Manual De Motores Eléctricos

Ing. Ildefonso Jaquez Luna

Contenido ¿Qué es un motor eléctrico? ............................................................................................................... 4 Clasificación. ....................................................................................................................................... 4 Principio de funcionamiento. ............................................................................................................... 6 Fundamentos de operación............................................................................................................. 6 Tipos y características. .................................................................................................................... 6 Partes de un motor eléctrico. .............................................................................................................. 7 Motor de corriente directa. ................................................................................................................ 11 Introducción. .................................................................................................................................. 11 Bases del funcionamiento de los motores de corriente directa. ................................................... 11 Característica de los imanes permanentes. .............................................................................. 12 Característica de los electroimanes. ......................................................................................... 12 Motor de Corriente directa. ............................................................................................................ 13 Partes de un motor de CD común ............................................................................................. 14 Tipos de motores de corriente continua. ................................................................................... 15 Motor de excitación independiente. .............................................................................................. 16 Motor serie..................................................................................................................................... 16 Motor Shunt o de derivación en paralelo. ..................................................................................... 17 Motor Compound. .......................................................................................................................... 18 Rendimiento de un motor de corriente continua. .......................................................................... 18 Rendimiento de potencias de un motor de corriente continua. ..................................................... 19 Mantenimiento. .................................................................................................................................. 23 Mantenimiento preventivo. ............................................................................................................ 23 Mantenimiento predictivo. ............................................................................................................. 31 Otras pruebas. ............................................................................................................................... 37 Motor de corriente alterna. ................................................................................................................ 38 Máquinas síncronas. ......................................................................................................................... 38 Partes que conforman a las maquinas síncronas. ........................................................................ 38 Estator: ...................................................................................................................................... 38 Rotor: ......................................................................................................................................... 38 Principios de operación de las maquinas síncronas. .................................................................... 40 Como generador: .......................................................................................................................... 41 Como motor: .................................................................................................................................. 42 Clasificación de las maquinas síncronas. ..................................................................................... 42 Generador síncrono................................................................................................................... 42 Tipos de generadores síncronos ............................................................................................... 43 Motor síncrono........................................................................................................................... 47 Arranque de un motor trifásico síncrono. .................................................................................. 48 Máquinas asíncronas. ....................................................................................................................... 54 Motor monofásico. ............................................................................................................................. 54

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Motor monofásico de inducción..................................................................................................... 54 Motor monofásico de colector. ...................................................................................................... 60 Motor trifásico. ................................................................................................................................... 61 Constitución del motor trifásico. .................................................................................................... 61 El rotor de jaula de ardilla. ......................................................................................................... 62 Rotor bobinado. ......................................................................................................................... 66 Magnitudes mecánicas y eléctricas en los motores trifásicos. ..................................................... 68 Velocidad de giro. ...................................................................................................................... 68 Par. ............................................................................................................................................ 69 Potencia. .................................................................................................................................... 70 Pares de polos........................................................................................................................... 71 Rendimiento. ............................................................................................................................. 72 Tensiones de servicio. ............................................................................................................... 73 Deslizamiento. ........................................................................................................................... 74 Frecuencia de red (Hz). ............................................................................................................. 74 Corriente de arranque. .............................................................................................................. 75 Factor de potencia. .................................................................................................................... 78 Conexión de motor trifásico. .......................................................................................................... 79 Placa de características. ........................................................................................................... 79 Procesos de conexión del motor trifásico. ................................................................................ 83 Instalación de motores eléctricos. ................................................................................................. 85 Fundaciones (soportes). ............................................................................................................ 86 Tipos de bases. ......................................................................................................................... 86 Alineamiento .............................................................................................................................. 87 Acoplamiento. ............................................................................................................................ 88 Mantenimiento preventivo de un motor de corriente alterna. ............................................................ 90 Lubricación. ................................................................................................................................... 92 Precaución para el manejo de lubricantes. ............................................................................... 92 Ruido. ............................................................................................................................................ 92 Clasificación del mantenimiento preventivo. ................................................................................. 92 Inspección. .................................................................................................................................... 93 Aislamientos. ................................................................................................................................. 94 Vibraciones. ................................................................................................................................... 94 Elementos rotatorios. .................................................................................................................... 94 Selección del tipo de cojinete. ....................................................................................................... 94 Equipos de prueba para mantenimiento preventivo...................................................................... 96 Fallas en motores eléctricos análisis de causas y defectos de fallas en motores eléctricos............ 96 Bibliografía......................................................................................................................................... 99

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¿Qué es un motor eléctrico? Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos. El motor de inducción es el más usado de todos los tipos de motores, ya que combina las ventajas de la utilización de energía eléctrica (bajo costo, facilidad de transporte, limpieza, simplicidad de comando) con su construcción simple y su gran versatilidad de adaptación a las cargas de los más diversos tipos y mejores rendimientos.

