia eléctrica trifásica, representada de la siguiente manera:
PIN = 3 ⋅ VT ⋅ I L ⋅ cos θ
(2-5)
donde:
S
O
D
I : corriente de línea se le suministra al motor R
(A).VA
E
S
E
R
cosθ : factor de potencia.
OS
H
C
E
DER
VT : tensión de línea que alimenta al motor (V).
L
Las primeras pérdidas encontradas en estas máquinas son las
pérdidas producidas por el calor en los devanados del estator, también
llamadas pérdidas en el cobre del estator (PSCL) y se representan por:
PSCL = 3 ⋅ I1 ⋅ R1
(2-6)
Después de las pérdidas en los devanados del estator, se presentan
las pérdidas en el núcleo ( Pnúcleo ), bien sea por la histéresis como por
corrientes parásitas en el estator y en rotor. Estas pérdidas están dadas por:
Pnúcleo =
3⋅ E1
RC
2
(2-7)
La potencia restante en ese punto se transfiere al rotor a través del
entrehierro de la máquina y es llamada potencia en el entrehierro (PAG). Se
puede expresar de dos formas:
PAG = PIN − PSCL − Pnúcleo
(2-8)
21
PAG = 3 ⋅ I 2 ⋅
2
donde
R2
S
(2-9)
R2
es el elemento variable con la carga en el circuito equivalente del
S
motor de inducción.
S
O
D
VA
R
E
S
Luego que la potencia es transferida al rotor, parte de ella se disipa en
él y son llamadas pérdidas en el cobre del rotor (PRCL). Se representan de la
E
R
S
HO
siguiente manera:
EC
R
E
D
PRCL = 3 ⋅ I 2 ⋅ R2 = S ⋅ PAG
2
(2-10)
La potencia eléctrica remanente se convierte en potencia mecánica,
por lo cual recibe el nombre de potencia convertida (Pconv) y se representa de
la siguiente forma:
Pconv = PAG − PRCL = (1 − S ) ⋅ PAG
(2-11)
Por último, las pérdidas por fricción con los cojinetes y por rozamiento
con el aire así como las pérdidas por ventilación (PF&W) se restan con las
pérdidas diversas o misceláneas (Pmisc), siendo la potencia resultante la
salida del motor (Pout), representada de la siguiente manera:
Pout = Pconv − PF &W − Pmisc
(2-12)
En todo motor eléctrico se presentan las pérdidas en el núcleo,
pérdidas por su rozamiento propio y con el aire y pérdidas misceláneas, todo
este tipo de pérdidas inevitables en el motor son agrupadas y denominadas
como pérdidas rotacionales.
22
En las máquinas AC se encuentran presentes dos campos
magnéticos, el del rotor y el del estator, la interacción de estos campos
magnéticos produce el par en la máquina. El par desarrollado (τind), en
consecuencia, es generado por la conversión de potencia interna eléctrica en
mecánica y se obtiene mediante la relación de la potencia convertida y la
velocidad del rotor por medio de:
S
O
D
VA
τ =
ωSER
S RE
Pconv
(2-13)
ind
HO
C
E
ER y de la potencia del entrehierro, por medio de:
velocidadD
sincrónica
m
El par de la máquina también puede expresarse en función de la
τ ind =
PAG
(2-14)
ωS
El par aplicado a la carga se obtiene conociendo la potencia de salida
de la máquina de inducción y de la velocidad mecánica del rotor:
τ ind =
Pout
(2-15)
ωm
2.2.1.5. Datos de placa del Motor de Inducción.
Los datos de placas (ver figura 2.8) de un motor proporcionan la
información necesaria de los valores nominales de la máquina como tal. Esta
placa de características debe ser de material a prueba de intemperie, fijada
en una posición visible e indicando los datos que se listan a continuación:
1)
Número de Serie (SER NO): es el número exclusivo de cada
motor o diseño para su identificación, en caso de que sea necesario ponerse
en comunicación con el fabricante.
23
2)
Tipo: combinación de números y letras seleccionados por el
fabricante para identificar el tipo de carcasa y de cualquier modificación
importante en ella. Es necesario tener el sistema de claves del fabricante
para entender este dato.
3)
Número de Modelo: datos adicionales de identificación del
fabricante.
4)
S
O
D
VA
R
E
S
Potencia: la potencia nominal es la que desarrolla el motor en su
eje cuando le aplican voltaje y frecuencia nominales en las terminales del
E
R
S
5) Armazón (FRAME):
HO la designación del tamaño de la armazón es
C
E
para identificar
DERlas dimensiones del motor. Si se trata de una armazón
motor, con un factor de servicio de 1.0.
normalizada por la NEMA se incluye las dimensiones para el montaje, con lo
cual no se requieren los dibujos de fábrica.
6)
Factor de Servicio: indica la capacidad que posee el motor para
trabajar con una carga mayor a la nominal, por ejemplo, un factor de 1.0
significa que no debe demandarse que el motor entregue más potencia que
la nominal, si se quiere evitar daño al aislamiento. Con un factor de 1.15 es
posible hacer trabajar al motor entregando una potencia igual a la nominal
multiplicada por dicho factor sin que ocurran daños en el sistema de
aislamiento, aunque debe tomarse en cuenta que un funcionamiento
continuo en estas condiciones acortará el tiempo de vida del aislamiento.
7)
Amperaje: indica la intensidad de corriente que toma el motor a
voltaje y frecuencia nominales, y funcionando a plena carga.
8)
Voltaje: valor de la tensión de diseño del motor, que debe ser
medida en las terminales del motor, y no la de la línea. Los voltajes
nominales estándar se presentan en la publicación MG1-10-30.
9)
Clase de aislamiento: se indica la clase de materiales de
aislamiento utilizados en el devanado del estator. Son sustancias sometidas
24
a pruebas para determinar su duración al exponerlas a temperaturas
determinadas.
10) Velocidad: es la velocidad de rotación del eje del motor cuando
se entrega la potencia nominal a la máquina impulsada, con el voltaje y
frecuencia nominales a los terminales del motor.
11) Frecuencia: es la frecuencia del sistema de suministro para el
S
O
D
VA
R
E
S
cual está diseñado el motor ya que por ser circuitos inductivos un cambio de
la misma causa una variación en la impedancia del motor la corriente nominal
E
R
S
12) Servicio (DUTY):
HO es una indicación de tiempo de trabajo que
C
E
ER
puede ser
o “continuo”. En el caso de ser intermitente este
D“intermitente”
y también la potencia entregada.
presenta un intervalo de tiempo determinado y una vez transcurrido este
tiempo de trabajo el motor debe ser detenido y esperar a que se enfríe antes
de arrancarlo de nuevo.
13) Temperatura ambiente: es la temperatura ambiente máxima a la
cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Si la
temperatura ambiente es mayor que la especificada en la placa es necesario
disminuir la carga del motor para reducir la potencia de salida y evitar daños
en el aislamiento de los devanados.
14) Número de Fases: es el número de fases con las cuales trabaja
el motor y debe concordar con el número de fases del sistema de suministro
de energía.
15) Clase de kVA (CODE): en este espacio se inscribe el valor en
kVA que sirve para evaluar la corriente máxima en el arranque del motor. Se
especifica con una letra clave correspondiente a un intervalo de valores de
kVA sobre HP, y el intervalo que abarca cada letra aparece en la NEMA
MG1-1036. Ver Tabla 2.1.
25
Tabla 2.1.- Tabla de Letras Código NEMA, indican los kVA de arranque por caballos de
fuerza nominal para un motor.
Letra Código Rotor Bloqueado
Nominal
kVA / HP
A
0 – 3.15
B
3.15 – 3.55
C
3.55 – 4.00
D
4.00 – 4.50
E
4.50 – 5.00
F
5.00 – 5.60
G
5.60 – 6.30
H
6.30 – 7.10
J
7.70 – 8.00
K
8.00 -9.00
L
9.00 – 10.00
M
10.00 – 11.00
N
11.20 – 12.50
P
12.50 – 14.00
R
14.00 – 16.00
S
16.00 – 18.00
T
18.00 – 20.00
U
20.00 – 22.40
V
22.40 y superiores
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
16) Diseño: en este caso se graba la letra de diseño NEMA, que
especifica los valores mínimos de par de rotación a rotor bloqueado durante
la aceleración y a la velocidad correspondiente al par máximo, así como la
corriente irruptiva máxima de arranque y el valor máximo de deslizamiento
con carga.
17) Cojinetes: en los motores que tienen cojinetes antifricción, estos
se identifican con sus números y letras correspondientes conforme a las
normas de AFBMA (Anti-Friction Bearing Manufactures Association). Por
tanto, los cojinetes pueden sustituirse por otros del mismo diseño, tipo de
retención, grado de protección, entre otros. Se indica el extremo hacia el eje
26
(SE, shaft end) y el extremo opuesto (EO, end opposite) en los cojinetes del
eje.
18) Secuencia de Fases: esta característica permite al instalador
conectar el motor para el sentido de rotación especificado suponiendo que se
conoce la secuencia de línea. Comúnmente las conexiones externas no
aparecen en las placas de identificación de los motores de una velocidad y
S
O
D
VA
R
E
19) Eficiencia: en este espacio
Sfigura la eficiencia nominal NEMA
E
R
S de la MG1-12.53b. Este valor de eficiencia
O12-4
del motor, tomada de laH
tabla
C
E
ER
se aplicaD
a los
motores de tipo estándar así como los de eficiencia superior.
tres conductores, sin embargo en motores con más de tres conductores y
doble velocidad si aparecen dichas conexiones.
Figura 2.8.- Placa Características de un Motor de Inducción
Fuente: Propia
2.2.1.6. Pruebas Eléctricas a los Motores de Inducción.
Para verificar el correcto funcionamiento de los motores de inducción,
se realizan diferentes pruebas eléctricas que cumplen con un patrón mínimo
establecido para avalar así los trabajos realizados, rigiéndose por las
27
normativas vigentes que reglamentan los criterios de aceptación de
resultados.
Existen diferentes grupos de pruebas que se realizan a los motores de
inducción, clasificados de acuerdo a la información que se puede obtener a
partir de cada una de ellas.
S
O
D
VA
R
E
realizadas para asegurar que el motor
S esté libre de fallas eléctricas o
E
R
S
Omagnitudes
mecánicas y verificar que
las
obtenidas se encuentren dentro del
H
C
E
ER de acuerdo con los valores calculados en el circuito
rango de
Ddiseño,
2.2.1.6.1. Pruebas de Rutina.
Wayne y Kirtley (2000), establecen que “las pruebas de rutina son
equivalente del mismo. Este tipo de pruebas abarcan los siguientes
aspectos: medición de la resistencia del devanado, potencia y corriente de
operación en ausencia de carga (ensayo en vacío), prueba de alto potencial
(HiPot), dirección de rotación y secuencia de fase, equilibrio de corriente,
medición de resistencia del aislamiento (megado), elevación de la
temperatura de los cojinetes, centro magnético en ausencia de carga, voltaje
inducido en el eje, ruido y vibración”.
1) Potencia y corriente de operación en ausencia de carga
(ensayo en vacío): aplicando voltaje y frecuencia nominal en los terminales
del motor se mide la corriente y la potencia de entrada con el motor sin
carga. Wayne, Kirtley (2000), aseguran que “la curva de saturación en
ausencia de carga se obtiene al repetir esta prueba en varios voltajes entre el
20 % y el 125 % del voltaje nominal”.
En un motor de inducción, la prueba en vacío mide las pérdidas
rotacionales y suministra información sobre su corriente de magnetización.
Para esta prueba se requiere la utilización de dos vatímetros, tres
amperímetros y un voltímetro, los cuales se conectan al motor de inducción y
se le deja girar libremente, tal y como se muestra en la figura 2.9:
28
S
O
D
VA
R
E
S
Figura 2.9.- Circuito para la Prueba de Vacío a un Motor de Inducción.
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
E
R
S
HO
Fitzgerald, Kingsley y Umans (1992), comentan de las pruebas sin
EC
R
E
D
cargas que “normalmente se hace la prueba a la frecuencia nominal y con
voltaje polifásico balanceado que se aplican a los terminales del estator. Se
toman las lecturas a la tensión nominal, después de que el motor haya
trabajado lo suficiente para que los cojinetes se hayan lubricado en forma
correcta. Las pérdidas rotacionales a voltaje y frecuencia nominal, se
consideran constantes e iguales a sus valores sin carga”.
“Cuando no hay carga, continuan Fitzgerald, Kingsley y Umans
(1992), la corriente del rotor solo es un valor pequeño necesario para
producir el par suficiente para superar la fricción mecánica y la ventilación,
pues la única carga puesta sobre el motor es el rozamiento propio y el
rozamiento con el aire, de modo que Pconv es consumida en el motor por las
pérdidas mecánicas y el deslizamiento es muy pequeño”.
Durante esta prueba se realizan además mediciones de vibraciones y
temperatura durante un período e tiempo determinado, corroborando la
potencia consumida y el balance de las corrientes en las fases.
2) Equilibrio de corriente: con el motor en funcionamiento a voltaje y
frecuencia nominal la corriente de todas las fases es medida para
compararlas entre ellas y con el valor más alto y el más bajo permisible para
determinar el equilibrio en los campos del motor.
29
3) Resistencia del devanado: la resistencia es medida con un puente
digital o un ohmímetro para ser comparada con el valor esperado. Otra forma
de determinar la resistencia del devanado, consiste en la aplicación de un
voltaje de corriente directa (DC) al estator del motor de inducción, con el fin
de calcular el valor de la resistencia de los devanados del mismo sin
necesidad de involucrar el resto del motor. Esta prueba es conocida como la
S
O
D
VA
R
E
en el rotor y por consiguiente tampoco
habrá
S corriente resultante, por lo cual
E
R
OelSflujo de corriente es la resistencia del estator.
el único elemento que limita
H
C
ERE
LaDfigura
2.10 muestra un circuito básico de conexión para la
Prueba DC.
Al suministrársele solo tensión DC al motor, no habrá voltaje inducido
realización de la prueba, donde se conecta una fuente de corriente directa a
dos de los tres terminales de un motor de inducción conectado en estrella,
luego se ajusta la corriente del estator al valor nominal para que los
devanados se calienten a la misma temperatura que tendrían en operación
normal.
Figura 2.10.- Circuito para la Prueba de Resistencia DC.
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
4) Medición de resistencia de aislamiento (megado): Wayne y
Kirtley (2000), definen esta medición como “una herramienta útil de
mantenimiento a largo plazo, realizada durante la vida del motor, e indicará la
30
calidad y la limpieza relativa del aislamiento del devanado del motor; esta
prueba se hace en fábrica antes que el motor sea entregado y es una buena
referencia para este propósito”. Para esta prueba se utiliza un instrumento
electrónico llamado Megger el cual se conecta a cada uno de los terminales
de las fases del motor y a la carcasa de éste para medir el aislamiento del
mismo.
S
O
D
VA
R
E
de prueba entre los devanados y tierra
S durante un minuto, el voltaje de
E
R
OelSvoltaje de línea más 1000 voltios. El voltaje se
prueba es igual a dos veces
H
C
E
aplica sucesivamente
DER entre cada fase y el armazón, con los devanados que
5) Prueba de alto potencial (HiPot): Wayne y Kirtley (2000),
describen esta prueba como aquella que “implica la aplicación de un voltaje
no están a prueba y otras partes metálicas conectadas al armazón. Todos los
accesorios del motor que tiene puntas localizadas en los terminales se
desconectan durante esta prueba, uniendo las puntas en conjunto al armazón
o al núcleo”.
6) Prueba de vibración: esta prueba mide el nivel de vibraciones en el
cojinete del motor. La unidad utilizada para medir la velocidad es
pulgadas/segundos y la magnitud permisible es una función de la misma; los
límites están establecidos en NEMA MG1. Ver tabla 2.2.
7) Elevación de temperatura de los cojinetes: esta prueba consiste
en la medición de la temperatura en el cojinete durante dos horas de
funcionamiento del motor sin carga y una buena señal para la finalización de
la prueba se presenta cuando la temperatura se incrementa menos de 1ºC
en lecturas consecutivas después de transcurridos unos 30 minutos de
separación entre lecturas.
31
Tabla 2.2. Límites de vibración sin filtrar.
3600
1800
1200
900
720
Frecuencia
rotacional, Hz
60
30
20
15
12
Velocidad
pulg/seg, pìco
0,15
0,15
0,15
0,12
0,09
600
10
0,08
Velocidad, RPM
S
O
D
A
Fuente: H. Wayne y James L. Kirtley Jr, ManualR
delV
Motor Eléctrico, Año 2000
E
S
E
R
S
H
8) Verificación
delO
voltaje inducido en el eje: Wayne y Kirtley
C
E
(2000), explican
DER que “cualquier desequilibrio en los circuitos magnéticos
puede crear vínculos de flujo con los sistemas giratorios que pueden producir
una diferencia de potencial entre los extremos del eje. Esto es capaz de
impulsar las corrientes circulantes a través de los cojinetes, lo que causa un
daño prematuro en ello”. Véase IEEE Std. 112-1996.
2.2.1.6.2. Pruebas de Prototipo.
Son pruebas adicionales a las pruebas de rutina, con el propósito de
evaluar todas las características de rendimiento del motor, entre las cuales se
encuentran: característica de saturación sin carga, característica de
saturación con rotor bloqueado, corriente y par de rotor bloqueado, medición
de pérdida incluyendo pérdida por corrientes parásitas, determinación o
medición de eficiencia, determinación de la elevación de la temperatura en
los devanados.
1) Prueba de Rotor Bloqueado: la prueba de rotor bloqueado de un
motor de inducción, suministra información con respecto a las impedancias
de dispersión. Chapman (2000), apunta que “se bloquea el rotor de tal forma
32
que no se pueda mover, y se aplican voltajes polifásicos balanceados al
motor para luego medir la tensión, la corriente y la potencia resultantes”.
La figura 2.11 muestra las conexiones para realizar esta prueba, en la
cual se aplica un voltaje de corriente alterna (AC) al estator (normalmente se
utiliza una frecuencia menor o igual al 25% de la frecuencia nominal) y se
ajusta el flujo de corriente al valor aproximado de plena carga, para
S
O
D
VA
R
E
S
posteriormente tomar las mediciones correspondientes de tensión, corriente y
potencia resultante que fluyen hacia el motor.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.11.- Circuito para Prueba de Rotor Bloqueado a un Motor de Inducción.
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
Fitzgerald, Kingsley y Umans (1992), establecen que “la prueba de
rotor bloqueado debe hacerse en las condiciones de corriente y frecuencia de
rotor que se aproximen a las que existen en el tipo de funcionamiento para el
cual se desean realizar los cálculos, es decir, si interesan las características
de deslizamientos cercanos a la unidad (como en el arranque) la prueba debe
hacerse a la frecuencia normal y con corrientes que se aproximen a sus
valores en el arranque. Por otra parte, si lo que interesa son las
características de funcionamiento normal, la prueba debe hacerse a un
voltaje reducido que provoque el paso de corrientes cercanas a las
33
nominales, ya que las reactancias de dispersión se ven seriamente afectadas
por la saturación”.
2)
Pérdidas
misceláneas:
las
pérdidas
misceláneas
están
compuestas por las pérdidas que ocurren a la frecuencia fundamental y a
frecuencias superiores (armónicos). Estas pérdidas, según Wayne y Kirtley
(2000), pueden determinarse mediante el método indirecto o mediante el
S
O
D
VA
R
E
pérdidas I R del estator y el rotor, más
las pérdidas del núcleo, las pérdidas
S
E
R
OS
por fricción en los cojinetes
y las pérdidas por rozamiento con el aire o
H
C
E
R
Eventilación
vendavalD
y la
interna (si la tiene)”.
método directo. “El método indirecto consiste medir las pérdidas totales
utilizando el método de entrada salida y restando de ellas la suma de las
2
“El método directo, continúan Wayne y Kirtley (2000), mide por
separado las componentes de
la frecuencia fundamental y las de alta
frecuencia, por lo que requiere de dos pruebas: la prueba de rotor removido y
la prueba de rotación inversa. En la prueba de rotor removido se miden las
pérdidas a la frecuencia fundamental y se realiza la medición de la entrada de
potencia. El componente de alta frecuencia se mide mediante la prueba de
rotación inversa, que implica la medición de entrada de potencia hacia el
motor, con el rotor accionado en dirección inversa a la del campo giratorio
del estator, y a velocidad síncrona”. Véase IEEE 112-1996.
3) Prueba de Temperatura (elevación de la temperatura en los
devanados): Wayne, Kirtley (2000), establecen que “esta prueba es
realizada para determinar el aumento de temperatura en los devanados del
motor, esta prueba se realiza a voltaje, frecuencia y carga nominal, durante el
tiempo de prueba la temperatura aumentará y para realizar las mediciones
con mayor exactitud es necesario realizar la misma en un lugar en el que la
temperatura ambiente sea estable y no se presenten corrientes de aire que
alteren las condiciones de prueba, la prueba se continúa hasta que el motor
se encuentre térmicamente estable”.
34
Otra característica a ser medida es la resistencia del devanado en
caliente, es decir, justo después de apagar el motor para determinar el
aumento de la temperatura por el método de la resistencia.
2.2.1.6.3. Pruebas de Eficiencia.
La eficiencia de un motor eléctrico es la razón de la potencia de salida
S
O
D
A
P ERV
η =ES
R
OS P
y la potencia de entrada del mismo.
out
(2-16)
CH
E
R
E se puede calcular conociendo la potencia de entrada y la
LaD
eficiencia
in
potencia de salida del motor, la potencia de salida y las pérdidas o la potencia
de entrada y las pérdidas. En un motor de inducción se presentan las
siguientes pérdidas de energía: pérdidas en el estator, pérdidas en el rotor,
pérdidas en el núcleo, pérdidas por fricción mecánica y con el aire, y por
último las pérdidas misceláneas.
Wayne, Kirtley (2000), exponen diferentes métodos para calcular la
eficiencia de un motor de inducción entre los cuales se encuentran:
1) Método A, método de entrada y salida: este método es apropiado
para motores con potencia menor a 1 HP. En este método, el motor se carga
por medio de un freno o dinamómetro. Las lecturas de entrada de potencia
eléctrica, voltaje, corriente, frecuencia, deslizamiento, par y temperatura
ambiente se obtienen en cuatro puntos de carga, mas o menos igualmente
espaciados entre el 25 % y el 100 % de carga, y dos cargas sobre el punto
de 100 %. La eficiencia del motor se calcula entonces utilizando los
procedimientos presentados en la Forma A en IEEE Std 112.
2) Método B, segregación de pérdida con entrada – salida: este
método se considera el más apropiado para motores menores de 250 HP y
consiste en varios pasos que deben seguirse en un orden establecido,
35
mediante este método la pérdida total es separada en sus diversas
componentes
con las pérdidas misceláneas, definida como la diferencia
entre la pérdida total y la suma de las pérdidas convencionales (pérdidas en
el estator y en el rotor, pérdidas en el núcleo y pérdidas por fricción
mecánica). Una vez que se determina el valor de las pérdidas misceláneas,
se grafica contra el cuadrado del par, y se emplea una regresión lineal para
S
O
D
VA
R
E
valor final de la pérdida total y la eficiencia.
S
E
R
OS
La pérdida P Hdel
estator se calcula una vez que se conoce la
C
E
ER del estator y la resistencia del devanado del estator se
corrienteD
nominal
reducir el efecto de los errores aleatorios en las mediciones de prueba. Los
datos de las pérdidas misceláneas ya suavizados se utilizan para calcular el
SCL
corrige a la temperatura de operación.
La pérdida PRCL del rotor se calcula una vez que se conoce la
potencia de entrada a la carga nominal, la pérdida PSCL del estator, la pérdida
del núcleo y el deslizamiento por unidad.
Pérdida PRCL del rotor = (potencia de entrada medida - pérdida PSCL
del estator – pérdida del núcleo) X deslizamiento por unidad.
La pérdida del núcleo y las pérdidas por fricción mecánica, se
determinan a partir de la corriente de operación sin carga. El motor está
funcionando en ausencia de carga a frecuencia y voltajes nominales. Estas
pérdidas se obtienen mediante la graficación de la potencia de entrada
menos las pérdidas PSCL del estator vs. el voltaje, y extendiendo esta curva
hasta voltaje cero. La intercepción en el eje del voltaje cero son las pérdidas
por fricción mecánica.
Las pérdidas del núcleo se obtienen al restar la
suma de
las
pérdidas PSCL del estator para corriente en ausencia de carga y voltaje
nominal, y las pérdidas por fricción de la potencia de entrada en condiciones
de rotor libre (en vacío).
36
3) Método F, método del circuito equivalente: este método es
utilizado para los casos en que el motor posee una potencia mayor a los 250
HP y sus dimensiones sean tales que exceda la capacidad del equipo de
prueba. Este método utiliza el circuito equivalente del motor de inducción
para determinar el rendimiento desde los parámetros del circuito establecidos
de las mediciones de prueba. La prueba proporciona una exactitud aceptable
S
O
D
VA
R
E
frecuencia nominal, y la otra a una frecuencia
S reducida (un máximo de 25 %
E
R
S pruebas, junto con la prueba de saturación
O
de la frecuencia nominal).
Estas
H
C
E
de operación,
describen los parámetros clásicos del circuito equivalente del
DER
para el cálculo en el arranque y en operación normal.
Este método usa dos pruebas de rotor bloqueado: una a la
motor. De la prueba de saturación sin carga se pueden determinar la
reactancia de magnetización, la reactancia de fuga del estator y la
conductancia de magnetización.
La prueba de rotor bloqueado a frecuencia nominal mide la
reactancia del rotor y estator y la resistencia del rotor bajo condiciones de
arranque. La prueba de rotor bloqueado de baja frecuencia mide la reactancia
de fuga del rotor y la resistencia del rotor cerca de la frecuencia de operación.
Las reactancias de fuga del estator y el rotor para circuito equivalente se
separan utilizando la razón de estos parámetros proporcionados por el
diseño. También se emplea el valor calculado del deslizamiento a carga
completa, ya sea el valor de las pérdidas misceláneas o bien se hace una
estimación de estas pérdidas de acuerdo con la tabla 2.3. Se calcula
entonces el rendimiento de la máquina utilizando los parámetros establecidos
a partir de la prueba. Las pérdidas, como se determinaron de las pruebas en
ausencia de carga, se introducen en los lugares apropiados durante el cálculo
para obtener el rendimiento total.
37
Tabla 2.3. Pérdidas misceláneas asignadas por IEEE 112-96
Capacidad nominal del motor,
HP
Pérdidas Misceláneas
(porcentaje de salida nominal)
1 - 125
1,8
126 - 500
1,5
501 – 24 99
1,2
2500
0,9
Fuente: H. Wayne y James L. Kirtley Jr, Manual del Motor Eléctrico, Año 2000
2.2.2. Transformadores.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HOnivel de tensión, en energía eléctrica alterna de
eléctrica alterna de un
cierto
C
E
R
otro nivelD
deE
tensión, por medio de la acción de un campo magnético que se
El transformador es un dispositivo estático capaz de convertir energía
forma por el flujo de corriente por uno de los devanados, y que inducirá la
tensión hacia otro u otros devanados, ya que se encuentran acoplados
magnéticamente sobre un núcleo de material ferromagnético. La figura 2.12,
muestra la representación básica de un transformador.
Figura 2.12.- Representación básica de un Transformador.
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000.
Los devanados entre sí están aislados eléctricamente, pero al aplicar
una tensión variable en el tiempo a uno de ellos, se inducen tensiones en los
otros devanados. Las relaciones entre la tensión aplicada y la tensión en los
otros devanados, está dada por la relación de transformación del
transformador, que no es más, que la relación entre el número de vueltas
38
que tenga cada arrollamiento sobre el núcleo. Esta relación viene dada por
las siguientes ecuaciones:
V1 N1
=
= RT
V2 N 2
(2-17)
I1 N 2
1
=
=
I 2 N1 RT
(2-18)
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
N : Número de vueltas del
devanado primario.
HO
C
E
N : Número
DEdeRvueltas del devanado secundario.
donde:
1
2
V1: Tensión en terminales del devanado primario.
V2: Tensión en terminales del devanado secundario.
I1: Corriente en el devanado primario.
I2: Corriente en el devanado secundario.
RT: Relación de transformación.
2.2.2.1. El Autotransformador.
En ciertos casos es necesario variar los niveles de tensión únicamente
en una pequeña cantidad, por ejemplo, puede necesitarse cambiar el voltaje
de 110 a 120 V o de 13.2 a 13.8 kV. Chapman (2000), expone que “estos
pequeños incrementos pueden ser necesarios debido a las caídas de tensión
que ocurren en los sistemas de potencia y para estos casos es demasiado
costoso elaborar dos devanados completos independientes dimensionados
para casi el mismo voltaje; en su lugar se utiliza un transformador especial
denominado autotransformador”.
El autotransformador puede ser considerado como un caso particular
del transformador, donde independientemente de su tipo de conexión hay
siempre un devanado común y un devanado serie.
39
Existen dos formas de conexión de autrotransformadores (ver figura
2.13), primero se encuentra el autontransformador elevador, en el cual la
tensión total de salida es la suma del voltaje en el primer devanado
(devanado común) más el voltaje en el segundo devanado (devanado serie).
El segundo tipo de autotransformador es el reductor, el cual Chapman (2000)
lo define como aquel donde “la tensión de entrada es la suma de los voltajes
S
O
D
VA
R
E
S
de los dos devanados, mientras que el voltaje de salida es justamente la
tensión del devanado común”.
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.13.- El Autotransformador
Fuente: Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Año 2000
De la figura 2.13, se puede obtener que los voltajes y las corrientes de
las bobinas se relacionan por las siguientes ecuaciones:
VC
N
= C
VSE N SE
(2-19)
N C I C = N SE I SE
(2-20)
donde:
Vc: Voltaje del devanado común.
Vse: Voltaje del devanado serie.
Nc: Número de vueltas del devanado común.
40
Nse: Número de vueltas del devanado serie.
Ic: Corriente en el devanado común.
Ise: Corriente en el devanado serie.
Los voltajes de los devanados se relacionan con los voltajes de los
terminales mediante las ecuaciones:
S
O
D
VA
R
V =V +
V
E
S
E
R
S
VL = VC
donde:
O
CH
E
R
DE
H
C
SE
(2-21)
(2-22)
VL: Voltaje en el lado de baja tensión del autotransformador.
VH: Voltaje en el lado de alta tensión del autotransformador.
Las corrientes de los devanados se relacionan con las corrientes en
los terminales, mediante las siguientes ecuaciones:
I L = I C + I SE
(2-29)
I H = I SE
(2-24)
donde:
IH: Corriente en el lado de alta tensión.
IL: Corriente en el lado de baja tensión.
Chapman (2000), explica que “en sistemas de potencia en los cuales
dos voltajes sean muy cercanos en su nivel, es una práctica común utilizar
autotransformadores para acoplarlos ya que cuanto más cercanos sean
estos voltajes mayor es la ventaja en la potencia obtenida, además de ser
mucho menos costosos y de menor tamaño. También se utilizan como
41
transformadores variables, donde la toma de baja tensión se mueve hacia
arriba y hacia abajo en el devanado. Ésta es una forma muy conveniente de
obtener un voltaje ac variable”. Tal autotransformador variable (variac) se
muestra en la figura 2.14.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.14.- Autotranformador de tensión variable
Fuente: http://www.universum.unam.mx/eq_ener_46.html
2.2.2.2. Transformadores de medida.
Los transformadores de medida, son transformadores capaces de
reducir la alta tensión a valores que puedan ser medidos por instrumentos de
medición sin que estos se vean afectados, ya que los aparatos de medidas
por lo general no están construidos para resistir altas tensiones ni elevadas
intensidades de corriente.
Así pues, se pueden definir como aquellos transformadores capaces
de reproducir en su circuito secundario, con una proporción conocida,
tensiones o corrientes del circuito primario; conservando con gran precisión
las relaciones de fase y la forma de onda de las señales de entrada. Dentro
de estos transformadores se encuentran:
2.2.2.2.1. Transformadores de Potencial (PT).
Transformador diseñado con un devanado primario de alta tensión y
un devanado secundario para baja tensión, con el objeto de obtener
muestras de tensión para los instrumentos de medición y protección; los
42
cuales son diseñados para medir en baja tensión. Para dar una idea física un
transformador de potencial, observar figura 2.15.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.15.- Transformador de Potencial.
Fuente: http://www.transformadoresferman.com/transfor/grupotrans_05.jpg
Clase de Precisión en Transformadores de Tensión para medida.
La clase de precisión se designa por número (índice de clase) igual al
límite admisible del error de tensión, expresándola en tanto por ciento, a la
tensión primaria nominal y con la carga de precisión.
Clase de Precisión normalizada en Transformadores de Tensión para
medida.
Según la norma COVENIN 2142-85, las clases de precisión
normalizada para transformadores monofásicos de tensión para medida, son
las indicadas en la tabla 2.4.
2.2.2.2.2. Transformadores de Corriente (CT).
Son aquellos transformadores utilizados para tomar muestras de
corriente de una línea, reduciéndola a un nivel medible y seguro. El
transformador de corriente, tal y como se ven en la figura 2.16, tiene
43
características
constructivas
que
los
diferencian
de
los
otros
transformadores, siendo diseñado para que el flujo de acoplamiento entre los
devanados sea débil; sin embargo, la corriente secundaria es proporcional a
la corriente de línea con mucha precisión.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 2.16.- Transformadores de Corriente.
Fuente: http://www.gmelectronica.com.ar/gm/graficos/catalogo/.jpg
El transformador de corriente, al igual que el de potencial, está
diseñado para suplir poca potencia ya que su carga son instrumentos de
medición o protección.
A la carga del transformador se le denomina comúnmente como
burden y es importante tomarlo en cuenta para la selección de
transformadores de medición.
El transformador de corriente está diseñado para muestrear corriente,
no
para
tensiones,
por
lo
cual
es
muy
importante
mantenerlos
cortocircuitados ya que el no hacerlo produce tensiones en el secundario que
provocan la avería del mismo.
Error Compuesto en Transformadores de Corriente para medida.
En las condiciones de régimen permanente es el valor eficaz de la
diferencia entre los valores instantáneos de la corriente primaria y el producto
44
de la relación de transformación nominal por los valores instantáneos de la
corriente secundaria.
Los signos positivos de las corrientes primarias y secundarias
corresponden a los convenios admisibles para el marcaje de bornes.
El error compuesto (ξc), se expresa en tanto por ciento del valor eficaz
de la corriente primaria, según la formula:
S
O
D
A
V
100 1
R
E
ε =
( KS
* is − ip ) dt
I R
T ∫E
OS
H
C
E
DER
T
2
C
(2-25)
n
P
9
donde:
Kn: Relación de transformación nominal.
Ip: Valor eficaz de la corriente primaria.
Ip: Valor instantáneo de la corriente secundaria.
T: Período de la corriente.
Corriente límite nominal en Transformadores de Corriente para medida.
Es el valor de la corriente primaria mínima, a la cual el error
compuesto del transformador de intensidad para medida es igual o mayor
que 10% cuando la carga secundaria es igual a la carga nominal.
Factor de Seguridad en Transformadores de Corriente para medida.
Es la relación entre la corriente límite primaria nominal para el aparato
y la corriente primaria nominal.
45
Corriente de Excitación en Transformadores de Corriente para medida.
Es el valor eficaz de la corriente que circula por el devanado
secundario de un transformador de intensidad, cuando se aplica entre los
bornes del secundario una tensión de frecuencia nominal, estando el
devanado primario y cualquier otro devanado en circuito abierto.
S
O
D
VA
R
E
La clase de precisión de un transformador
de intensidad se designa
S
E
R
OSsuperior del error de intensidad admisible,
por un número igual alHlímite
C
E
ER
expresado
porcentaje, para la corriente primaria nominal y la carga de
Den
Designación de la Clase de Precisión en Transformadores de Corriente
para medida (Indice de Clase).
tensión.
Clase de Precisión en Transformadores de Corriente para medida.
Según la norma COVENIN 2142-84, las clases de precisión
normalizada para transformadores monofásicos de tensión para medida, son
las indicadas en la tabla 2.4.
Tabla 2.4.- Uso de Transformadores de Corriente y Tensión según clase de precisión.
Clase de
Precisión
0.1
0.2
0.5
1.0
3.0
Usos más Generalizados
Mediciones de precisión en laboratorios.
Contadores de precisión, en especial contadores para grandes
potencias. Casos en los que son de prever factores de potencia
bajos. Mediciones de laboratorio. Patrones portátiles.
Contadores normales. Aparatos de medida y reguladores sensibles
Amperímetros, Vatímetros y fasímetros de cuadro. Contadores
industriales. Relés de protecciones, de contacto a tierra, y otros de
cierta precisión generada.
Relés ordinarios de protección y otros. Aparatos de poca precisión
con elevado consumo. Casos en los que no importan los errores de
ángulo.
Fuente: Labarca Hendrick. Diseño de un tablero para realizar pruebas eléctricas de rutina en
transformadores de distribución para la empresa SerWestca C.A. Año 2000
46
2.2.3. Canalizaciones Eléctricas.
Se conoce como canalización eléctrica al conjunto de elementos
físicos diseñados y elaborados para transmitir la energía eléctrica de un
punto a otro de forma segura y ayudando a mantener la estética del lugar en
que se encuentran.
Para llevar la energía eléctrica a los dispositivos necesitados de ella,
S
O
D
VA
R
E
equipos a los cuales están conectados.
S
E
R
OS
H
C
EREde Conductores.
2.2.3.1. D
Selección
es imprescindible la utilización de conductores adecuados, los cuales deben
ser correctamente aislados para la protección de los usuarios y de los
En la sección 220-3 del Código Eléctrico Nacional se establece que “la
capacidad nominal del circuito ramal no será menor que la suma de la carga
no continua mas el 125% de la carga continua. El calibre mínimo de los
conductores del circuito ramal, sin aplicar ningún factor de ajuste o
corrección, debe permitir una capacidad máxima o mayor que la carga no
continua mas 125% de la carga continua”.
Para seleccionar un conductor para cualquier circuito eléctrico, es
necesario definir cual es la corriente máxima que circulará por el conductor a
seleccionar. Para el cálculo de esta corriente (si no está especificada por el
equipo a conectar), se utiliza la Ley de Ohm. Luego, esta corriente se
multiplica por factores de corrección de temperatura (tabla 310-16 del CEN),
de cantidad de conductores en caso de que vayan dentro de una misma
canalización (tabla C9 del CEN) y factor de corrección por caída de tensión si
las distancias son superiores a 10 metros.
Al obtener el valor de la corriente, se selecciona el conductor del
fabricante de éste o de las normas que regulen los tipos de conductores para
el fin específico (véase tabla 310-16 del CEN). Después, se verifica el nivel
47
de tensión donde se utilizará el conductor y se compara con el voltaje
especificado por el fabricante.
2.2.3.2. Selección de Conductores para Circuitos de Control.
Para seleccionar conductores para la interconexión interna en un
circuito de control, se toman en cuenta los criterios del apartado anterior para
S
O
D
VA
R
E
con calibres mínimos # 18 AWG y E
para
Scorrientes superiores de 5 A., se
R
OS los criterios del apartado anterior, con la
toman en consideración
todos
H
C
E
premisa D
de E
queR
el calibre mínimo a utilizar es # 14 AWG.
el cálculo de las corrientes y para la selección del calibre de los conductores
según la norma ANSI C37.21, para corriente menores de 5 A., conductores
Para los circuitos de control no se toma en cuenta la caída de tensión,
dado que las distancias son consideradas pequeñas.
2.2.4. Elementos de Protección y Dispositivos de Control.
Son dispositivos que sirven para gobernar de manera predeterminada,
la potencia eléctrica que es enviada a los aparatos a los cuales están
conectados para ejercer control.
Dentro de los dispositivos de control se encuentras: switches, relés,
contactores, botones, lámparas indicadoras, temporizadores, entre otros.
Kosow (1999), establece que “normalmente los sistemas de control de
energía se pueden clasificar en dos categorías: circuitos de potencia o de
fuerza y circuitos de control. Aunque los dos circuitos son de control, se
diferencian en la capacidad de energía que pueden manejar. Los circuitos de
fuerza son capaces de manejar altos niveles de potencia con corrientes
superiores a los 10 A., mientras que lo circuitos de control trabajan
manejando niveles de potencia menores, con corrientes que no sobrepasan
los 10 A”.