Clasificación. Debido a que son muchos y variados los tipos de motores eléctricos, existen numerosas formas de clasificarlos, de las cuales las formas más usuales de clasificación son las siguientes:

 Por su alimentación eléctrica.   

Corriente directa – La corriente no varía con el tiempo. Corriente alterna – La corriente varía con respecto al tiempo. Universales – Son de velocidad variable.

 Por el número de fases en su alimentación. 

Monofásicos (1 Fase) – Tienen problemas para arrancar por lo cual cuentan con devanado de arranque y de trabajo.  Rotor devanado.  Repulsión.  Jaula de ardilla.  Fase partida.  Fase partida con condensador.  Histéresis.  Imanes permanentes.



Bifásicos (2 Fase) – No tiene devanado de arranque, solo tienen de régimen o trabajo.  Rotor devanado.  Jaula de ardilla.



Trifásicos (3 Fase). – No tiene devanado de arranque, solo tienen de régimen o trabajo.  Rotor devanado.  Jaula de ardilla.

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 Por su sentido de giro.  

Sentido horario. Sentido anti-horario.

 Por si velocidad.  

Síncronos – Funciona con velocidad fija. Asíncronos – Funciona normalmente con una velocidad constante.

 Por su flecha.  

Flecha sólida. Flecha hueca.

 Por su ventilación.  

Auto ventilados – Tienen ventilador en su rotor. Aire forzado.

 Por su carcasa.     

Cerrada Abierta. Aprueba de goteo. Aprueba de explosión. Sumergible.

 Por la forma de sujeción.  

Brida lateral. Brida frontal.

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Principio de funcionamiento. Fundamentos de operación. En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las líneas de fuerza de un imán. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnéticos iguales se repelen, y polos magnéticos diferentes se atraen, produciendo así el movimiento de rotación. En la figura se muestra como se produce el movimiento de rotación en un motor eléctrico.

Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampére observo en 1820, en el que establece: que, si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

Tipos y características. Existen básicamente tres tipos de motores eléctricos: A. Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el

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rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo número de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:  Serie.  Paralelo.  Mixto. B. Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores más usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de energías “normales”. De acuerdo a su alimentación se dividen en tres tipos:  Monofásicos (1 fase).  Bifásicos (2 fases).  Trifásicos (3 fases). C. Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en máquinas de pequeña potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

Partes de un motor eléctrico. Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes, como se muestra en la siguiente figura. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor

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Estator. El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores:  

Estator de polos salientes. Estator rasurado.

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos. Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur). Rotor. El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:   

Rotor ranurado. Rotor de polos salientes. Rotor jaula de ardilla.

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Carcasa. La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:     

Totalmente cerrada. Abierta. A prueba de goteo. A prueba de explosiones. De tipo sumergible.

Base. La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación del motor, puede ser de dos tipos:  

Base frontal. Base lateral.

Caja de conexiones. Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos. Tapas. Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

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Cojinetes. También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales: a) Cojinetes de deslizamiento. - Operan el base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento. - Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:  Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.  Son compactos en su diseño.  Tienen una alta precisión de operación.  No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.  Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares

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Motor de corriente directa. Introducción. En todos los ámbitos de la vida moderna podemos encontrar hoy en día muchos dispositivos y equipos que emplean motores eléctricos de diversos modelos, tamaños y potencias para realizar un determinado trabajo. Todos ellos, sin excepción, funcionan con corriente alterna (C.A.), o de lo contrario con corriente directa (C.D.), conocida también como corriente continua (C.C.). Sin embargo, la mayoría de los dispositivos y equipos que requieren poca potencia para poner en funcionamiento sus mecanismos emplean solamente motores de corriente directa de pequeño tamaño, que utilizan como fuente suministradora de corriente eléctrica o fuerza electromotriz (F.E.M.) pilas, batería, o un convertidor de corriente alterna en directa.

Podemos encontrar pequeños motores de corriente directa instalados en infinidad de aparatos y dispositivos electrodomésticos de funcionamiento eléctrico o electrónico, como secadoras de pelo, herramientas de mano, juguetes y en algunos mecanismos de coches y otros vehículos de transporte. Con respecto a varios tipos de electrodomésticos, en la mayoría de los casos son equipos que se conectan directamente a la red de corriente alterna (C.A.) de la casa, pero inmediatamente un dispositivo electrónico interno, compuesto por un puente rectificador de cuatro diodos semiconductores de silicio, convierten esa corriente alterna en corriente directa para que el motor o motores que contiene el equipo en cuestión puedan funcionar adecuadamente. Muchos coches y otros vehículos de transporte utilizan también motores de corriente directa para accionar los limpiaparabrisas, elevadores eléctricos de vidrios, así como el ventilador de aire acondicionado.