48
2.2.4.1. Interruptores Automáticos.
Los interruptores automáticos, como los mostrados en la figura 2.17,
son dispositivos de protección capaces de abrir y cerrar un circuito por medio
del accionamiento manual de una palanca o la interrupción automática e
circuitos bajo cortocircuito o condiciones de sobrecarga mantenidas. Los
interruptores automáticos proporcionan intrínsicamente la función de
S
O
D
VA
R
E
circuito ramal de un motor, ya sea del
tipo
S instantáneo o de tiempo inverso,
E
R
OS
su capacidad o ajuste deberá
hacerse de acuerdo con las limitaciones de la
H
C
E
tabla Nº D
450E
–R
152 del Código Eléctrico Nacional (CEN).
protección automática de un circuito sin utilizar fusibles.
Si se utilizan fusibles o bien interruptores automáticos para proteger el
En cuanto a los interruptores automáticos de tipo instantáneo, se
deben utilizar solamente si son ajustables y si forman parte de un arrancador
de combinación.
Figura 2.17.- Interruptores Automáticos en Caja Moldeada
Fuente: www.siemens.com
49
Cuando el valor determinado de ajuste o capacidad no coincide con
los valores nominales, se permiten tomar valores de ajuste o capacidad
inmediatamente superiores, siempre y cuando no exceda el 1300% de IN, de
acuerdo al artículo 430-52 del CEN.
Al igual que los fusibles, la capacidad de interrupción del interruptor
automático está determinada por el nivel de cortocircuito en el punto donde
va conectado el motor.
S
O
D
VA
R
E
S
Para la selección adecuada de un Interruptor Automático de baja
E
R
S
Tensión del Circuito:
HOvoltaje al cual opera el interruptor. No podrá ser
C
E
superior
DERa la tensión nominal del mismo.
tensión es necesario tomar en cuenta:
1)
2) Capacidad de Interrupción: la capacidad de corriente debe ser igual
o mayor que la corriente de cortocircuito calculada que puede
producirse en el punto del sistema donde el interruptor está instalado.
3) Corriente de Operación: es la corriente máxima en régimen continuo
a la cual el interruptor funciona sin dispararse. Los interruptores son
calibrados para un funcionamiento hasta una temperatura de 40º C. A
temperaturas superiores es necesario compensar el interruptor.
4) Número de Polos: son las fases activas del sistema a utilizar.
5) Frecuencia: pueden ser aplicados en circuitos con frecuencia desde
corriente directa hasta circuitos con frecuencia de 120 Hz. sin afectar
la capacidad de conducción del interruptor. Para frecuencias
superiores se hace necesario la calibración de la unidad disparo.
6) Condiciones de Operación: las condiciones de operación son las
siguientes: altas temperaturas ambientales, corrosión, humedad,
altitud y posición de montaje.
La selección de un Interruptor de baja tensión difiere de la selección
de los de media y alta tensión, básicamente de su operación instantánea a
50
corrientes cercanas a su valor de interrupción. Los contactos actúan
generalmente durante el primer ciclo de corriente y por tanto el interruptor
debe soportar los esfuerzos mecánicos de esas corrientes.
Cuando se especifican interruptores de baja tensión, lo primero que
debe determinarse es la corriente de cortocircuito la cual él debe despejar, la
corriente nominal que debe soportar y la tensión del sistema, siendo estos
S
O
D
VA
R
E
S
valores los que determinarán el frame del interruptor y el ajuste de disparo
del mismo.
EC
R
E
D
E
R
S
HO
2.2.4.2. Relés.
Un relé, según Labarca (2000), “es un conmutador eléctrico
especializado que permite controlar un dispositivo de gran potencia mediante
un dispositivo de potencia mucho menor. Un relé, está formado por un
electroimán y unos contactos conmutadores mecánicos que son impulsados
por el electroimán. Éste requiere una corriente de sólo unos cientos de
miliamperios generada por una tensión de sólo unos voltios, mientras que los
contactos pueden estar sometidos a una tensión de cientos de voltios y
soportar el paso de decenas de amperios. Por tanto, el relé permite que una
corriente y tensión pequeñas controlen una corriente y tensión mayores”.
Existen bobinas de relé para una amplia gama de tensiones, y algunas
están diseñadas para controlar simultáneamente muchos contactos, que
pueden estar cerrados o abiertos cuando el relé esta desenergizado.
Al energizarse la bobina del relé se produce un campo magnético que
produce el movimiento de su parte mecánica, produciendo un cambio de
estado en sus contactos, los normalmente abiertos se cierran y los
normalmente cerrados se abren. Cuando es cortada la alimentación a la
bobina del relé, los contactos vuelven a su posición original.
51
Los relés son los encargados de ejecutar las decisiones del circuito de
control y proveen las señales apropiadas para enrumbar las señales que
provocarán la secuencia de operación de varias máquinas.
Existe una gran variedad de relés diseñados para diferentes
funciones, pero todos bajo el mismo concepto de controlar y proteger el
sistema que integran. Estos relés pueden ser: de acción retardada,
S
O
D
VA
R
E
diferencial, térmico, instantáneo, entreE
otros.
S
R
S de un relé, es necesario
O
Para la selección
adecuada
H
C
RE
consideración
siguientes variables de operación:
DElas
amortiguador, de aceleración de tiempo, de bloqueo, de retención, de
frecuencia, de inversión de corriente, de mínima tensión, de sobretensión,
tomar en
1) Tensión del Circuito: para seleccionar un relé para una aplicación
particular, uno de los primeros pasos es determinar la tensión de
control que utilizará el relé así como a la tensión que estarán
sometidos sus contactos.
2) Contactos: es necesario seleccionar un relé que tenga la cantidad
necesaria de contactos abiertos y cerrados para la aplicación
específica.
3) Rango de Corriente de los Contactos: es necesario determinar la
capacidad de corriente que pueden soportar los contactos de los relés,
así como también la corriente máxima que les permite operar
satisfactoriamente.
4) Temperatura de Operación: define el rango de calor donde el relé
operará normalmente con las tensiones y corrientes especificadas en
su diseño.
2.2.4.2.1. Relés Térmicos de Sobrecarga.
Kosow (1999) afirma que “el elemento básico de un relé térmico de
sobrecarga (ver figura 2.18), es una lámina bimetálica constituida por dos
52
metales de diferente coeficientes de dilatación y que son calentadas por la
corriente que atraviesa el circuito principal del motor. El calentamiento puede
ser: directo (si por la lámina bimetálica pasa toda la corriente del circuito) o
indirecto (si la corriente pasa por un arrollamiento calefactor que rodea la
lámina bimetálica)”.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
C 2.18.Relés Térmicos de Sobrecarga
EFigura
R
Fuente: www.siemens.com
E
D
Debido a las diferencias en los coeficientes de dilatación de los
metales que conforman la lámina bimetálica, cuando aumenta la temperatura
cada uno de los metales sufrirá un alargamiento diferente. Al estar soldados
por sus extremos, el metal cuyo coeficiente de dilatación sea mayor se
curvará sobre el otro, accionando en cierto punto un mecanismo que abre o
cierra un contacto, que a su vez accionará el mecanismo de disparo de un
disyuntor, cuando la corriente que circula por él toma un valor determinado
por cierto espacio de tiempo.
2.2.4.2.2. Relés Temporizados o Temporizadores.
Es un relé que al energizar sus bobinas de operación produce un
cambio de estado en sus contactos después de un tiempo predeterminado.
Los temporizadores (ver figura 2.19) pueden ser de dos modos de operación:
la primera es Off-delay, la cual una vez desenergizadas sus bobinas sus
contactos vuelven a su estado inicial, después de transcurrido un tiempo
predeterminado; el otro modo de operación es el On-delay, donde una vez
53
energizado el relé no se producen cambios en sus estados iniciales, hasta
que transcurre un tiempo determinado donde se produce cambio de estado.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
O
Figura 2.19.Temporizado de Retardo al Encendido
HRelé
C
Fuente: www.siemens.com
E
R
DE
Existen ciertas características importantes que están estrechamente
vinculadas a los temporizadores, y de las cuales dependerá la selección
adecuada del dispositivo de control a utilizar; estas características son:
1) Precisión de Repetibilidad: es la máxima variación del tiempo de
operación del temporizador para operaciones sucesivas, la cual se determina
por la ecuación siguiente:
(Tmax − Tmin )
*100
(Tmax + Tmin )
(2-26)
donde:
Tmax: Tiempo máximo de temporización.
Tmin: Tiempo mínimo de temporización.
2) Tiempo de Restablecimiento: es el tiempo mínimo necesario para
que la tensión de control realice la operación de encendido o apagado del
temporizador.
54
3) Tiempo de Retardo: es el rango ajustable del relé, el cual viene
establecido por el fabricante.
4) Tolerancia: es la máxima variación para cualquier tiempo de ajuste,
a tensión nominal a 25º C.
2.2.4.3.
Contactores.
S
O
D
VA
R
E
reposo cuando deja de actuar la fuerza
que
S lo mantiene conectado. Según su
E
R
OSRuptor, cuando corresponde a la apertura de
posición de reposo es llamado
H
C
E
sus contactos
DEyRContactor, cuando corresponde al cierre de sus contactos”.
El contactor (ver figura 2.20), es definido por Siskind (1998) como “un
dispositivo de corte con control a distancia, que vuelve a la posición de
Los contactores se emplean tanto como para el control local como
para el control a distancia o remoto, de máquinas de cualquier género. Son
utilizados en los sistemas de control en que la potencia de acoplamiento y la
frecuencia de maniobra plantean severas exigencias.
Figura 2.20.- Contactores Principales y Auxiliares
Fuente: www.siemens.com
El contactor como tal es un elemento de control, pero al añadirle un
relé de sobrecarga, forma lo que comúnmente se conoce como un
arrancador, que permite utilizarlo como protector de motores. Además el
55
contactor resulta ser un dispositivo indispensable en la automatización para
el control de las secuencias de trabajo.
2.2.4.3.1. Clasificación de los Contactores.
1) Por el tipo de accionamiento.
a) Contactores Electromagnéticos: cuando el accionamiento se debe
S
O
D
VA
R
E
medios mecánicos (resortes, entre otros).
S
E
R
OS cuando son accionados por la presión de
c) Contactores Neumáticos:
H
C
E
un gas (nitrógeno,
DER aire, entre otros).
a la fuerza de atracción de un electroimán.
b) Contactores Electromecánicos: si el accionamiento se realiza por
d) Contactores Hidráulicos: si la fuerza de accionamiento procede de
un líquido, que puede ser agua, aceite, entre otros.
2) Por la disposición de sus contactos:
a) Contactores al Aire: en los que la ruptura se produce en el seno del
aire.
b) Contactores al Aceite: en los que la ruptura tiene lugar en el seno
de un baño de aceite. Este tipo de contactor permite mayor intensidad de
corriente con respecto a un contactor del mismo tamaño pero de aire, debido
al poder refrigerante que tiene el aceite, aunque necesitan un mayor
mantenimiento.
3) Por la clase de corriente:
a) Contactores de Corriente Continua.
b) Contactores de Corriente Alterna.
4) Por los límites de tensión:
a) Contactores de baja tensión (hasta 1000 voltios).
56
b) Contactores de alta tensión (por encima de los 1000 voltios).
2.2.4.3.2. Normas pata la Utilización de Contactores.
Los fabricantes de contactores facilitan catálogos de datos técnicos
constructivos, manuales de operación, entre otros tipos de instructivos, en los
que figuran los límites de aplicación de cada uno de los tipos de contactores
S
O
D
VA
R
E
S
fabricados por ellos. La determinación del contactor más adecuado para una
aplicación específica es por consiguiente, de gran interés para los
E
R
S
Cuando se va H
a O
seleccionar un contactor para una
C
E
determinada,
DEseRdeben tener en cuenta dos clases de criterios:
electricistas profesionales.
aplicación
a) Criterios de construcción: que corresponden al fabricante.
1) Corriente Nominal Térmica (Calentamiento): es la corriente que
pueden soportar los contactos principales de un contactor durante 8 horas,
en ausencia de arco de ruptura.
2) Cualidades Dieléctricas.
3) Duración Mecánica: es el número de maniobras (conexión o
desconexión) que puede efectuar un contactor, sin corriente en los contactos,
antes de que sea necesario revisar o reemplazar las partes mecánicas. El
valor de la duración mecánica está fundamentada en un mantenimiento
normal y en un ajuste de las partes mecánicas.
4) Duración Eléctrica: es el número de maniobras (conexiones o
desconexiones) que puede efectuar un contactor con corriente en los
contactos antes de que sea necesario revisarlos o reemplazarlos. Esta
duración es inferior a la duración mecánica, ya que debe tenerse en cuenta
los efectos en los contactos en los arcos de ruptura. La duración eléctrica
depende de la carga y de la categoría de servicio.
57
5) Poder de Ruptura y Poder de Conexión: las normas para
contactores distinguen tres expresiones para los poderes de ruptura y poder
de conexión: en funcionamiento normal, en funcionamiento ocasional y en
caso de cortocircuito; este último se deja a la iniciativa del constructor, salvo
a indicación contraria se consideran como idénticos a los valores en
funcionamiento ocasional.
S
O
D
VA
R
E
aplicaciones en corriente continua E
(DC1,
S DC2, DC3, DC4 y DC5). A
R
S
Ocaracterísticas
continuación se describen
las
exigidas y campos de aplicación
H
C
E
ER de servicio.
de estasD
categorías
Las normas definen categorías distintas de servicio para
aplicaciones en corriente alterna (AC1, AC2, AC3 y AC4) y también para las
Categoría de Servicio AC1: se consideran en general las cargas
puramente resistivas o débilmente inductivas. Comprende el funcionamiento
normal (conexión y desconexión a la intensidad nominal del aparato receptor)
y el funcionamiento ocasional (conexión y desconexión a 1.5 veces la
intensidad nominal del aparato receptor).
Categoría de Servicio AC2: se utilizan para el control de motores
asíncronos
de
rotor
devanado.
Comprende
los
contactores
de
funcionamiento normal (conexión y desconexión a 2.5 veces la intensidad
nominal del equipo receptor) y de funcionamiento ocasional (conexión y
desconexión a 4 veces la intensidad nominal del equipo receptor).
Categoría de Servicio AC3: son utilizados para el control de
motores asíncronos con rotor en cortocircuito (jaula de ardilla). Comprende
los contactores previstos para el funcionamiento normal (conexión a 6 veces
la intensidad nominal del equipo receptor y desconexión a la intensidad
nominal de este mismo aparato) y el funcionamiento ocasional (conexión a
10 veces la intensidad nominal si ésta es inferior o igual a 100 A., a 8 veces
si es mayor de 100 A.; la desconexión del equipo receptor es a 8 veces la
intensidad nominal de dicho dispositivo o 6 veces si es mayor de 100 A.).
58
Categoría de Servicio AC4: son utilizados para el control de
motores asíncronos con rotor en cortocircuito. Comprende los contactores
previstos para el funcionamiento normal (conexión a 6 veces la intensidad
nominal del equipo receptor) y el funcionamiento ocasional (conexión a 12
veces la intensidad nominal si ésta es inferior o igual a 100 A. y a 10 veces si
es mayor de 100 A.; la desconexión del equipo receptor es a 10 veces la
S
O
D
VA
R
E
Categoría de Servicio DC1:
son
S utilizados para cargas puramente
E
R
OS Comprende los contactores previstos para
resistivas o débilmente inductivas.
H
C
E
el funcionamiento
DER normal (conexión y desconexión a la intensidad nominal
intensidad nominal de dicho dispositivo si ésta es inferior o igual a 100 A. y a
8 veces so es mayor de 100A.).
del equipo receptor) y el funcionamiento ocasional (conexión y desconexión a
1.5 veces la intensidad nominal del equipo receptor).
Categoría de Servicio DC2: son utilizados para el mando de
motores shunt con el motor girando libremente (nunca a rotor bloqueado).
Comprende los contactores previstos para el funcionamiento normal
(conexión a 2.5 veces la intensidad nominal del equipo receptor y
desconexión a la intensidad nominal del equipo) y el funcionamiento
ocasional (conexión y desconexión a 4 veces la intensidad nominal del
equipo receptor).
Categoría de Servicio DC3: son utilizados para el
mando de
motores shunt con desconexión a motor calado, inversiones bruscas del
sentido de marcha, marcha a impulsos, entre otros. Comprende los
contactores
previstos
para
el
funcionamiento
normal
(conexión
y
desconexión a 2.5 veces la intensidad nominal del equipo receptor) y el
funcionamiento ocasional (conexión y desconexión a 4 veces la intensidad
nominal del equipo receptor).
Categoría de Servicio DC4: son utilizados para el control de
motores serie con desconexión a motor en funcionamiento (nunca a rotor
59
bloqueado). Comprende los contactores previstos para el funcionamiento
normal (conexión a 2.5 veces la intensidad nominal del equipo receptor y
desconexión a la intensidad nominal de este mismo aparato) y el
funcionamiento ocasional (conexión y desconexión a 4 veces la intensidad
nominal del equipo receptor).
Categoría de Servicio DC5: comprende los contactores previstos
S
O
D
VA
R
E
(conexión y desconexión a 4 veces
Sla intensidad nominal
E
R
OS
receptor).
H
C
E
DER
para el funcionamiento normal (conexión y desconexión a 2.5 veces la
intensidad nominal del equipo receptor) y el funcionamiento ocasional
del equipo
b) Criterios de utilización: que se refieren al usuario.
1) Corriente de Servicio: corriente máxima que puede controlar un
contactor en las condiciones de utilización fijadas por las exigencias del
servicio.
2) Clase de Servicio: caracteriza a las posibilidades de éste, en lo
que se refiera a frecuencia de maniobra, robustez mecánica, duración de los
contactos, entre otros. Las normas para contactores establecen cuatro clases
de servicio para estos aparatos:
Servicio Permanente: el contactor permanece conectado sin
interrupción por tiempo indefinido, y superior a 8 horas estando recorridos
los contactos principales por la corriente de servicio.
Servicio de 8 horas: los contactos principales del contactor
pueden permanecer cerrados durante un tiempo suficiente para alcanzar el
equilibrio térmico pero que no sobrepasa las 8 horas sin interrupción. Al final
de este período de tiempo, el contactor debe de haber efectuado al menos
una desconexión en carga.
Servicio temporal: los contactos principales del contactor
pueden permanecer cerrados (estando recorridos por la corriente de servicio)
60
durante un tiempo insuficiente para que el circuito principal alcance el
equilibrio térmico, para permanecer en reposo un tiempo, suficiente para que
el circuito principal se enfríe hasta adquirir la temperatura ambiente.
Servicio Intermitente: éste servicio presenta períodos de
trabajo y reposo de duraciones constantes y definidas, es decir, ciclos de
trabajo iguales compuestos cada uno de ellos por un tiempo de conexión,
S
O
D
VA
R
E
servicio intermitente, según el númeroEde
Smaniobras a efectuar en una hora,
R
OSde servicios siguientes dados en la tabla 2.5:
se establecen las cinco H
clases
C
E
DER
siendo insuficiente la duración de cada tiempo para que el circuito principal
alcance equilibrio térmico. Para la clasificación de los contactores dentro del
Tabla Nº 2.5.- Clases de Servicio para Criterios de Utilización de Contactores.
Clase
0
I
II
III
IV
Número de Maniobras por Hora
Menor o igual a 6
Menor o igual a 30
Menor o igual a 150
Menor o igual a 600
Menor o igual a 1200
Fuente: Espinosa Mauricio, Proyecto Eléctrico para la Repotenciación de la Gabarra 1008
de Dowell Schlumberger de Venezuela, Año 1995
2.2.4.4. Fusibles
Los fusibles (ver figura 2.21), son definidos por Siskind (1998) como
“los dispositivos más apropiados de protección contra sobrecorriente. Las
partes fundamentales de un fusible son uno o varios elementos
encapsulados en un tubo y conectado a los contactos de los terminales. La
resistencia eléctrica del elemento es tan baja que simplemente actúa como
un conductor. Sin embargo, cuando ocurre una corriente destructiva el
elemento se funde muy rápidamente y abre el circuito para proteger los
conductores, otros componentes del circuito y las cargas”.
61
Las características del fusible son estables, además no requieren
mantenimiento periódico o pruebas y poseen tres características únicas de
protección:
1) Los fusibles modernos tienen una capacidad de interrupción
alta y pueden operar con corrientes de falla elevada sin ruptura.
2) Garantizan una coordinación selectiva, ya que solamente el
S
O
D
VA
R
E
3) Garantizan una protección
S óptima de componentes,
E
R
O
manteniendo
lasS
corrientes de fallas a un valor bajo. Se dice
H
C
E
R son limitadores de corriente.
DEque
fusible cercano a la falla se abre sin que los fusibles anteriores
(de redes parciales o líneas de acometida) resulten afectados.
Figura 2.21.- Fusibles
Fuente: www.siemens.com
El valor del voltaje de un fusible debe ser por lo menos igual a la
tensión nominal del circuito. Puede ser mayor pero nunca menor. El valor del
voltaje de un fusible está en función o depende de su capacidad para abrir un
circuito bajo la condición de sobrecorriente. Específicamente, el valor del
voltaje determina la habilidad del fusible para suprimir el arco interno que
ocurre después que el elemento fusible se funde y se produce el arco. Si se
62
utiliza un fusible con una tensión menor que la del circuito la supresión del
arco será perjudicial y bajo algunas condiciones de falla el fusible no puede
aislar la sobrecorriente de forma segura.
Cada fusible tiene un valor específico en amperios y para la selección
del valor adecuado se deben tener en cuenta consideraciones sobre el tipo
de carga y las exigencias de las normas eléctricas. El amperaje de un fusible
S
O
D
VA
R
E
aplicaciones en circuitos con motoresE
donde
S se permite el dimensionamiento
R
S elemento y 300% en fusibles sin retardo de
hasta 175% en fusibles H
de O
doble
C
E
tiempo. DER
normalmente no debe exceder la capacidad de corriente manejado por el
circuito. Dependiendo de la aplicación, existen excepciones como las
2.2.5. Mediciones Eléctricas.
Las magnitudes eléctricas no se pueden medir por observación directa
y por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una
fuerza
física
susceptible
de
ser
detectada
y
medida.
La
acción
electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas y el
calentamiento provocado por una resistencia conductora son algunas de las
propiedades de la electricidad utilizadas para obtener mediciones analógicas.
Las mediciones juegan un papel importante en la validación de las
pruebas y resultan esenciales para estudiar, desarrollar y vigilar el equipo a
examinar. Sin embargo, el proceso mismo de medición implica muchos
pasos antes de producir un conjunto útil de medición, es por esto necesario
tomar ciertas consideraciones que hacen del proceso de medición un
proceso efectivo.
2.2.5.1. Instrumentos de Medición Eléctrica.
Son todos aquellos instrumentos capaces de clasificar la magnitud de
una señal analógica deseada y transformarla en energía mecánica o en una
63
señal eléctrica digital. En el caso de que las señales sean muy pequeñas, los
instrumentos de medición necesitan amplificar la señal; en el caso contrario
requieren de la utilización de un transformador de medida.
La obtención de las señales generalmente incluye “ruido” no
relacionado con la señal a medir, es decir, otras señales que se recogen
junto con la señal a medir y que se amplifican o se reducen junto con la
S
O
D
VA
R
E
Los principales instrumentos deE
medición
S eléctrica son los siguientes:
R
OS
H
C
ERE
2.2.5.1.1.D
Amperímetros.
señal, lo que hace necesario filtrarlas para separarlas y presentarlas al
observador y almacenarla en algún medio electrónico.
Los amperímetros son los instrumentos principales para detectar el
paso de una corriente eléctrica y para medir su intensidad. El mecanismo del
amperímetro está diseñado de forma que un imán permanente o un
electroimán produzca un campo magnético que genere una fuerza en una
bobina cercana al imán cuando por ésta circule una corriente eléctrica.
Los amperímetros pueden ser digitales, tal y como se ve en la figura
2.22, permitiendo una lectura rápida y sin errores de la corriente eléctrica de
un equipo en funcionamiento.
Figura 2.22.- Amperímetro digital
Fuente: http://www.velasquez.com.co
64
2.2.5.1.2. Voltímetros.
Es un instrumento utilizado para medir la diferencia de potencial
(voltaje) entre dos puntos de un circuito eléctrico. El voltímetro, internamente
cuenta con un amperímetro que consta de una gran resistencia unida en
serie a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o
a dos puntos de un circuito eléctrico entre los que existe una diferencia de
S
O
D
VA
R
E
voltaje, que se puede medir si el amperímetro
S se calibra para ello.
E
R
S adecuado de resistencias en
Cuando se usaH
elO
tipo
C
REpara medir niveles muy distintos de voltajes.
amperímetro
DEsirve
potencial, circula una cantidad reducida de corriente (limitada por la
resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al
serie, un
Los voltímetros pueden ser también digitales, proporcionando una
lectura rápida de la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito
eléctrico, tal y como se aprecia en la figura 2.23.
Figura 2.23.- Voltímetro digital
Fuente: http://www.velasquez.com.co
2.2.5.2. Dispositivos de Mando y Señalización.
Los denominados dispositivos de mando y señalización desempeñan
un papel clave en la comunicación hombre-máquina durante el proceso de
65
apertura y cierre de los circuitos, garantizando siempre la seguridad de los
equipos y operadores, por lo cual estos deben tener un alto grado de
funcionalidad y robustez.
Dentro de los dispositivos de mando y señalización se encuentran los
siguientes elementos:
S
O
D
VA
R
E
que tienen contactos, normalmente abiertos
S o cerrados, los cuales operan
E
R
OS mecánica sobre ellos. Normalmente los
cuando se ejerce unaH
presión
C
E
ER
botones D
solo
operan cuando son presionados, y en caso de que se les
2.2.5.2.1. Botones o Pulsadores.
Los botones o pulsadores (ver figura 2.24) son dispositivos de control
remueva tal fuerza, estos volverán a su posición inicial.
Figura 2.24.- Botones o Pulsadores
Fuente: www.siemens.com
Existe una gama de tamaños en lo que a botones se refiere
dependiendo siempre de su utilización. Por ejemplo un diámetro nominal de
16 mm., resulta idóneo para superficies pequeñas, ya sea para la
construcción de paneles o tableros tipo mosaico.
Por otra parte están los pulsadores de plástico, los cuales ofrecen una
variante cuadrada para huecos de 26 mm. x 26 mm., y una variante redonda
66
para un diámetro de 22 mm.; contando con los más variados tipos de
envolvente.
2.2.5.2.2. Lámparas Indicadoras.
Son pequeñas luces o lámparas (ver figura 2.25) utilizadas en los
circuitos de control que indican el estado de encendido o apagado de un
S
O
D
VA
R
E
solamente alta fiabilidad y larga duración,
S sino también exactitud en su
E
R
S perfecta y gran variedad de casquillos
Osujeción
construcción miniaturizada,
H
C
REla mayor cantidad de necesidades.
con el finD
deE
cubrir
elemento o equipo en el sistema que está operando.
A las lámparas indicadoras y de señalización se les exige no
Figura 2.25.- Lámparas Indicadoras
Fuente: www.dimonel.es
2.2.5.2.3. Selectores.
Son pequeños interruptores deslizantes (ver figura 2.26) o basculantes
contenidos en el receptáculo de plástico o de cerámica de un DIP (acrónimo
en inglés de Dual In-line Package) conectado a una placa de circuito. Cada
conmutador DIP puede configurarse en cerrado o abierto y se accionan
cuando se gira a una posición determinada.
67
Figura 2.26.- Selectores.
Fuente: www.modisa.net
2.2.5.2.4. Display.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
Dispositivos de señalización electrónicos digitales (ver figura 2.27),
EC
R
E
D
voltímetros, amperímetros,
que facilitan la lectura de mediciones realizadas por otros instrumentos, ya
sean
termómetros, entre tantos otros. Su
utilización garantiza una lectura legible y evita los errores de percepción por
parte del operador.
Figura 2.27.- Display
Fuente: www.digitaldisplay.com
2.3. Definición de Términos Básicos.
A continuación se presentarán una serie de definiciones referentes a
los elementos que componen un banco de pruebas o tablero. Estas
definiciones son necesarias para lograr una mejor comprensión de la
estructura y conformación de un tablero eléctrico.
68
Accesorio.
Pieza de una instalación cuya finalidad es realizar un trabajo más
mecánico que eléctrico, tal como una tuerca, boquilla, abrazadera, tornillo,
arandela, empacadura, etc. (Código Eléctrico Nacional, 1999).
Alimentador.
S
O
D
VA
R
E
derivado separadamente, y el último
Sdispositivo de protección
E
R
OS (Código Eléctrico Nacional, 1999).
sobrecorriente del circuito
ramal.
H
C
E
DER
Son todos aquellos conductores de un circuito que se encuentran
entre el equipo de acometida o la fuente de suministro de un sistema
contra
Calibración.
Se refiere a una medición contra un estándar más exacto de la
referencia. Como la exactitud depende de la cantidad medida, la calibración
se debe realizar sobre el rango completo del instrumento. (Labarca, 2000).
Cerramientos.
Se les denomina cerramientos a los cubículos, gabinetes o
compartimientos cerrados que alberguen dispositivos eléctricos dentro de él.
(Propio).
Circuito Ramal.
Es el circuito entre el último elemento de protección contra
sobrecorriente y el equipo al que se encuentra conectado. (Penissi, 2001).
Conductores.
Son elementos con poca resistencia eléctrica utilizados para la
transmisión de potencia de un punto a otro. (Propio).
69
Contactos.
Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o
interrumpir el paso de corriente, tanto en el circuito de potencia como en
circuito de mando, tan pronto se energice o desenergice la bobina, el
contactor o el relé por el cual estén gobernados. (Kosow, 1999).
S
O
D
VA
R
E
inherentes al acto mismo de la medición,
Sdebido a que no se puede obtener
E
R
S
una exactitud perfecta.H
LaO
descripción
de cada medición debe incluir un
C
E
ER las magnitudes y las fuentes de los errores, además de la
intento de
Devaluar
Errores en la Medición.
En todo proceso de medición se presentan errores, ya que son
forma de minimizarlos. (Labarca, 2000).
Exactitud.
Es la diferencia que hay entre la cantidad real y el valor medido; esta
diferencia puede provenir de diversas fuentes, como puede ser un error
atribuible a la incorrecta lectura o uso incorrecto del instrumento, un error
sistemático causado por defectos particulares del instrumento o factores
ambientales, o simplemente un error aleatorio. (Labarca, 2000).
Plano.
Diagrama gráfico en el que se plasman medidas, conexiones y demás
elementos del objeto analizado, y que son importantes para el completo
conocimiento del mismo, utilizando siempre una simbología apropiada.
(Propio).
Precisión.
Es la capacidad de un instrumento de reproducir la misma medida en
repetidas ocasiones. Se determina una estimación de la precisión mediante
70
la desviación de la lectura con respecto al valor promedio, aunque una
precisión alta no implica necesariamente una mejor exactitud. (Labarca,
2000).
Rango.
El rango de medición está limitado por la cantidad mínima que el
S
O
D
VA
R
E
S
instrumento puede resolver, y la máxima entrada de señal que no dañe al
instrumento o que puede medir dentro de cierta exactitud. (Labarca, 2000).
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Resolución.
La resolución es el cambio más pequeño que un instrumento es capaz
de detectar; es especificada por el fabricante basado en la exactitud y la
precisión del instrumento. En un instrumento analógico de medición, la
resolución está dada por la división más pequeña de la escala de medición, y
en un instrumento digital, es la cantidad que representa el menor dígito
significativo. (Labarca, 2000).
Sensibilidad.
Se define como el cambio incremental más pequeño que puede
detectar el medidor, aunque esto no significa que este cambio mínimo se
muestre al usuario del instrumento. (Labarca, 2000).
Sobrecarga.
Funcionamiento de un equipo excediendo su capacidad normal; o un
conductor con exceso de corriente sobre su capacidad nominal, cuando tal
funcionamiento
de
persistir
por
tiempo
suficiente,
causa
daños
o
sobrecalentamiento peligroso. (Código Eléctrico Nacional, 1999).
71
Sobrecorriente.
Cualquier valor de corriente; sobre la corriente nominal de un equipo o
sobre la capacidad de corriente de un conductor. La sobrecorriente puede
ser causada por una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra. (Código
Eléctrico Nacional, 1999).
S
O
D
VA
R
E
solo panel; en donde están instalados
dispositivos
de control, de protección
S
E
R
OSinstrumentos de medición, ya sea en el frente
contra sobrecorrientes yH
otros
C
E (Código Eléctrico Nacional, 1999).
ERpartes.
detrás o D
ambas
Tablero.
Un panel o grupo de paneles individuales diseñados para constituir un
72
2.4. Mapa de Variables.
Objetivo General. Realizar un estudio técnico – económico para el mejoramiento de las condiciones operativas del banco de pruebas de motores
de inducción tipo jaula de ardilla, de baja tensión, de la empresa SerWestca C.A.
Objetivos Específicos
Variables
DO
A
V
R
SE
E
Definición
de
Variables
R
OS
H
REC
DE
Identificar las pruebas eléctricas, de
acuerdo a la normativa vigente, de
Pruebas
los motores de inducción tipo jaula
eléctricas.
de ardilla, de baja tensión.
S
Indicadores
Técnica de
Recolección
de Datos
Fases de la
Investigación
Resistencia del
Son acciones realizadas para
devanado, corriente de
evaluar las condiciones de
excitación, pérdidas en
trabajo de un motor de acuerdo
vacío, pérdidas bajo
a los criterios de aceptación
carga, equilibrio de
regidos por un patrón mínimo
corriente, nivel de
establecido por la IEEE Std.
aislamiento,
112 Año 1996.
vibraciones,
Revisión
bibliográfica.
Fase I
temperatura, eficiencia.
Funcionabilidad de
Evaluar las condiciones actuales
operativas del banco de pruebas
para motores de inducción tipo jaula
de ardilla, de baja tensión,
perteneciente a la empresa
SerWestca C.A.
equipos, instrumentos y
Condiciones
actuales
operativas.
Estado de operatividad de un
accesorios, calibración
Observación
equipo, indicador de cada una
de instrumentos,
directa y
de sus carencias y
verificación de
Entrevista no
capacidades.
conexiones,
estructurada.
Fase II
comparación con los
planos eléctricos.
73
Diseñar los nuevos sistemas de
arranque, control y protección
requeridos para el banco de pruebas
de motores de inducción tipo jaula
de ardilla, de baja tensión, de la
empresa SerWestca C. A.
Sistemas de
Conjunto de elementos
eléctricamente interconectados
Nivel de corriente, nivel
OS
D
A
específicas, ya sean de
V condiciones de
R
protección
E
arranque, control
Ey/oS
R
requeridos.
cortocircuito.
S
protección.
O
CH
E
R
DE
arranque,
control
y
capaces de realizar funciones
de tensión, condiciones
de sobrecarga,
Observación
directa y
Revisión
Fase III
bibliográfica.
Precisar las necesidades de
equipos, instrumentos, sistemas de
arranque, control, protección, etc.,
Son aquellos dispositivos
Carencia y/o fallas en
requeridos para el cabal
Necesidades
requeridos para lograr mejorar
los equipos, sistemas
Observación
funcionamiento del banco de
de equipos.
las condiciones operativas del
de arranque, control y
directa.
banco de pruebas.
protección.
pruebas de motores de inducción
Fase IV
tipo jaula de ardilla, de baja tensión,
de la empresa SerWestca C. A.
Diagrama gráfico en el que se
Elaborar los planos ergonómicos y
plasman medidas, conexiones
eléctricos con las especificaciones
técnicas de equipos e instrumentos
Planos
de medición del banco de pruebas
ergonómicos
de motores de inducción tipo jaula
y eléctricos.
de ardilla, de baja tensión, de la
empresa SerWestca C. A.
y demás elementos del objeto
analizado, y que son
importantes para el completo
conocimiento del mismo,
utilizando siempre una
Dimensiones físicas,
Observación
simbologías,
directa
conexiones eléctricas.
y Revisión
Fase IV
bibliográfica.
simbología apropiada.
74
Determinar los costos asociados al
mejoramiento del banco de pruebas
Inversión económica realizada
Costos
de motores de inducción tipo jaula
asociados.
con la finalidad de obtener un
de ardilla, de baja tensión, de la
Analizar la factibilidad económica del
R
S
O
CH
mejoramiento del banco de pruebas
de motores de inducción tipo jaula
de ardilla, de baja tensión, de la
empresa SerWestca C. A.
RE
E
DFactibilidad
económica.
Revisión
equipos.
bibliográfica.
DOS
A
V
R
SE
artículo o servicio.
empresa SerWestca C. A.
Precios y costos de
E
Posibilidad real de la ejecución
Inversión, intereses,
del mejoramiento, en función
costo futuro, vida útil.
Revisión
de los costos y el tiempo de
Ingeniería, Procura y
bibliográfica.
recuperación de la inversión.
Construcción (IPC).
Fase V
Fase V
75
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HOCAPÍTULO
III
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1. Tipo de Investigación.
Tamayo y Tamayo (1994), define la investigación descriptiva como
aquella en la que se registra, analiza e interpreta la naturaleza actual y la
S
O
D
VA
R
E
presentando una interpretación correcta
Sdel mismo”. De igual manera, se
E
R
S Méndez (1988), quien explica que, una
Opor
sustenta con lo postulado
H
C
RE “identifica características del universo investigado,
investigación
DEdescriptiva,
composición ó procesos de los fenómenos. “La investigación descriptiva,
trabaja sobre realidades del hecho y sus características fundamentales,
establece comportamientos concretos, descubre y comprueba la asociación
entre variables de investigación”.
En el mismo orden de ideas, Fernández, Sampieri y Baptista (1991),
clasifican como investigación descriptiva, aquella en la que “el propósito del
investigador es describir situaciones y eventos, esto es, decir cómo es y
cómo se manifiesta determinado fenómeno. Los estudios descriptivos buscan
especificar las propiedades más importantes de personas, grupos,
comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis. Miden
o evalúan diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno a
investigar… es necesario hacer notar que los estudios descriptivos miden de
manera más bien independiente los conceptos o variables que tienen que
ver”.
Lo anterior descrito, demuestra claramente que la investigación
realizada fue de tipo descriptiva, debido a que se fue en busca de aquellos
aspectos que se deseaban conocer y de los cuales se buscó obtener una
respuesta. Durante el proceso de investigación, se estudiaron las
características del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de
ardilla, de baja tensión, de la empresa SerWestca, C. A., se evaluaron cada
77
una de esas características en forma directa (en el mismo campo de trabajo),
para luego precisar las necesidades de equipos e instrumentos que este
requería, y así poder analizar los costos asociados y la factibilidad
económica de la propuesta.
3.2. Diseño de la Investigación.
S
O
D
VA
R
E
permiten recoger datos de forma directa
Sde la realidad donde se presentan,
E
R
OS
en el sitio del acontecimiento”.
H
C
E
Sabino
(1979), establece que “el diseño de la investigación es un
DER
Rísquez, Pereira y Fuenmayor (1999), definen la investigación de
campo, como aquella en la que ”el investigador se basa en métodos, que
método específico, una serie de actividades sucesivas y organizadas, que
deben adaptarse a las particularidades de cada investigación y que nos
indican las pruebas a efectuar y las técnicas a utilizar para recolectar y
analizar los datos. Es una estrategia general que el investigador determina
una vez que se ha alcanzado una claridad teórica… y que orienta y esclarece
las etapas que habrán de acometerse posteriormente”.
Balestrini
(1998),
expone;
“toda
investigación
que
involucre
procedimientos exploratorios, descriptivos, correlacionales, y explicativos,
son siempre catalogadas como investigación de campo”.
Esta investigación es clasificada, de acuerdo a las características
anteriormente descritas, como una investigación de campo, ya que los datos
recolectados fueron tomados directamente del banco de pruebas de motores
livianos de la empresa SerWestca C.A. (lugar donde se presentaron los
hechos). Además, se realizó una descripción organizada de cada unas de las
variables involucradas en el proceso de investigación.