Bases del funcionamiento de los motores de corriente directa. Un pequeño motor común de corriente directa (C.D.) basa su funcionamiento en el rechazo que se produce entre el campo magnético que rodea al electroimán del rotor y el campo magnético de un imán permanente o bobina colocados de forma fija en el cuerpo del motor. A continuación, se explican las características de los imanes permanentes y de los electroimanes.

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Característica de los imanes permanentes. En la mayoría de los casos un imán se compone de una pieza completamente metálica u obtenida mediante un proceso de pulvimetalurgia. Puede tener sección redonda, cuadrada, o rectangular y forma recta, curva, en herradura o semiherradura con diferentes longitudes. Su principal propiedad es que posee magnetismo permanente y polaridad diferente en cada uno de sus extremos.

A uno de los extremos del imán le corresponde el polo norte “N” y al otro, el polo sur “S”. Su característica principal radica en que puede atraer algunos metales, así como a otro imán que le enfrentemos, cuando los polos magnéticos son diferentes (como, por ejemplo, polo norte de un imán con polo sur de otro imán) o, por el contrario, rechazarlo cuando sus polaridades son iguales (polo norte con norte, o polo sur con sur).

Aunque desde tiempos inmemoriales se conocen los imanes naturales con magnetismo permanente, desde hace años en la mayoría de las aplicaciones prácticas se emplean imanes magnetizados de forma artificial.



Característica de los electroimanes. Los electroimanes en su mayoría se componen de un núcleo metálico compuesto por una aleación de acero al silicio. Alrededor de ese núcleo se enrolla un alambre de cobre desnudo (protegido por una capa de barniz

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aislante) formando una bobina. La función del núcleo metálico es reforzar la intensidad del campo magnético que crea la bobina cuando ésta se encuentra energizada, o sea, conectada a una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.). De esa forma el núcleo de hierro se convierte en un electroimán.

El campo electromagnético que acompaña al núcleo metálico del electroimán provocará la aparición de un polo magnético diferente en cada uno de sus extremos: uno norte “N” y otro sur “S”, por lo que se comportará de la misma forma que lo hace un imán permanente.

Motor de Corriente directa. El motor de corriente continua (motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica a través de la acción de los campos magnéticos producidos por sus bobinas, provocando un movimiento rotatorio. En algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. El motor de corriente continua es uno de los más versátiles en la industria. Debido a que tienen un par de arranque alto comparado con los de corriente alterna, a su fácil control de posición, paro y velocidad, se ha convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Los motores de corriente directa tienen varias diferencias ya que son construidos de diferente manera comparados con los de corriente alterna. Una de las principales diferencias es que pueden funcionar a la inversa, es decir no solamente pueden ser utilizados para transformar energía eléctrica en mecánica. También pueden funcionar como generadores de electricidad. Esto sucede porque tienen la misma construcción física que los generadores. La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías), automóviles eléctricos y todas aquellas aplicaciones en las que se requiere un control de velocidad constante o de precisión (máquinas etc.)

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Partes de un motor de CD Un motor común de corriente directa o continua se compone de las siguientes partes o piezas:    

Carcaza. Rotor. Colector o conmutador. Escobillas.

Carcaza. Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur. Rotor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la mayoría de los pequeños motores de C.D. se compone de tres enrollados o bobinas que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se encuentran conectados a diferentes segmentos del colector. Colector o conmutador. Situado en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños motores comunes de C.D. se divide en tres segmentos.

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Escobillas. Representan dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la corriente eléctrica directa necesaria para energizar el electroimán. En los pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del motor.

Tipos de motores de corriente continua. Antes de enumerar los diferentes tipos de motores, conviene aclarar un concepto básico que debe conocerse de un motor: el concepto de funcionamiento con carga y funcionamiento en vacío. 



Un motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier objeto o soportando cualquier resistencia externa (la carga) que le obliga a absorber energía mecánica. Así pues, en este caso, el par resistente se debe a factores internos y externos. Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia cuando bate mayonesa; el motor de una grúa soporta las cargas que eleva, el propio cable, los elementos mecánicos propios de la grúa, un motor de un coche eléctrico soporta numerosas cargas: el peso de los pasajeros, el peso del propio vehículo, la resistencia que ofrece la superficie del terreno, ... Un motor funciona en vacío, cuando el motor no está arrastrando ningún objeto, ni soportando ninguna resistencia externa. El eje está girando libremente y no está conectado a nada. En este caso, el par resistente se debe únicamente a factores internos.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí.    