78
3.3. Población y Muestra.
En la gran mayoría de las investigaciones, se busca el análisis de una
muestra perteneciente a una población. Como la definen Rísquez, Pereira y
Fuenmayor (1999), “La población es el conjunto total finito o infinito de
elementos o unidades de observación que se consideran en un estudio, es
decir, es el universo de la investigación sobre la cual se pretende generalizar
S
O
D
VA
R
E
S
los resultados. Por otra parte esta población debe estar constituida por
características o estratos que le permitan distinguir los sujetos unos de
E
R
S
O significativo de la población que va a ser
Hfragmento
Una muestra es
el
C
E
ER Pereira y Fuenmayor (1999), lo definen “como un sector
DRísquez,
estudiado.
otros”.
de la población que se escoge para realizar la investigación; desde luego la
investigación a realizar debe ser válida para toda la población”.
Sin embargo, la naturaleza de esta investigación no tiene población ni
muestra pues está dirigida al estudio de un solo objeto, la cual está
contemplada en los objetivos específicos y en la delimitación de la
investigación.
3.4. Técnicas de Recolección de Datos.
Tamayo y Tamayo (1994), apuntan que “la recolección de datos
depende en gran parte del tipo de investigación y del problema planteado
para la misma, y puede efectuarse desde la simple ficha bibliográfica,
observación, entrevista, cuestionarios o encuestas y aún mediante la
ejecución de investigaciones para este fin”.
Según Rísquez, Pereira y Fuenmayor (1999), “las técnicas e
instrumentos de recolección de datos, son los recursos utilizados para
facilitar la recolección y el análisis de los hechos observados”. Al mismo
tiempo, por lo postulado por Chávez (1994), “son los medios que utiliza el
79
investigador para medir el comportamiento o tributos de las variables”. Arias
(1999), establece que “son ejemplos de técnicas; la observación directa, la
encuesta en sus dos modalidades (entrevista o cuestionario), el análisis
documental, análisis de contenido, etc”.
La observación directa, es definida por Zorrilla y Torres (1992), como
“la observación que se realiza por medio de los sentidos; en ocasiones
S
O
D
VA
R
E
S
también se auxilian de instrumentos científicos con los cuales puede darse
mayor precisión a un objeto estudiado”.
E
R
S
O
una interrelación entre
elH
investigador y las personas que componen el objeto
C
E
R de las formas de entrevista es la entrevista libre que es
DEUna
de estudio”.
Zorrilla y Torres (1992), exponen que “la entrevista se considera como
definida como un interrogatorio espontáneo que permite profundizar en la
mente del interrogado”.
En este sentido, se pueden claramente definir dos etapas básicas en
el proceso de investigación: la primera, el análisis documental y
estructuración de la investigación, asociada a la formulación y planteamiento
del problema y a la construcción del marco teórico. Consistió en la revisión
de la normativa internacional acerca del tema de estudio, así como la
revisión de antecedentes teórico - prácticos de otros autores. La segunda
etapa, por su parte, consistió en la observación directa, la cual se llevó a
cabo a través de la revisión de planos eléctricos y la manipulación de
instrumentos electrónicos, que ayudaron a determinar el estado actual del
banco de pruebas.
En el estudio técnico - económico realizado, las técnicas de
recolección de datos utilizadas fueron el análisis documental y la observación
directa, pero es necesario señalar que ha medida que se fueron cumpliendo
las fases de la investigación fue necesario adecuar la técnica utilizada para
adaptarla a las necesidades propias de cada momento.
80
En algunos casos, se realizaron entrevistas libres a personal de la
empresa, resaltando la colaboración prestada por el T.S.U Abelardo Jorge,
operador encargado de la Sección de Pruebas Eléctricas en la División de
Reparaciones de SerWestca, quien nos proporcionó mayores detalles y
especificaciones al momento de comparar los planos con el tablero, así como
también mayor información acerca del funcionamiento de instrumentos,
S
O
D
VA
R
E
S
dispositivos y equipos.
E
R
S
HO
3.5. Fases de la Investigación.
EC
R
E
D
Para el desarrollo de un proceso de investigación, se deben establecer
las pautas con las cuales se cumplirán los objetivos, a través de la ejecución
de pasos sistemáticamente organizados. A continuación, se establece un
orden metodológico y secuencial de la investigación de este Trabajo Especial
de Grado.
Fase I. Revisión Bibliográfica y Documentación.
En esta etapa se procedió al análisis documental concerniente a los
tópicos de la investigación. La revisión incluye las normas para la realización
de las pruebas (resistencia del devanado, corriente de excitación, pérdidas
en vacío, pérdidas bajo carga, equilibrio de corriente, nivel de aislamiento,
vibraciones, temperatura, eficiencia, etc.) para establecer de esta manera las
variables a controlar y/o medir; además involucra la bibliografía concerniente
al funcionamiento de los motores de inducción, planos eléctricos del banco
de pruebas y manuales de operación de los equipos (voltímetros,
amperímetros, tacómetro, entre otros).
81
Fase II. Diagnóstico del Estado Actual del Banco de Pruebas.
Después de la revisión bibliográfica y documentación, se procedió a la
identificación de los elementos del banco de pruebas, utilizando la
observación directa como principal herramienta para determinar el estado del
tablero. Enseguida, se procedió a comparar los planos eléctricos con los
dispositivos existentes, que a su vez fueron probados, para verificar de esa
S
O
D
VA
R
E
que la conexión entre los dispositivos,
que
S conforman el banco de pruebas,
E
R
OS con lo que indica el plano eléctrico de
es la correcta y que H
coincide
C
E
conexiones.
DER
manera que su funcionamiento fuese el indicado.
Así mismo, se hizo un seguimiento de los conductores, comprobando
Fase III. Diseño de los nuevos Sistemas de Protección y Control.
De acuerdo al funcionamiento requerido del banco de pruebas, se
diseñó lógica de control, utilizando relés y contactores, que permitieron el
cabal funcionamiento del tablero de manera sencilla y con un alto nivel de
confiabilidad. El diseño se realizó de acuerdo a los criterios del Código
Eléctrico Nacional y las Normas EASA.
Para que el diseño fuese ejecutado y comprendido, fue necesario
plasmarlo en planos, tanto ergonómicos como eléctricos, que a su vez
permitirían la implementación del mismo, de una manera sencilla y confiable.
Fase IV. Selección de Equipos.
Una vez establecidas las variables a controlar y/o medir, planteadas
en la Fase I y diseñados los nuevos sistemas de control, se eligieron equipos
comerciales de medición necesarios para la lectura de todas las variables
involucradas en el procedimiento de pruebas, de una manera sencilla y
confiable. Además, con los valores nominales determinados por los
elementos previamente instalados en el banco de pruebas y cumpliendo con
82
las normas EASA y las normativas del Código Eléctrico Nacional, se
seleccionaron todos los equipos correspondientes a los circuitos de
arranque, control y protección necesarios para el buen funcionamiento del
banco de pruebas.
Fase V. Determinar la Factibilidad del Proyecto.
S
O
D
VA
R
E
analizó la factibilidad económica del
proyecto de mejora del
S
E
R
pruebas o la adquisiciónH
deO
unS
módulo nuevo.
C
E
DER
Se realizó un estudio de costos, considerando todos los dispositivos
que son necesarios para la ejecución del diseño propuesto y por último, se
banco de
83
S
O
D
VA
R
E
S
EC
R
E
D
E
R
S
HO
CAPÍTULO IV
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Al momento de realizar un estudio profundo para el mejoramiento de
un banco de pruebas, es necesario plantear una metodología detallada que
pueda ser realmente aplicada a cualquier tablero de similares características.
S
O
D
VA
R
E
ser aplicada a cualquier banco de pruebas
S dentro de SerWestca, C. A. o de
E
R
S industriales electromecánicos.
cualquier otra compañíaH
deO
servicios
C
REde alcanzar todos los objetivos planteados, se diseñó la
Con
la meta
DE
De ahí que para el desarrollo de esta investigación se optó por plantear dicha
metodología con la universalidad y las flexibilidades necesarias para poder
metodología de trabajo planteada en el capítulo III. En primera instancia, se
recavó toda la información necesaria para fundamentar la investigación a
través de la revisión de las normas EASA y textos de autores nacionales e
internacionales, que a su vez suministraron todos aquellos aspectos
necesarios para trabajar en el mejoramiento del banco de pruebas.
Para cumplir las siguientes fases, se procedió a examinar cada uno de
los equipos que conforman el tablero, chequeando que su funcionamiento
fuese el indicado, que estuviesen conectados de acuerdo al diseño plasmado
en el plano eléctrico de conexiones y también verificando que la actuación de
los sistemas de protección y control fuese la correcta.
Para la verificación de las condiciones eléctricas del tablero se realizó
un seguimiento de los conductores, comparando sus conexiones en físico
con las señaladas en el plano eléctrico, también se realizó una descripción
de las características eléctricas de los dispositivos que lo conforman,
tomando en cuenta el nivel de tensión y corriente que manejan y otras
características propias de cada dispositivo.
Así mismo, se verificaron el calibre de los conductores que conforman
el banco de pruebas, utilizando los criterios de capacidad de corriente, caída
85
de tensión y nivel de cortocircuito, para corroborar de esta manera que los
conductores utilizados cumplen con lo establecido en el Código Eléctrico
Nacional.
Durante el proceso de verificación se examinó, además, la
funcionabilidad de los instrumentos de control y medición, y en función de
estos resultados se realizó una lista con los nuevos instrumentos que
S
O
D
VA
R
E
Conociendo las carencias delE
banco
S se solicitaron cotizaciones de
R
OS en el mercado, con la finalidad de lograr
instrumentos comerciales
existentes
H
C
E costo y calidad.
ERentre
la mejor D
relación
requiere el banco para ser mejorado, y de esta forma estimar los costos
asociados.
Finalmente, se estudiaron los costos de los equipos a reemplazar para
luego analizar la factibilidad económica de la ejecución del proyecto.
4.1. Determinación de los parámetros de interés y de las pruebas
eléctricas.
Es importante identificar las características que avalan el buen
funcionamiento de un motor. La identificación de las pruebas eléctricas que
se realizan antes, durante y después de un servicio o rebobinado, fue
realizada mediante la revisión documental de las normas EASA y el manual
interno de operaciones para motores de SerWestca, C. A. (MA-MOT).
4.1.1. Según las Normas EASA.
En el capítulo 13, sección 6 para pruebas de aparatos rotativos del
estándar EASA, se establecen una serie de pruebas que indican el estado de
una maquinaria antes, durante y después a su reparación.
En primera instancia, se debe observar la condición del nivel de
aislamiento con una inspección visual en toda la maquinaria, donde se
verifique que el equipo no tenga bobinas rotas, abultadas, muy separadas o
86
que no estén muy desgastadas por roce o por algún otro trabajo mecánico.
Luego, se procede a realizar una prueba de aislamiento, midiendo con un
megger de 500 V (en motores de baja tensión) la resistencia del aislamiento
del equipo en prueba.
Así mismo, la norma establece una prueba de índice de polarización
(P-I) y una prueba de caída de tensión, además de una prueba de puntos
S
O
D
VA
R
E
El estándar también establece E
una
Sprueba de vuelta por vuelta en los
R
OS
devanados, siendo el método
más utilizado la comparación de ondas, donde
H
C
E
R es dos veces la tensión nominal más 1000 V. Luego, la
la tensión
DdeEprueba
calientes, tanto en el estator como en el rotor, que pueden llegar a causar
pérdidas en el núcleo.
norma expone que debe realizarse una prueba de alto potencial, chequeando
de esta manera el nivel de aislamiento de cada devanado, para pasar a las
pruebas de los devanados del rotor y del estator tales como: la prueba de
equilibrio de corrientes, comparación de ondas, verificación de las barras del
rotor y de sus anillos cortocircuitantes y la prueba de la resistencia del
devanado.
4.1.1.1. Pruebas sin carga.
La prueba para motores AC en vacío debe hacerse a voltaje y
frecuencia nominal del equipo, verificando que el desbalance entre las
corrientes de fase no exceda el 0.5%. La velocidad y la corriente deben ser
medidas y posteriormente comparadas con los valores indicados en la placa
característica del motor. El valor de la corriente en vacío del equipo debe
oscilar entre el 20 y 45% de la corriente nominal.
A su vez, se toman medidas de temperaturas en los rodamientos,
comparándola con la temperatura ambiente y tomando notas periódicas
hasta que la temperatura se estabilice.
87
Durante la prueba se debe verificar que el ventilador esté girando y
que la maquinaria no emita ruidos causados por roce mecánico o arrastre del
rotor.
Para finalizar, se realiza la prueba de vibraciones en el equipo,
ubicándolo sobre una base elástica o sobre una base fija y tomando las
medidas en las direcciones horizontal, vertical y axial en las cajeras de los
S
O
D
VA
R
E
S
rodamientos. El mayor valor medido en cualquier punto del equipo
caracterizará el nivel de vibración del mismo.
E
R
S
4.1.1.2. Pruebas bajo carga.
HO
C
E
ERse opera a voltaje, frecuencia y potencia nominal; el valor de
ElD
motor
la corriente de entrada no debe variar más de un 10% del valor indicado en la
placa del motor. Si la prueba es a rotor bloqueado la corriente no debe
exceder los valores dados en la tabla NEMA MG 1-12.33 hasta MG 1-12.36
por tipo, potencia, voltaje y frecuencia nominal de la máquina.
Las mediciones del par de arranque a plena carga deben realizarse a
voltaje nominal, por su parte las elevaciones de temperatura del devanado
deben ser iguales o menores a las elevaciones indicadas en la placa
característica y la clase de aislamiento. Las temperaturas del devanado y del
las superficies del estator deben ser medidas periódicamente para chequear
que se encuentran en buen estado.
Así mismo, las variaciones de velocidad nominal a plena carga no
deben exceder el 20% de diferencia entre la velocidad sincrónica y la
velocidad nominal, cuando se aplica voltaje y frecuencia nominal.
De igual forma, el estándar propone pruebas de eficiencia y de factor
de potencia.
88
4.1.2. Según el manual interno de operaciones para motores utilizado en
SerWestca, C. A.
Una vez que el equipo es recibido por la empresa, este es designado
con una Orden de Trabajo que pasará a identificar a la maquinaria durante
su proceso de reparación. Luego, el equipo es inspeccionado tanto eléctrica
como mecánicamente, para así determinar el alcance de los trabajos a
S
O
D
VA
R
E
inicial, van involucradas las pruebas
Seléctricas de entrada, en forma
E
R
OScomo para el rotor, en las cuales se incluyen
separada tanto para el H
estator
C
RE de aislamiento, la prueba de comparación de fases
la prueba
DdeEmedición
realizar (ver anexo Nº 1).
Dentro de este proceso de evaluación, conocido como inspección
para motores trifásicos, la prueba trifásica de corriente al estator, la prueba
de resistencia del embobinado, además de la prueba de verificación de las
barras del rotor y por último la prueba de alto potencial (HIPOT). Este
conjunto de pruebas permiten precisar las necesidades de la máquina y
establecer su condición, bien sea rebobinado o servicio.
Luego de conocer la condición del motor, se procede a realizar las
reparaciones diagnosticadas inicialmente y que van siendo verificadas por
medio de las llamadas pruebas de proceso, las cuales indican si los primeros
trabajos de reparación son aceptables.
Ciertas pruebas de proceso son obviadas de acuerdo al tipo y
condición del motor, pero las establecidas por el manual de operaciones de
la empresa son las siguientes: prueba de puntos calientes en laminaciones
del estator (LOOP), prueba de sensores de temperatura (RTD), medición de
índice de polarización y absorción, prueba de caída de voltaje AC o DC,
prueba de mili, prueba de puntos calientes en laminaciones del rotor/inducido
(LOOP), prueba en vacío (estator), prueba de polaridad y pruebas de
comparación entre bobinas.
89
Una vez cumplidos los requerimientos mínimos exigidos, el motor es
armado nuevamente para pasar a las pruebas eléctricas finales, las cuales
constituyen las denominadas pruebas en vacío de motores. En estas
pruebas, se arranca el motor a tensión reducida y sin carga, hasta alcanzar
la tensión nominal, midiendo las temperaturas (lado ventilador y lado acople,
comparadas con la temperatura ambiente), las vibraciones (horizontal,
S
O
D
VA
R
E
datos arrojados en esta prueba, se consignan
S en el Formato de Pruebas en
E
R
OS106) o el Formato de Pruebas en Vacío a
Vacío a Motores AC (FO-MOT
H
C
RE 10), dependiendo del tipo de corriente para la cual
Motores D
DCE(FO-MOT
vertical y axial en los dos lados de la máquina), además de las corrientes y
tensiones de fase, registrando varias lecturas en un lapso de 30 minutos. Los
este diseñado el motor. Ver anexoxs Nº 1.
La prueba en vacío de motores, determinará si la maquinaria está en
condiciones para volver a su sitio de trabajo, asegurando de esta manera
seguridad y eficiencia en el servicio que exigen cada uno de los clientes.
Para SerWestca, C. A., es necesario contar con un banco de pruebas
que facilite realizar cada una de las pruebas exigidas por las normas, de
forma rápida y efectiva, evitando de esta manera demoras en el proceso de
reparación, que a su vez se traducen en el tiempo de horas/hombres
involucradas por equipo.
4.1.3. Características de un banco de pruebas deseado.
Este estudio fue motivado con la idea de proporcionarle a SerWestca,
C. A. un banco de pruebas para motores de baja tensión en óptimas
condiciones, que permita al operador la realización de las pruebas de forma
rápida, cómoda y segura.
En primera instancia, el banco de pruebas debe estar ubicado en un
área bien iluminada. El área de pruebas debe estar cercada con cadenas o
cuerdas, preferiblemente de color rojo o amarillo, mostrando anuncios de
90
seguridad que indiquen altos voltajes o riesgo eléctrico, y previendo a las
personas no autorizadas a mantenerse fuera del área de pruebas. Además,
deben colocarse luces estroboscopicas (sensación de movimiento giratorio)
en cada esquina del área de pruebas para mayor seguridad.
De la misma forma, el banco de pruebas debe tener una base
adecuada en la cual se pueda fijar el motor, evitando así que este se mueva
S
O
D
VA
R
E
todos los dispositivos de mando y de E
control
S deben estar en su panel frontal,
R
S de salida que este es capaz de
Ovoltajes
mostrando claramente H
los
C
RE debe tener un interruptor o un pulsador de emergencia
suministrar.
DEAdemás,
y no emita picos de vibraciones erradas durante la prueba.
Asimismo, el banco de pruebas debe ser “dead front”, es decir, que
que desenergice la alimentación del motor en prueba, en caso de fallas o
momentos de contingencia.
Además, los cables para pruebas y los clips aisladores (caimanes),
deben ser calculados y verificados, de forma tal que la tensión y la capacidad
de corriente sean las adecuadas para la maquinaria que está siendo
probada.
Por otra parte, el banco de pruebas debe tener capacidad suficiente
para probar motores de inducción tipo jaula de ardilla de 300 HP a 480 VAC,
y suministrar corrientes para pruebas a plena carga y en vacío.
De igual forma, el tablero debe mostrar claramente todos y cada uno
de los valores de las variables medidas durante las pruebas, utilizando
equipos digitales que faciliten y agilicen el proceso de evaluación del equipo.
4.1.4. Características del banco de pruebas en estudio.
El banco de pruebas en estudio, posee dos sistemas de alimentación:
un sistema trifásico para el circuito de fuerza en 480 VAC y uno monofásico
para el circuito de control a 115 VAC, ambos a 60 Hz. Cada circuito cuenta
con un sistema de protección contra sobrecorrientes y corrientes de
91
cortocircuito, con un interruptor automático de 400 A para el circuito de
potencia y otro de 10 A para el circuito de control.
La tensión de salida del banco de pruebas varía de 0 a 7000 V para
pruebas de motores trifásicos AC; mientras que en voltajes DC éste es capaz
de suministrar 750 V para la armadura y 300 V para el campo.
El banco de pruebas posee un cambiador de tomas en el
S
O
D
VA
R
E
interruptor tiene una posición extra para
Ssuministrar tensión DC a motores
E
R
OS para su funcionamiento.
que requieren este tipo de
corriente
H
C
RE de tomas es el encargado, además, de seleccionar el
Dicho
DEcambiador
transformador, donde se puede seleccionar entre ocho niveles de tensión
AC, de acuerdo a la tensión nominal del motor a probar. Además, este
tipo de voltaje a utilizar para la prueba, bien sea AC ó DC, limitando al tablero
a probar un solo equipo a la vez.
Para realizar las mediciones, el banco de pruebas cuenta con cinco
voltímetros analógicos, tres para corriente alterna (uno para cada fase) con
tres rangos de medición y dos voltímetros para corriente directa, uno para
campo y otro para armadura, cada uno con un solo rango de medición. A la
vez, dispone de cinco amperímetros analógicos, tres para corriente alterna
(uno por línea) con dos rangos de medición distintos y dos amperímetros de
corriente directa, uno para campo y otro para armadura, cada uno con un
solo rango de medición.
Así mismo, el banco de pruebas cuenta con un tacómetro digital capaz
de medir la velocidad del motor que se esté probando; además permite
cronometrar el tiempo de prueba a través de un reloj digital.
Para finalizar, el banco de pruebas cuenta con un sistema de arranque
a tensión reducida, en el cual se va aumentando gradualmente el nivel de
tensión hasta alcanzar el voltaje nominal del motor que se encuentre bajo
prueba.
92
4.2. Evaluación de las condiciones actuales del banco de pruebas.
Se procedió a estudiar cuidadosamente el banco de pruebas, con la
idea de conocer a fondo cada detalle de él, desde sus dimensiones, como
está dividido, etc., hasta su funcionamiento eléctrico, que comprende la
revisión de las conexiones, uso correcto de los conductores según las
normas, chequeo del buen funcionamiento de los equipos que lo conforman,
S
O
D
A
4.2.1. Arquitectura del Banco de Pruebas.ERV
S
E
R
Físicamente el banco
de
pruebas
está compuesto por un único
S
O
H
C 1.94 metros de alto, 1.22 metros de ancho y 2.13
E
cubículo, el cual
mide
R
E
D
metros de profundidad, tal y como se muestra en el Plano Ergonómico Nº1
entre otros.
(Apéndice A).
A su vez, el tablero se encuentra divido en tres paneles, distribuidos
en dos paneles frontales (ver figura 4.1) y un panel posterior. Los paneles
frontales cuentan con iguales dimensiones (0.81 metros de alto, 1.22 metros
de ancho y 0.51 metros de profundidad), mientras que el panel posterior es el
panel de mayores dimensiones, pues posee una altura de 1.68 metros, 1.22
metros de ancho y 1.32 metros de profundidad.
Figura 4.1.- Distribución de los paneles del banco de pruebas en su interior, visto desde el
lado derecho.
Fuente: Propia.
93
El panel frontal superior alberga dispositivos de control, protección y
señalización en su interior, donde se encuentran ubicados los relés de
control (K2, K3, K4), un contactor auxiliar, resistencias limitadoras de corriente
(R41 y R42), el fusible F4, algunas regletas y el puente rectificador formado por
los diodos (D25, D26, D27 y D28).
El panel frontal inferior está conformado por el ineterruptor principal
S
O
D
VA
R
E
abierta (T y T ) que controla el voltaje
S de campo (DC), además de tres
E
R
O(TS , T y T ) conectados a cada fase del lado
transformadores de potencial
H
C
E
secundario
delR
transformador trifásico (T ), un transformador monofásico
DE
(CB1), el cambiador de tomas del transformador trifásico (SW14), un
interruptor para energizar el campo (SW20) y un variac conectado en delta
35
36
37
38
39
31
seco para alimentación de campo (T34), un puente rectificador de potencia
para la alimentación en corriente directa del campo formado por los diodos
D17, D18, D19, y D20, y por último, cuatro transformadores de corriente (CT3,
CT4, CT5, CT6) para medición y control, ubicados en la parte inferior del
tablero.
El panel posterior, es el panel de mayores dimensiones, en él se
encuentran ubicados los contactores K1, K6 y K7, el transformador trifásico de
potencia, los condensadores C1, C2 y C3, tres variacs conectados en estrella estrella (T1-8, T9-16, T17-24) para el control del voltaje de salida High Voltage AC
& Armature Supply, un motor fraccionario de corriente directa encargado de
modificar
el
voltaje
de
salida
en
los
variacs
mencionados,
los
transformadores de corriente CT1, CT2, CT7, CT8, CT9 y CT10, y tres paneles
de ventilación conformado por tres ventiladores cada uno.
Las vistas de cada una de los lados que conforman el banco de
pruebas, tienen las siguientes características:
1) En la parte frontal, se observan las tapas de los paneles frontales
(ver figura 4.2). La tapa del panel frontal superior alberga los dispositivos de
medida, señalización y control, tales como amperímetros, voltímetros,
94
lámparas indicadoras, botones pulsadores, switches, un tacómetro y un reloj.
La tapa del panel frontal inferior, presenta aberturas perfectamente
diseñadas para tener acceso a los dispositivos de control y protección
ubicados en su interior, como lo son el interruptor principal (Main Power,
CB1), el cambiador de tomas del transformador (SW14), el switch para
energizar el circuito de campo (SW20) y el variac que controla el voltaje de
S
O
D
VA
R
E
tres secciones, dos de ellas (la superior
Sizquierda y la derecha) permiten el
E
R
OSy al panel posterior con tan solo remover sus
acceso al panel frontal superior
H
C
ERE mientras que en la sección izquierda inferior se
láminas D
protectoras;
campo.
2) El lado derecho del tablero, por su parte, se encuentra dividido en
encuentran los terminales de salida, conformados por tres terminales de
corriente alterna y cuatro terminales de corriente directa, dos para campo y
dos para armadura. En la figura 4.1, se aprecia el tablero sin dos de sus
láminas protectoras, permitiendo el acceso directo a los dispositivos que lo
conforman y lo cual fue necesario para estudiar a fondo las características
del banco de pruebas. Las láminas de la sección derecha poseen rejillas de
ventilación que permiten la circulación del aire a través de las mismas.
3) El lado izquierdo del banco de pruebas (ver figura 4.2) está dividido
en tres secciones, la sección derecha superior e inferior poseen láminas
protectoras removibles que permiten el acceso a los dispositivos internos del
tablero, mientras que la sección izquierda está conformada por tres paneles
de ventiladores, cada uno conformado a su vez por tres ventiladores y que al
ser removidos, también dan acceso al interior del tablero.
4) El lado posterior está distribuido en tres secciones (ver figura 4.3),
una superior y dos inferiores, las cuales se encuentran protegidas por
láminas removibles. La sección superior es la sección de mayores
dimensiones, mientras que las tapas inferiores poseen las mismas
95
dimensiones, con la salvedad que la ubicada en el lado izquierdo posee un
orificio a través del cual pasan los tres conductores de alimentación a 480 V.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 4.2.- Vista lateral izquierda del banco de pruebas.
Fuente: Propia
Figura 4.3.- Lado posterior del banco de pruebas.
Fuente: Propia.
Todas las medidas del banco de pruebas y sus diferentes vistas,
pueden observarse en los Planos Ergonómicos Nº 1 y 2 del Apéndice A.
96
4.2.2. Especificaciones Eléctricas del Tablero.
Las conexiones de los dispositivos que serán nombrados en este
apartado, pueden observarse mejor en el Plano Eléctrico Nº 2 del Apéndice
B.
En cuanto a las especificaciones eléctricas de los dispositivos del
tablero, éste cuenta con dos circuitos principales: un circuito de potencia en
S
O
D
VA
R
E
alimentación calibre 2/0 AWG 5-15 KV,
conectados a una bornera de enlace
S
E
R
OS y al interruptor principal, el cual se muestra
para tres conductores de
potencia
H
C
E
en la figura
4.4.R
DE
480 VAC y un circuito de control de 115 VAC.
El circuito de potencia está formado por tres cables conductores de
TIPO
Interruptor Automático
MARCA
Westinghouse
MODELO
Sin Información
TENSIÓN
480 VAC
CORRIENTE MÁXIMA
400 A.
Nº DE POLOS
3
Figura 4.4.- Características del interruptor automático principal
Fuente: Propia.
El circuito de potencia, también llamado circuito de fuerza, consta de
veinticuatro variacs (ocho para cada fase), conectados a su vez al intrruptor
principal, al contactor K1 y de allí al transformador trifásico (T31).
El transformador trifásico (T31) de 170 KVA, por su parte, tiene una
conexión delta/estrella 480/7000 V. Además, cuenta con ocho posiciones
distintas de tensión, que varían de 120 a 7000 V en el secundario,
dependiendo de la posición que se establezca en el cambiador de tomas
(SW14), y que a su vez determinará la tensión a entregar en los terminales de
97
salida de corriente AC del banco de pruebas. El cambiador de tomas puede
observarse en la figura 4.5.
El circuito de campo, está alimentado por dos líneas de 480 VAC cada
una, las cuales provienen del interruptor principal y están conectadas a un
variac, formado por dos transformadores (T35 y T36) conectados en delta
abierta. Luego, estas líneas pasan al contactor K6, donde se conectan a un
S
O
D
VA
R
E
continua en los terminales de salida
aS
una tensión máxima de 300 VDC a
E
R
OS
40 A.
H
C
E
DER
transformador seco (T34), y de esta manera van a un puente rectificador
formado por los diodos (D17, D18, D19 y D20), que entregará la corriente
Figura 4.5.- Cambiador de tomas del transformador trifásico del banco de pruebas.
Fuente: Propia.
Por su parte, el circuito de armadura está alimentado por tres líneas
de 600 V., que van al contactor K7 y a un puente rectificador trifásico
formados por los diodos (D7, D8, D9, D10, D11 y D12) el cual entregará la
corriente continua en los terminales de salida a una tensión máxima de 750
VDC a 400 A.
98
En cuanto a la circuitería de control, el banco cuenta con relés,
interruptores, pulsadores y lámparas indicadoras cuyas características están
descritas a continuación. En primer lugar, se encuentra el interruptor de
protección del circuito de control (ver figura 4.6), el cual está conectado a la
alimentación de 115 VAC.
S- Hammer
O
Cutler
D
A
V
R
E
Sin Información
MODELO
S
E
R
S
Interruptor Automático
TIPO
MARCA
HO
C
E
R
DE
TENSIÓN
115 VAC
CORRIENTE MÁXIMA
10 A.
Nº DE POLOS
1
Figura 4.6.- Características del interruptor principal del circuito de control.
Fuente: Propia
Los relés K2 y K4, que se encuentran conectados en los circuitos AC &
Armature y el circuito de campo, respectivamente, cuyas características se
especifican en la figura 4.7.
TIPO
Relé de propósito general
MARCA
Comar Electric
MODELO
C-11076-1
TENSIÓN
105/125 VAC
CORRIENTE MÁXIMA
10 A.
Nº DE CONTACTOS
3 NA, 3 NC
TENSIÓN DE BOBINA
105/125 VAC
Figura 4.7.- Características de los relés de propósito general K2 y K4.
Fuente: Propia
99
Por otra parte, el relé K3 conectado en el circuito AC & Armature, tiene
las características descritas en la figura 4.8:
TIPO
Relé de propósito general
MARCA
Relpol
MODELO
MKH2A
10O
A.S
D
VA2 NA, 2 NC
R
Nº DE CONTACTOS
E
S
E
R
120 VAC
TENSIÓN
OS DE BOBINA
H
120 VAC
TENSIÓN
CORRIENTE MÁXIMA
C Características del relé de propósito general K .
E4.8.Figura
R
E
Fuente: Propia
D
3
Además, el contactor K1 conectado en el circuito de fuerza al
transformador trifásico y el contactor K7 conectado en el circuito de
armadura, tienen las características descritas en la figura 4.9 y 4.10,
respectivamente;
mientras
que
el
contactor
K6
conectado
a
los
transformadores T35 y T36 del circuito de campo, tiene las características
especificadas en la figura 4.11.
TIPO
Contactor
MARCA
ASEA
MODELO
E6 315-1
TENSIÓN
600 VAC
CORRIENTE NOMINAL
270 A
Nº DE CONTACTOS
3 NA
TENSIÓN DE BOBINA
115 VAC
VOLTAMPERIOS DE BOBINA
49.8 VA
Figura 4.9.- Características del contactor K 1.
Fuente: Propia
100
TIPO
Contactor
MARCA
ASEA
MODELO
E6 160-1
TENSIÓN
600 VAC
CORRIENTE NOMINAL
160 A
Nº DE CONTACTOS
3 NA
TENSIÓN DE BOBINA
115 VAC
S49.8 VA
O
D
VA K .
Figura 4.10.- Características delR
contactor
E
S
Fuente:
Propia
E
R
OS
H
C
E
Contactor
TIPO
DER
VOLTAMPERIOS DE BOBINA
7
MARCA
Cutler - Hammer
MODELO
CE15MN2AD
TENSIÓN
600 VAC
CORRIENTE NOMINAL
105 A
Nº DE CONTACTOS
2 NA
TENSIÓN DE BOBINA
115 VAC
VOLTAMPERIOS DE BOBINA
49.8 VA
Figura 4.11.- Características del contactor K 6.
Fuente: Propia
Entre los controles de mando y dispositivos de señalización del banco
de pruebas se encuentran botones pulsadores de 22 mm; mientras que las
lámparas indicadoras son de 22 mm, tensión nominal 115 VAC y 6 W. Por
otra parte, los selectores SW11 y SW19, son selectores de dos posiciones con
un contacto normalmente abierto (NA) y otro normalmente cerrado (NC).
Además, se encuentran dos interruptores tipo key release (SW3 y SW12), tal y
como se muestra en la figura 4.12.
101
Los interruptores SW15, Sw16, SW17 y SW18 son fines de carreras
iguales, conectados en diferentes circuitos a lo largo del banco de pruebas, y
poseen las características descritas en la figura 4.13:
S
O
D
VA
R
E
S
Figura 4.12.- Controles de mando
y dispositivos de señalización.
E
R
S
Fuente:
Propia.
HO
C
E
Interruptor
TIPO
DER
MARCA
Sin información
MODELO
Sin información
TENSIÓN
115 VAC
CORRIENTE NOMINAL
10 A
Nº DE CONTACTOS
1NA, 1NC
Figura 4.13.- Características del interruptor SW15.
Fuente: Propia
El contactor auxiliar conectado a los terminales de salida de corriente
AC, tiene sus características descritas en la figura 4.14.
TIPO
Contactor
MARCA
SIEMENS
MODELO
3TL5100 - ON
TENSIÓN
7.2 KV max
400 A
CORRIENTE NOMINAL
Nº DE CONTACTOS
3 NA
TENSIÓN DE BOBINA
600 VAC
Figura 4.14.- Características del contactor auxiliar de 600 VAC.
Fuente: Propia
102
Los transformadores de corriente CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9 y
CT10, poseen las características descritas en la figura 4.15 (la fotografía solo
muestra tres de ellos). Los transformadores de corriente CT4, CT5, y CT6 son
utilizados para la medición de corriente de línea en las tres fases, mientras
que CT3, CT7, CT8, y CT10 son para protección.
S
O
D
A
VElectromagnetic
R
Industries
E
S
TIPO
Transformador de corriente
E
R
S
HOMODELO
MARCA
EC
R
E
D
5N - 251
VOLTAMPERIOS
5 @ 60Hz, 1.25 @ 400 Hz
REL. DE TRANSFORMACIÓN
250: 5
Figura 4.15.- Características de los CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9 y CT10.
Fuente: Propia
Los transformadores de corriente CT1 y CT2, utilizados en el circuito de
fuerza, poseen las características descritas en la figura 4.16.
TIPO
MARCA
Transformador de
corriente
Electromagnetic
Industries
MODELO
74
FRECUENCIA
25 – 400 Hz
REL. DE
TRANSFORMACIÓN
750: 5
Figura 4.16.- Características de lo CT1 y CT2.
Fuente: Propia
En cuanto a los voltímetros AC utilizados en las tres fases, poseen las
características descritas en la figura 4.17.
103
TIPO
Voltímetro AC
MARCA
Westinghouse
RANGO 250, 1000, 7500 VAC
KX 241
TIPO
Figura 4.17.- Características de los voltímetros AC.
Fuente: Propia
S
O
D
El voltímetro utilizado para medir el voltaje
de armadura, posee las
VA
R
E
S
características mencionadas en la R
figura
4.18.
E
S
HO
C
E
Voltímetro DC
TIPO
DER
MARCA Westinghouse
RANGO
0 - 750 VDC
TIPO
KX 241
Figura 4.18.- Características del voltímetro DC de armadura.
Fuente: Propia
El
voltímetro
conectado
en
circuito
de
campo,
posee
las
características descritas en la figura 4.19.
TIPO
Voltímetro DC
MARCA Westinghouse
RANGO
0 - 300 VDC
TIPO
KX 241
Figura 4.19.- Características del voltímetro DC de campo.
Fuente: Propia
104
Las características de los amperímetros utilizados para medir la
corriente de línea AC están descritas en la figura 4.20.
TIPO
Amperímetro AC
MARCA
Westinghouse
RANGO
100, 500 A
TIPO
KX 241
S
O
D
A
V
R
E
Figura 4.20.- Características S
de los amperímetros AC.
E
R
Fuente:
Propia
OS
H
C
E
El amperímetro
DER utilizado para medir la corriente de armadura posee
las características mencionadas en la figura 4.21.
TIPO
Amperímetro DC
MARCA
Westinghouse
RANGO
0 - 400 A
TIPO
KX 241
Figura 4.21.- Características del amperímetro DC de armadura.
Fuente: Propia
El amperímetro utilizado para medir la corriente de campo posee las
características mencionadas en la figura 4.22.
TIPO
Amperímetro DC
MARCA
Westinghouse
RANGO
0 - 300 A
TIPO
KX 241
Figura 4.22.- Características del amperímetro DC de campo.
Fuente: Propia
105
Los variacs T1 a T24 utilizados para la alimentación trifásica y los
variacs
T35 y T36 utilizados para el campo poseen las características
descritas en la figura 4.23.
DISPOSITIVO
Variac
MARCA
Estaco Energy Products
S
O
D
VA 0 – 240/280 V
R
TEBSION SALIDA
E
S
E
R
S NOMINAL
35 A
CORRIENTE
CHO
MODELO
0348019
TENSIÓN ENTRADA
240 V @ 50 o 60 Hz
9.8 KVA
POTENCIA
ERE
DFigura
4.23.- Características de los variacs del banco de pruebas.
Fuente: Propia
4.2.3. Evaluación de las Condiciones Operativas del Tablero.
En primer lugar se examinó detalladamente el tablero para determinar
sus condiciones operacionales, y a primera vista se observó un banco de
pruebas en malas condiciones, algo descuidado, excesivamente sucio y con
cierto nivel de corrosión, además de presentar algunos golpes y abolladuras;
por lo cual fue necesaria una limpieza completa con aire a presión y solvente
eléctrico.
Para la revisión del estado eléctrico del banco de pruebas, se inició
con una inspección visual en la que se observaron equipos y conductores
desconectados, por lo cual se decidió hacer un seguimiento organizado de
los conductores, para ubicar e identificar aquellos que sirven de alimentación
a los instrumentos de medición, además de los que llevan las señales
medidas, y a su vez verificar que la conexión entre los dispositivos que
conforman el banco de pruebas fuese la correcta según lo establecido en el
plano eléctrico de conexiones.
106
Enseguida, se procedió a comparar los planos eléctricos con los
dispositivos existentes, que a su vez fueron probados, para verificar de esa
manera que su funcionamiento fuese el indicado.
Durante el seguimiento de conductores y la comparación con los
planos eléctricos, se observaron diferencias entre la conexión física de
algunos dispositivos y las conexiones reflejadas en los planos. En la figura
S
O
D
VA
R
E
(elevador), Lower (reductor), los E
interruptores
Sw , Sw , Sw ,
S
R
S R y el motor Mot , las cuales
resistencia limitadora H
deO
corriente
C
REque ser analizadas.
coincidenD
yE
tuvieron
4.24, se muestra la conexión suministrada en los planos (a) y una
representación gráfica (b) de la conexión física de los pulsadores Raise
11
33
a) Plano del Banco de Pruebas
17
18
2
la
no
b) Conexión física
Figura 4.24.- Comparación entre plano eléctrico y conexión física.
Fuente: Propia.
Si se observa el fragmento del plano eléctrico original, al presionar el
botón Lower no se logra canalizar el flujo de corriente hacia el motor (Mot2),
ya que al cerrar su contacto normalmente abierto este se encuentra
conectado solamente a un condensador (C8), y como es bien sabido, los
condensadores se comportan como un circuito abierto en régimen de
corriente directa. Además, el interruptor Surge (Sw11B) también presenta una
conexión errónea en el plano, pues el cable 28 conectado al interruptor Sw18
107
y al terminal positivo del puente rectificador, produciría un cortocircuito una
vez que el interruptor se cierre, ya que su cambio de estado conectaría
directamente ambos terminales.
En cambio, si se observa el diseño realizado en base a la conexión
física, está claro que al oprimir el botón pulsador Raise, la corriente fluirá
desde el terminal positivo hacia el negativo, pasando por el contacto NC
S
O
D
VA
R
E
Armature, hacia el motor fraccionario E
Mot
Sy después por la resistencia R y
R
S que está siendo presionado.
ORaise
el contacto NA del interruptor
H
C
E si se desea disminuir el voltaje en bornes, al presionar
ERforma,
DeD
igual
interruptor del Lower, luego por el contacto NA de K2A, el cual se encuentra
cerrado pues la bobina K2 fue energizada al encender el circuito AC &
2
33
el botón Lower, la corriente fluirá desde el terminal positivo hacia el negativo,
pasando por el contacto NC del interruptor Raise hacia la resistencia R33 y el
motor fraccionario Mot2 conectados en serie, luego por el contacto NA de
K2A, el cual se encuentra cerrado pues la bobina K2 fue energizada al
encender el circuito AC & Armature, y después por el contacto NA del
interruptor Lower que está siendo presionado.
Así mismo, en el diseño nuevo se puede observar que al colocar el
interruptor Surge (SW11B) en OFF, la corriente fluirá desde el terminal positivo
hacia el terminal negativo a través del interruptor NC Raise, la resistencia R33
y el motor fraccionario Mot2 conectados en serie, luego por el contacto NC de
K2A, ya que su bobina no está energizada, para finalmente pasar por su
contacto y de esta manera cerrar el circuito.
Luego, analizados los problemas e identificados la mayoría de los
conductores que conforman el banco de pruebas como tal, se energizó
únicamente el circuito de control 115 VAC, lo cual provocó el disparo
inmediato del interruptor principal de esta unidad, dejando claro que el
sistema de protección estaba actuando correctamente pero que el módulo
presentaba un cortocircuito.
108
Esta falla en el banco de pruebas, obligó a una nueva revisión de las
conexiones, esta vez haciendo énfasis en los conductores de alimentación y
en los conductores conectados a tierra, encontrando el cortocircuito en uno
de los paneles de ventilación, donde uno de los conductores de alimentación
estaba en contacto con la carcasa del banco de pruebas provocando la falla
a tierra, tal y como se muestra en la figura 4.25.
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Figura 4.25.- Ubicación del cortocircuito y rastros de la explosión en la lámina.
Fuente: Propia
Después de solventado el cortocircuito, soldando el conductor en el
lugar correcto, se procedió a energizar nuevamente el circuito de control,
encendiéndose enseguida la lámpara Control Power (PL1) indicando así que
el circuito se encontraba alimentado y libre de fallas.
Para continuar la inspección, se probaron el circuito AC & Armature y
el circuito de campo. La lógica de control del circuito de campo funcionó
correctamente, después de presionado el pulsador ON (Sw4), los contactos
asociados a sus bobinas (K6 y K4) cambiaron de estado al ser energizados,
encendiendo la lámpara indicadora de la activación del mismo.
Al mismo tiempo, se intentó energizar el circuito de AC & Armature,
presionando el pulsador ON (Sw1) sin producirse cambio alguno. Se
chequearon nuevamente las conexiones de este circuito (tanto en el plano
109
como el tablero) en las cuales no se encontraron errores. Sin embargo, en la
revisión de los dispositivos involucrados, el cambiador de tomas del
transformador (ver figura 4.5) presentó algunas fallas en sus terminales,
dificultando sus cambios de posición, debido al exceso de polvo y suciedad
que presentaba este en su superficie, lo cual requirió una nueva limpieza en
estas partes del banco de pruebas, utilizando aire a presión, solvente
S
O
D
VA
R
E
hiciera buen contacto en sus terminales,
Spor lo cual se energizó una vez más
E
R
OS Enseguida se presionó el pulsador ON del
el circuito de control delH
tablero.
C
E
circuito D
ACE&RArmature, encendiéndose instantáneamente su lámpara
eléctrico y un cepillo de cerdas metálicas.
Luego de esta última limpieza, se logró que el cambiador de tomas
indicadora (PL2 ) y produciéndose los cambios de estados en sus contactos
asociados.
Para continuar con la verificación del funcionamiento completo del
circuito de control del banco de pruebas, y energizados ya los circuitos de
armadura y de campo, se procedió a simular la elevación del nivel de voltaje
oprimiendo el botón controlador Raise, el cual activó y produjo el movimiento
del motor (Mot2) del variac (T1-8, T9-16, T17-24) como era esperado y se
encendió además, la lámpara indicadora de Off Zero (PL4). Luego, se
presionó Lower, haciendo girar el motor en sentido contrario, comprobando
de esta manera que sus conexiones son correctas.
También, se comprobó que el interruptor Surge cumpliera su función,
el cual al ser apagado produjo instantáneamente el movimiento del motor y
se detuvo al llegar al límite inferior, comprobando a su vez que el interruptor
Lower Limit (Sw18) estaba actuando como es debido.
El contactor auxiliar SIEMENS 3TL5100, conectado a los terminales
del transformador T31 a través Sw14, y a su vez a los terminales de salida del
banco, no aparece en el plano eléctrico original, por lo que fue necesario
graficar las conexiones de estos conductores y además determinar si dichas
110
conexiones eran correctas. De esta manera, se le designó una simbología en
los nuevos planos, en los cuales le correspondió la nomenclatura K8.
Con el funcionamiento adecuado del sistema de control, se
energizaron el circuito de fuerza y el circuito de control, donde se midió la
tensión en los terminales de salida del banco de pruebas, pero este no varió
su magnitud manteniéndose en 0 voltios.
S
O
D
VA
R
E
bobina de activación en 600 VAC, dado
Sque ésta se encuentra conectada a
E
R
OS
un transformador monofásico
seco de 480/600 V, cuyo lado de baja tensión
H
C
E
está conectado
DER con dos conductores de alimentación que vienen del
Se observó que el contactor auxiliar K8, conectado a los terminales de
salida no actuó, esto debido a la ausencia de voltaje en los terminales de su
interruptor principal (CB1).
Se determinó que la falta de tensión en los terminales de la bobina del
contactor K8, se debía a la inoperatividad del interruptor mencionado, por lo
cual se procedió a desinstalarlo para realizarle pruebas de continuidad.
Efectivamente, el interruptor se encuentra averiado, ya que no puede ser
apagado (puesto en OFF) debido a que es incapaz de mantenerse en ese
estado. Además, en la posición que se encuentra (encendido), la línea de
alimentación de la fase B está permanentemente desconectada, evitando la
energización con corriente trifásica del banco.
Actualmente el banco de pruebas, cuenta con instrumentos de
medición analógicos, que a pesar de ser bastante precisos no ofrecen las
mismas facilidades que brindan los instrumentos digitales, por lo cual se
consideró la sustitución de los mismos.
4.2.4. Evaluación del Tablero de acuerdo a las Normas.
Dado que, el banco de pruebas en estudio se destinará al área de
Motores Livianos de la empresa SerWestca, la tensión y la potencia nominal
máxima de los motores a probar es 480 VAC y 300 HP respectivamente,
111
tomando en cuenta que la corriente máxima que puede suministrar el banco
a dicho nivel de tensión es 360 A, según lo establecido por la tabla 430-150
del CEN (ver tabla C.1 del Apéndice C), la cual muestra los valores de
corriente estandarizados para motores de inducción tipo jaula de ardilla y
rotor bobinado, de acuerdo a su voltaje y potencia.
Conociendo el valor de la corriente y potencia máximas de los motores
S
O
D
VA
R
E
mínimo establecido, de acuerdo a E
lo S
expuesto en el artículo 430-22 del
R
O
Código Eléctrico Nacional,
y siS
las corrientes a manejar son menores que las
H
C
E
ER soportables por los mismos, según lo expuesto en la
corrientes
Dmáximas
que pueden ser probados en el banco, es necesario evaluar si el calibre de
los conductores utilizados en el banco de pruebas cumple con el valor
tabla 310-16 (ver tabla C.2 del Apéndice C) del Código Eléctrico Nacional.
Artículo 430-22 para un solo motor. “Los conductores de un circuito
ramal que alimenten un solo motor, deben tener una capacidad de corriente
no menor que el 125% de la corriente nominal del motor a plena carga”.
Para un motor de 300 HP la corriente estandarizada (ver tabla C.1) es
361 A, calculando la corriente mínima de los conductores de alimentación, se
tiene:
I CONDUCTOR = 1,25 ⋅ 361
I CONDUCTOR = 451,25 A
Para cumplir con lo establecido en el artículo 430-22, se debe
verificar si la capacidad nominal de corriente del conductor utilizado en el
banco es mayor a 451,25 A. Según la tabla 310-16 (ver tabla C.2) del CEN,
el calibre del conductor a utilizar debe ser 700 MCM THW, cuya capacidad
de corriente nominal es 460 A.
112
Debido a que el banco de pruebas será utilizado solamente para
realizar pruebas a motores sin carga, prueba en la cual la corriente
demandada por el motor no excede el 40% de la corriente nominal de la
máquina, se efectuó un nuevo cálculo de corriente para determinar si el
conductor con el que cuenta el banco de pruebas es el adecuado para este
nivel de corriente. El cálculo se realizó de la siguiente forma:
S
O
D
A
V
R
E
= 180
S,5 A
E
R
S
I CONDUCTOR = 1,25 ⋅ 361 ⋅ 0,4
I CONDUCTOR
HO
C
E
R conductores
Todos
DElos
correspondientes al circuito de fuerza del
banco de pruebas, tienen un calibre 4/0 AWG THW Cu, cuya capacidad
máxima de corriente es 230 A de acuerdo a lo establecido en la tabla 310-16
del CEN; constatando de esta forma que el conductor utilizado cumple con lo
establecido.
Las normas antes señaladas sólo se refieren a la selección por
capacidad de corriente, pero se debe recordar hacer la comprobación por
caída de voltaje utilizando la corriente de diseño, según lo establece el CEN
en sus artículos 210-19 y 215-2. Después de realizados ambos cálculos la
solución definitiva será la que resulte más desfavorable, o sea, la sección de
conductor mayor.
En aquellos casos donde los ramales que alimentan motores tienen
longitudes muy cortas, se podrán considerar las distancias aproximadamente
cero (d = 0) por consiguiente, la caída de tensión será aproximadamente cero
y la solución se obtendrá sólo por capacidad de corriente. En consecuencia,
como en el tablero bajo estudio las longitudes de los conductores son muy
pequeñas, la caída de tensión no será considerada.
113
En cuanto al sistema de protección del banco de pruebas, el
interruptor principal está averiado por lo cual se realizarán los cálculos
cumpliendo con los parámetros establecidos en el CEN para reemplazarlo.
Artículo 430-51(b): “el dispositivo de protección del motor contra
cortocircuitos y fallas a tierra del circuito ramal, debe ser capaz de transportar
la corriente de arranque del motor”.
S
O
D
VA
R
E
acuerdo con lo establecido en la tablaE
430-152”,
S ver Apéndice C, tabla C.3.
R
S
De acuerdo conH
lo O
establecido
en la tabla 430-152 del CEN para
C
E
R de ardilla protegidos por un interruptor automático de
Ejaula
motores D
tipo
Artículo 430-51(c): “se debe emplear un dispositivo protector con una
corriente nominal o un valor de disparo que no supere el valor calculado de
disparo instantáneo, este debe estar diseñado o ajustado para una de
corriente no mayor al 800% de la corriente nominal del motor.
I PROTECCIÓN = 8 ⋅ 361 = 2888 A
El nuevo interruptor debe ser un interruptor automático de disparo
instantáneo trifásico con tensión nominal de 480 VAC, corriente nominal 400
A y corriente de protección de 2900 A.
En cuanto a la protección contra sobrecorriente para el circuito de
control el Código Eléctrico Nacional en el artículos 430-72 establece, que “la
protección de los conductores contra sobrecorriente no debe exceder los
valores especificados en la columna A de la tabla 430-72(b), ver tabla C.4 del
Apéndice C.
Para corroborar que el conductor utilizado en los circuitos de control
del banco fuese el adecuado se realizó un estudio de la carga del circuito.
Para el estudio de carga del circuito de control se tomó el caso de
mayor demanda de corriente posible, tal caso viene dado cuando se
114
energizan el circuito de armadura y el circuito de campo, la potencia
consumida por cada dispositivo conectado en cada uno de los circuitos se
muestran en la tabla 4.1 y 4.2.
Tabla 4.1. Consumo de dispositivos conectados en el circuito AC & Armature
Dispositivo
# de dispositivos Potencia VA Total
Lámpara Indicadora
3
6
18
Relé
2
2.75
5.50
Contactor
1
49.8
49.8
Circuito Motor
1
600
600
Lámpara de precaución
1
60
60
S
O
D
VA
R
E
S
E
R
S
HO
EC
R
E
D
Fuente: Propia
Tabla 4.2. Consumo de dispositivos conectados en el circuito de campo.
Dispositivo
# de dispositivos Potencia VA Total
Lámpara Indicadora
2
6
12
Relé
1
2.75
2.75
Contactor
1
49.8
49.8
Fuente: Propia
Para el circuito de armadura se tiene un total de 733.3 VA de potencia
consumida y 115 VAC de alimentación,
I CONSUMIDA =
733,3
= 6,37 A
115
Para el circuito de campo la potencia total consumida es 64.55 VA, la
tensión de alimentación es 115 VAC
I CONSUMIDA =
64,55
= 0,56 A
115
115
En cuanto a las interconexiones del circuito de control cuya demanda
máxima de corriente es igual 6.93 A, la corriente nominal del conductor debe
ser mayor a:
I CONDUCTOR =
1,25
= 8,66 A
6,93
S
O
D
Aconducción de este es
este nivel de corriente, pues la corriente nominalV
de
R
E
Sal 80% de la corriente nominal del
E
igual 15 A, y 8.66 A es un valor R
menor
OS
H
conductor.
C
E
R
E
D
En cuanto a los conductores de alimentación del circuito de control del
Un conductor # 16 AWG THW Cu es perfectamente capaz de manejar
banco de pruebas, estos manejan una corriente superior al resto de los
circuitos, ya que se encuentran conectados a los ventiladores de
enfriamiento para el transformador. Cada uno de los tres paneles de
ventilación cuenta con tres ventiladores y consumen una potencia individual
de 30 VA, por lo que la potencia total consumida por los ventiladores es igual
a 270 VA.
La suma de la potencia consumida por los ventiladores más la
potencia de los circuitos de armadura y de campo será:
PotenciaTOTAL = 270 + 733,3 + 64,55
PotenciaTOTAL = 1067,85VA
La potencia demandada por el circuito de control es 1067.85 VA y la
corriente es igual a 9.28 A, entonces el valor mínimo de la corriente del
conductor utilizado debe ser igual;
I CONDUCTOR = 1,25 ⋅ 9,28
I CONDUCTOR = 11,61A
116
De acuerdo con lo establecido en el CEN la corriente nominal de un
conductor # 16 AWG THW Cu es 15 A, lo que indica que el conductor
utilizado, de acuerdo con el criterio de capacidad de corriente, es adecuado
para el circuito de control. Así mismo, debido a que las distancias entre las
conexiones del circuito son cortas, no se realizó el cálculo en base al criterio
de caída de tensión, ya que esta resulta muy pequeña.
S
O
D
VA
R
E
de motores no debe exceder los valores
Sespecificados en la columna A de la
E
R
OSC tabla C.4). Cumpliendo con lo especificado
tabla 430-72(b) (Ver Apéndice
H
C
E
en la tabla,
DEelRinterruptor debe ser automático termomagnético de tensión
De acuerdo con lo establecido en el artículo 430-72(b) del CEN, la
protección contra sobrecorriente de los conductores de un circuito de control
nominal 115 VAC, 1 polo, corriente nominal 10 A. El interruptor utilizado
cumple con las características exigidas por lo tanto no es necesario
reemplazarlo.
4.3. Selección de equipos.
Una vez evaluado el banco de pruebas, se procedió a realizar una
selección de equipos entre un sin fin de marcas y modelos (ver anexos Nº2),
para así escoger los que más se ajustaran a las necesidades del tablero. En
primer lugar, para la sustitución de los voltímetros analógicos se
seleccionaron:
Para medir el voltaje AC de fase, un voltímetro de sensado en AC
marca Velásquez, modelo VMD1AC con alimentación en 120 VAC, cuyas
características de escala y resolución para lectura con pt’s son:
0 – 1.999 KV (1 V)
0 – 19.99 KV (10 V)
0 – 199.9 KV (100 V)
0 – 1999 KV (1 KV)
Exactitud 1% de la escala + 1 dígito.
117
Para medir el voltaje DC de armadura y de campo, un voltímetro de
sensado en DC marca Velásquez, modelo VMD1DC con alimentación en 120
VAC, cuyas características son:
Escala y resolución para lectura con transformadores de potencial:
0 – 199.9 mV (0.1 V)
0 – 1.999 V (1 mV)
S
O
D
VA
R
E
0 – 1999
VS
(1 V)
E
R
S + 1 dígito.
Oescala
La exactitud 1% de
la
H
C
REla corriente AC de línea demandada por el motor, un
Para
DEmedir
0 – 19.99 V (10 mV)
0 – 199.9 V (0.1 V)
amperímetro de sensado en AC marca Velásquez, modelo AMD1AC con
alimentación en 120 VAC, cuyas características son:
Escalas:
0 – 1999 mA
0 – 1.999 A
0 – 19.99 A
0 – 199.9 A
0 – 1999 A
Corriente de entrada 0 – 5 A con transformador de corriente.
Cargabilidad (Burden) 2.5 VA. Corriente de cortocircuito (durante 1 segundo)
de 100 A. Rangos de medición y resolución:
0 – 19.99 mA (0.01 mA)
0 – 199.9 mA (0.01 mA)
0 – 1.999 A (1 mA)
0 – 19.99 A (10 mA)
0 – 199.9 A (0.1 A)
0 – 1999 A (1 A)
0 – 19.99 KA (10 A)
118
La exactitud 1% de la escala + 1 dígito.
Para medir la corriente DC demandada por el motor en la armadura y
en el campo, un amperímetro de sensado en DC marca Velásquez, modelo
AMD1DC con alimentación en 120 VAC, cuyas características son:
Escalas:
0 – 1999 mA
S
O
D
VA
R
E
0 – 199.9
SA
E
R
OS 0 – 1999 A
0 – 1.999 A
0 – 19.99 A
CH
E
R
Corriente
DE de entrada
0 – 5 A con transformador de corriente.
Cargabilidad (Burden) 2.5 VA. Corriente de cortocircuito (durante 1 segundo)
de 100 A. Rangos de medición y resolución:
0 – 19.99 mA (0.01 mA)
0 – 199.9 mA (0.01 mA)
0 – 1.999 A (1 mA)
0 – 19.99 A (10 mA)
0 – 199.9 A (0.1 A)
0 – 1999 A (1 A)
0 – 19.99 KA (10 A)
Para medir el tiempo de prueba, se seleccionó un cronómetro marca
Velásquez, posee una pantalla LCD de 16 caracteres por dos líneas, la
alimentación es 90/120 VAC, potencia consumida 5 W y con un conteo
máximo de 1000 horas.
Para medir la velocidad desarrollada por el motor durante las pruebas,
se seleccionó un tacómetro digital marca Velásquez, cuyas características
son: alimentación en 120 VAC, potencia consumida 5 W y rango hasta 9999
RPM.
119
Un selector de 2 posiciones ON-OFF 22 mm, marca Elfin, tipo
20STAMANK, para sustituir el selector SW11 Surge.
Un interruptor automático en caja moldeada de 3 polos, tensión
nominal 600 VAC, 315-400 A, con corriente de protección 3000 A, marca
SIEMENS.
Dos luces giratorias para precaución de banco en funcionamiento y
S
O
D
VA
R
E
S
emergencia, con las siguientes características: tensión 115 VAC y 60 W.
E
R
S
HO
4.4. Estimación de costos.
EC
R
E
D
Luego de seleccionados los equipos, se presenta la cantidad y el
costo detallados de todos los materiales seleccionados para el mejoramiento
del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
tensión, de la empresa SerWestca C. A. Para la elaboración de la estimación
de costos, se realizaron cotizaciones a distintos proveedores dedicados a la
comercialización de estos productos en el mercado nacional e internacional,
los cuales pueden ser detallados en la tabla 4.3.
Tabla 4.3.- Estimación de Costos para Diciembre de 2004.
Equipo
Cantidad Costo por unidad (Bs.) Sub-total (Bs.)
Voltímetros digitales
5
Amperímetros digitales
2.965.000,00
5
593.000,00
593.000,00
2.965.000,00
Interruptor doble
1
33.000,00
33.000,00
Interruptor trifásico 400 A
1
1.350.000,00
1.350.000,00
Lámparas de 60 W
2
32.500,00
65.000,00
Tacómetro
1
180.000,00
180.000,00
Cronómetro
1
180.000,00
180.000,00
TOTAL Bs.
7.738.000,00
Fuente: Propia
120
4.5. Análisis económico.
Al momento de iniciar el proyecto, se realizó una estimación de costos
IPC (Ingeniería Procura y Construcción), en la cual se ven asociados todos
los gastos e inversiones que se asumieron para comenzar con el
mejoramiento del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de
ardilla, de baja tensión, de la empresa SerWestca C. A.
S
O
D
VA
R
E
Ingeniería y de la primera inversión E
queShace SerWestca, C. A., en pro de
R
OS Esta ingeniería, constituye el primer flujo de
mejorar día a día su producción.
H
C
RE siendo determinado por el salario percibido por las dos
caja paraD
laE
empresa,
El diagnóstico del estado actual del tablero, la determinación de los
dispositivos a remplazar y los equipos a comprar, forman parte de la
personas encargadas de realizar el estudio y de diagnosticar el estado actual
del banco de pruebas a lo largo de ocho meses (tesistas), reflejado de la
siguiente forma:
I = 185.310 * 2 * 8
I = Bs.2.964.960,00
Luego del diagnóstico, se procedió a realizar una estimación de costos
para determinar el valor presente de la inversión, asociados al mejoramiento
del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de ardilla, de baja
tensión, en la empresa SerWestca, C. A. La procura de los materiales (P),
calculada en la estimación de costos explicada en el apartado anterior, junto
a la contratación de personal capacitado para la construcción y puesta en
marcha del banco de pruebas (C), significará para la empresa el segundo
desembolso de caja, siendo según la estimación de costos del valor
siguiente:
P=Bs.7.738.000,00
121
C = 15.000 * 130h.h
C = Bs.1.962.000,00
por lo tanto:
P + C = 7.738.000,00 + 1.962.000,00
P + C = Bs.9.700.000,00
S
O
D
A
V
R
E
Así pues, se procedió a calcular
el
Scosto de pruebas mensual, el cual
E
R
OdeSmotores promedio evaluados mensualmente
viene dado por el número
H
C
E
(240 motores
promedio) multiplicado por el costo en bolívares por cada
DER
prueba (Bs. 40.000,00), tal y como se muestra a continuación:
Costo de prueba promedio = 240 ⋅ 40.000,00 = Bs.9.600.000,00
Nota: Todos estos datos fueron conseguidos, gracias a la colaboración de la
Oficina de Control de Producción de la empresa SerWestca C.A.
El valor del Costo de prueba promedio representará el ingreso
mensual (Anualidad) que percibirá la empresa por pruebas eléctricas,
utilizando el banco de pruebas en estudio.
Para analizar la factibilidad económica, es necesario llevar este valor a
un valor presente, tomando en cuenta que el índice de riesgo (Interés)
utilizado por la empresa en toda inversión es de 30%, mediante la ecuación
de P/A se obtiene:
⎡ (1 + 0,3)12 − 1⎤
⎡ (1 + i )n − 1⎤
=
P = A⎢
9
.
600
.
000
⎢
n ⎥
12 ⎥
⎣ 0,3(1 + 0,3) ⎦
⎣ i (1 + i ) ⎦
122
P = Bs.30.626.497,00
De esta manera, se procede a calcular el Valor Presente Neto y que
se desglosará a través de la comparación de los gastos y las retribuciones
económicas que se adquieren con la utilización del banco, durante el período
en el que es utilizada la máquina y todavía se realizarían desembolsos de
S
O
D
VA
R
E
S.000 + 30.626.947
9E
.700
VPN = −2.964S
−
.960R
(1 + i )
(1 + i )
HO
C
E
DER VPN = 9.417.583,00
caja, dado de la siguiente manera:
2
2
Así pues, como el Valor Presente Neto nos arroja un saldo positivo, la
mejora del banco de pruebas para motores de inducción tipo jaula de ardilla
de baja tensión, de la empresa SerWestca, C.A. es completamente factible
desde el punto de vista técnico y económico.
123
EC
R
E
D
E
R
S
HO
S
O
D
VA
R
E
S
CONCLUSIONES
•
La revisión de las normas y de los manuales de operación de
SerWestca C.A., evidenció que la empresa realiza todas las pruebas en
vacío exigidas por las normas EASA (resistencia del devanado, corriente
de excitación, equilibrio de corriente, nivel de aislamiento, vibraciones y
temperatura); sin embargo no realiza las pruebas bajo carga
OS
D
A
RV
establecidas por las normas, debido a que no cuenta con los equipos
necesarios para la realización de las mismas a causa de su elevado
E
S
E
SR
O
H
Cde las condiciones operativas del banco de pruebas,
E
R
La evaluación
DE
costo.
•
indicó que éste se encontraba fuera de servicio, presentando un alto
nivel de suciedad y corrosión severa en algunas de sus partes. Además,
se determinó como falla principal un cortocircuito en uno de los paneles
de ventilación y el interruptor de protección contra sobrecorrientes está
averiado. Por ambas razones, resultaba imposible la energización
completa del banco y por lo tanto la utilización de este para realizar las
pruebas.
•
La evaluación minuciosa de los conductores, a través del estudio
de las cargas asociadas a cada circuito comprobó el buen estado de los
mismos y que estos, son los adecuados para los niveles de corriente y
tensión que manejan, de acuerdo con lo establecido en el Código
Eléctrico Nacional.
•
Se constató que el banco de pruebas cuenta con un sistema de
arranque a baja tensión, que permite el incremento gradual de voltaje
hasta alcanzar la tensión deseada, resultando ideal para la realización
de pruebas y por lo cual no fue necesario diseñar un nuevo sistema. Así
mismo, el sistema de protección contra sobrecorrientes y fallas a tierras
125
del banco de pruebas, está capacitado para desactivar cualquier circuito
de manera rápida y confiable, protegiéndose a sí mismo y al equipo
involucrado en la prueba.
•
Los planos ergonómicos y eléctricos del banco de pruebas, son
aportes fundamentales de esta Tesis de Grado, pues le permiten a
SerWestca
C.A.
contar
con
un
registro
actualizado
de
las
OS
D
A
RV
especificaciones físicas y eléctricas del banco de pruebas para futuras
aplicaciones, modificaciones o programas de mantenimiento.
E
S
E
SR
•
El banco de pruebas
aquí presentado
O
H
C
E
necesarios
DERpara la realización de pruebas sin
integra los equipos
carga a motores de
inducción tipo jaula de ardilla de baja tensión, con una capacidad de
potencia máxima permisible de 300 HP y 480 VAC.
•
El estudio realizado está totalmente apegado a lo recomendado en
el Código Eléctrico Nacional y en las normas EASA, por lo que se
garantiza el cumplimiento de las mismas al realizar las pruebas de
manera correcta, así como la validez en sus resultados.
•
El banco de pruebas estudiado permite la realización de las
pruebas de manera segura para el operador, al evitar el contacto directo
con las partes activas del mismo. Permite además la cómoda ejecución
de las pruebas, al
facilitar la supervisión constante de las variables
asociadas a cada prueba y al mismo tiempo controlar tales variables por
medio de dispositivos de control ubicados en el comportamiento frontal
del mismo.
•
La ejecución de las mejoras propuestas representan un beneficio
para la empresa SerWestca C.A., al dotar a la misma de un equipo que
brinda la posibilidad de realizar pruebas eléctricas a motores de baja
126
tensión con arranques suaves tanto de corriente directa como de
corriente alterna. Además, los equipos de señalización son todos
digitales, facilitando de esta manera la lectura de las variables
registradas, lo cual representa un ahorro considerable de tiempo durante
las realizaciones de las pruebas.
•
La estimación de costos, indica que se requiere una inversión
OS
D
A
RV
económica por parte de la empresa que asciende a un costo total de Bs.
9.700.000,00 necesarios para el mejoramiento funcional y la puesta en
E
S
E
R
ardilla, de baja tensión. OS
H
C
E
R
DE
marcha del banco de pruebas de motores de inducción tipo jaula de
•
La ejecución del mejoramiento del banco de pruebas es
económicamente factible para la empresa, debido a que el Valor
Presente Neto arrojó un saldo positivo, lo cual indica que la empresa
recuperará la inversión realizada, además de contar con un banco con
mejor tecnología capaz de garantizar la exactitud de los resultados a sus
clientes.
127
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
OS
D
A
RV
RECOMENDACIONES
•
Implementar en la empresa Servicios Industriales SerWestca C.A., el
mejoramiento propuesto para el banco de pruebas para motores de
inducción tipo jaula de ardilla de baja tensión.
•
Utilizar el banco de pruebas para alimentar motores que no excedan
OS
D
A
RV
los 300 HP y 480 VAC, ya que el estudio realizado se hizo en base a
dichos valores.
E
S
E
R
• Brindar entrenamiento
al S
personal responsable de operar el banco de
O
H
C quienes deben conocer cada uno los pasos
E
R
pruebas en
estudio,
DE
necesarios para el correcto funcionamiento de la unidad, establecidos en
el Apéndice B de esta trabajo.
•
Implementar pruebas bajo carga en la empresa, de acuerdo a los
procedimientos establecidos en las normas EASA, lo cual le garantizaría
al cliente el funcionamiento perfecto del motor en el sitio de trabajo. Para
esta implementación, es posible utilizar un esquema de retroalimentación
de potencia, utilizando variadores de frecuencia por modulación de ancho
de pulso con tecnología de IGBT, investigación especificada en los
antecedentes de éste trabajo.
•
Se debe procurar el desarrollo de los programas de mantenimiento
preventivo para todas las máquinas de la empresa, para así garantizar el
desempeño adecuado de las mismas, permitiendo de esta forma cubrir
todas las necesidades del proceso productivo.
129
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
OS
D
A
RV
APÉNDICE A
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
EC
DER
1-A
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
EC
DER
2-A
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
EC
DER
3-A
C
E
R
DE
OS
D
A
APÉNDICE
RB V
E
S
E
R
S
HO
MANUAL DE OPERACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS PARA
MOTORES DE BAJA TENSIÓN DE LA EMPRESA SERWESTCA C.A.
Este manual presenta los pasos a seguir para operar de manera
correcta el banco de pruebas para motores de baja tensión de la empresa
SerWestca C.A., al momento de realizar pruebas a motores.
1. En primera instancia se debe verificar que los circuitos de fuerza y
OS
D
A
RV
control estén alimentados a 480 VAC y 115 VAC respectivamente,
E
S
E
R para la fuerza y CB
SPower
interruptores CB Main
O
H
C
E
para
el
control.
R
DE
para luego proceder a energizar el banco a través de los
1
2
Control Power
2. Luego, se conectan los tres cables de salida del banco de pruebas
a los terminales del motor a probar, para así pasar a ajustar el
Cambiador de Tomas del Transformador (SW14) en el voltaje
deseado, de acuerdo con la tensión nominal de la máquina en
prueba.
3. De esta forma se procede a colocar en ON el interruptor de control
Surge (SW11) e inmediatamente después se presiona el botón
pulsador ON (SW1) para energizar así el circuito AC & Armature.
4. Ya energizado el circuito AC & Armature, se presiona el botón
pulsador Raise (SW7) para incrementar el voltaje en los terminales
del motor hasta alcanzar la tensión deseada, la cual es señalizada
en los voltímetros del panel.
5. En caso de que se sobrepase del nivel de tensión deseado, es
posible presionar el botón pulsador Lower (SW8) el cual reducirá el
voltaje hasta el valor deseado.
6. Después de ajustada la tensión de alimentación del motor, se
procede a tomar las lecturas de las variables de interés, las cuales
estarán reflejadas en el panel frontal a través de los voltímetros,
amperímetros, tacómetro, cronómetro, entre otros.
1-B
7. Luego de registrados los datos de interés de la prueba, se procede
a presionar el botón pulsador OFF del circuito AC & Armature
(SW2), el cual desenergizará la maquinaria.
8. Ya desenergizado el motor, se debe colocar el interruptor Surge
(SW11) en OFF, colocándose este automáticamente en el valor
inicial de los autotransformadores y de esta manera estar listo para
el arranque suave del próximo motor en prueba.
9. Por último se deben desconectar los cables de alimentación del
OS
D
A
RV
motor en prueba; si se va a probar otro motor se debe volver al
E
S
E
SR
deben colocar enO
OFF
los interruptores Main Power (CB ) y
H
C
E (CB ), para así desenergizar por completo el banco
Control
Power
R
E
D
paso 2. En caso de que no se vayan a probar más motores, se
1
2
de pruebas.
10. Después de desenergizado el banco de pruebas, deben recoger
los cables de salida y colocarlos en el sitio asignado por la
empresa para su almacenamiento.
2-B
APÉNDICE
SE C
E
R
S
HO
C
E
R
DE
OS
D
A
RV
Tabla C.1. Motores trifásicos de corriente alterna, corriente a plena carga en
Ampere.
HP
½
¾
1
Motores de inducción tipo jaula de ardilla y
rotor bobinado, amperes
115
200
208
230
460
575 2300
Volt Volt Volt Volt Volt Volt Volt
4.4
6.4
8.4
2.5
3.7
4.8
2.4
3.5
4.6
2.2
3.2
4.2
1.1
1.6
2.1
0.9
1.3
1.7
2.4
3.0
6.0
6.6
6.9
12.0
1.5
2.7
3.4
6.8
7.5
7.8
13.6
2
3.9
4.8
9.6
11.0 10.6
3
5
17.5 16.7 15.2
7.6
6.1
7.5
25.3 24.2
22
11
9
10
32.2 30.8
28
14
11
15
48.3 46.2
42
21
17
20
6.1
59.4
54
27
22
25
78.2 74.8
68
34
27
32
40
80
88
30
92
41
52
104
114
40
120
52
65
143
143
50
150
62
77
154
169
60
177
77
96
192
211
75
221
99
124
248
273
100
285
125
359
343
312
156
125
150
414
396
360
180
144
200
552
528
480
240
192
250
302
242
300
361
289
350
414
336
400
477
382
450
515
412
500
590
472
* Para factores de potencia del 80 y 90% las cifras
anteriores se deberán multiplicar por 1.1 y 1. 25
respectivamente.
OS
D
A
RV
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
16
20
26
31
37
49
60
72
83
95
103
118
Fuente: Código Eléctrico Nacional. Año 1999.
1-C
Tabla C.2. Capacidades de Corriente (A) permisibles de conductores aislados
de 0-2000V y 60ºC a 90ºC no más de 3 conductores activos en una
canalización, cables o directamente enterrados, para una temperatura
ambiente de 30ºC.
CALIBRE
TEMPERATURA NOMINAL DEL CONDUCTOR
75ºC
90ºC
TIPOS
TBS, SA, SIS, FEP*,
TIPOS
FEPB*, MI, RHH*, RHWTIPOS
FEPW*, RH*, RHW*,
2*,
THHW*, THW*,
TW*,
THHN*, THHW*, THW-2*,
UF*
THWN*,
THNW-2*, USE-2*, XHH*,
XHHW*, USE*, ZW*
XHHW*, XHHW-2*, ZW2*
60 ºC
AWG/Kcmil
OS
D
A
14
RV
COBRE
18
16
14
12
10
8
6
4
3
2
1
1/0
2/0
3/0
4/0
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
E
S
E
…
S R20*
O
H
C
25*
E
R
E
35*
D
…
…
20*
25*
30
40
55
70
85
95
110
125
145
165
195
215
240
260
280
320
355
385
400
410
435
455
495
520
545
560
…
50
65
85
100
115
130
150
175
200
230
255
285
310
335
380
420
460
475
490
520
545
590
625
650
665
18
25*
30*
40*
55
75
95
110
130
150
170
195
225
260
290
320
350
380
430
475
520
535
555
585
615
665
705
735
750
* Si no se permite otra cosa específicamente en otro lugar de este Código, la protección contra
sobreintensidad de los conductores marcados con un asterisco, no deben superar los 15 A.
para el número 14 AWG; 20 A. para el número 12 AWG y 30 A. para el número 10 AWG, todos
de cobre; o 15 A. para el número 12 AWG y 25 A. para el número 10 AWG de aluminio
recubierto de cobre, una vez aplicados los factores de corrección por la temperatura ambiente y
el número de conductores.
Fuente: Código Eléctrico Nacional. Año 1999.
2-C
Tabla C.3. Corriente máximao ajuste de los dispositivos de protección contra
cortocircuitos y fallas a tierra de los circuitos ramales de motores.
Porcentaje de la corriente a plena carga
Tipo de motor
Fusible sin
rentardo de
tiempo **
Fusible de
dos
elementos
(con retardo
de tiempo)*
Monofásico
300
175
automático
de disparo
Interruptor
automático
de tiempo
instantáneo
800
inverso*
250
OS
D
A
RV
Polifásico de c.a. sin rotor
bobinado
De jaula de ardilla:
Todos menos los
Tipo E
Los de Tipo E
Síncronos #
E
S
E
300S R 175
O
175
300
H
C
E
175
300
DER
Con rotor bobinado
Interruptor
150
150
800
1100
800
250
250
250
800
150
De c.a. (tensión constante)
150
150
250
150
Para las excepciones a los valores especificados, véase los artículos 430-52 a 430-54
*
**
#
Los valores de la última columna también cubren las corrientes de los interruptores
no ajustables de tiempo inverso, los cuales pueden modificarse según el artículo
430-52.
Los valores de esta columna son para fusibles Clase CC con retardo.
Los motores síncronos de bajo par y baja velocidad (normalmente 450 RPM o
menos),tales como los utilizados
en compresores reciprocantes, bombas, etc, que arrancan sin carga, no requieren
que la corriente de los fusibles o interruptores automáticos sea mayor al 200% de la
corriente a plena carga.
Fuente: Código Eléctrico Nacional. Año 1999.
3-C
Tabla C.4. Máximo valor nominal de los dispositivos de protección contra
sobrecorriente.
Columna A
Regla básica
Sección de los
conductores
del circuito
de control en
AWG
Cobre
Aluminio o
aluminio
recubierto
de cobre
Columna B
Excepción Nº. 1
Cobre
18
7
--
25
16
10
--
40
14
Nota 1
--
100
12
Nota 1
Nota 1
120
Aluminio o
aluminio
recubierto
de cobre
--
Columna C
Excepción Nº.2
Cobre
Aluminio o
aluminio
recubierto
de cobre
7
-45OS
D
A
100V
60
R
--
E
S
E
10
Nota 1
Nota 1
160
140
R
S
O
mayor de 10
Nota 1 CH
Nota 1
Nota 2
Nota 2
E
R
E
Nota 1: Valor
en el artículo 310-15, según proceda.
Despecificado
10
---45
90
75
Nota 3
Nota 3
Nota 2: 400% el valor especificado en el artículo 310-17 para conductores a 60º C.
Nota 3: 300% el valor especificado en el artículo 310-16 para conductores a 60º C.
Fuente: Código Eléctrico Nacional. Año 1999.
4-C
E
S
E
SR
O
H
C
E
R
DE
OS
D
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RV
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