Motor de excitación independiente: es tal que el inductor y el inducido se alimentan de dos fuentes de energía independientes. Motor en serie: es tal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran en serie. Motor en derivación o motor Shunt: dispone los devanados inductor e inducido en paralelo. Motor Compound: consta de dos devanados inductores, uno está en serie con el devanado inducido y el otro en paralelo.

Para conocer las características y posibles aplicaciones de cualquiera de estos motores, deben fijarse cada uno de estos parámetros:

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   

Evolución del régimen de giro (en rpm): es decir, cómo varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias. Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW): da cuenta del consumo de energía. Par motor (en kgf.m): da cuenta de la capacidad de arrastre del motor. Rendimiento: da cuenta de las pérdidas de energía del motor.

Motor de excitación independiente. En este caso, la excitación se produce mediante electroimanes, y la corriente que absorben éstos es independientes de la corriente que se dé al rotor. Son motores cuya velocidad y momento se regulan bien, pero son poco frecuentes por su complicación.

Motor serie. Como se comentó antes, en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie. La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor).

(Irotor =Iestator)

El motor serie es tal que: 1. Puede desarrollar un par elevador de arranque, es decir, justo al arrancar, el par motor es elevado.

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2. Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente. 3. Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección. Usos: Tiene aplicaciones en aquellos casos en los que se requiera un elevado par de arranque a pequeñas velocidades y un par reducido a grandes velocidades. El motor debe tener carga si está en marcha. Ejemplos: tranvías, locomotoras, trolebuses, ... Un taladro no podría tener un motor serie, ¿Por qué? Pues porque al terminar de efectuar el orificio en la pieza, la máquina quedaría en vacío (sin carga) y la velocidad en la broca aumentaría tanto que llegaría a ser peligrosa la máquina para el usuario.

Motor Shunt o de derivación en paralelo. Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida (Iabsorbida) por el motor, una parte (Ii) circula por las bobinas inducidas y la otra (Iexc) por la inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el inductor. Las características de este motor son: 1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie. 2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que en serie. 3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye. Las aplicaciones del motor son las siguientes: Se usan en aquellos casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas herramientas, por ejemplo, un taladro.

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Motor Compound. En este caso, se puede decir que el motor es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que una de las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está en paralelo con él. Una parte de la intensidad de corriente absorbida circula por las bobinas inducidas (Ii) y, por ende, por una de las inductoras; mientras que el resto de la corriente (Iexc) recorre la otra bobina inductora. Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el peligro de ser inestable cuando trabaja en vacío, como ocurre con el motor serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto.

Rendimiento de un motor de corriente continua. El rendimiento de un motor se define como:

La potencia útil es siempre menor que la potencia absorbida, donde P per es la potencia debida a las pérdidas en forma de calor. La potencia debida a las pérdidas por efecto Joule, también llamadas pérdidas en el cobre, son:

Donde: o I es la intensidad de la corriente que recorre los devanados (Amperios) o R es la resistencia eléctrica de los conductores (en Ohmios) La potencia absorbida (Pab) es de origen eléctrico en un motor, mientras que la potencia útil es mecánica, puesto que es la forma de energía que entrega el motor.

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Rendimiento de potencias de un motor de corriente continua. Tomamos una máquina de excitación en derivación (Shunt), cuyos devanados inducidos e inductor están en paralelo. • • •

Sea U la tensión aplicadas en los bornes del motor. Sea Rexc la resistencia eléctrica que ofrece el devanado inductor al paso de la corriente Iexc. Sea Ii la intensidad de la corriente que recorre el devanado inducido.

Vamos a definir un concepto nuevo: la fuerza contraelectromotriz (fcem) o E', medida en voltios.

PERO RECUERDA ANTES: la ley de inducción electromagnética nos indica que, si un conductor se mueve en un campo magnético, cortando las líneas de campo se genera una fem inducida (E) que se mide en voltios. El devanado inducido se mueve con el rotor y es recorrido por una corriente eléctrica, por lo que se dan las condiciones de la ley de inducción, pues este devanado corta las líneas de campo que se crearon gracias al inductor. Luego, en el inducido se genera una fem inducida que a su vez provoca una corriente eléctrica ¡pues bien! Esa corriente inducida circula en sentido contrario a la corriente que ya estaba establecida en el rotor, de ahí el término contralectromotriz. La fuerza contraelectromotriz, sólo aparece en el devanado inducido ¡no lo olvides! NOTA PARA RECORDAR: Al circuito cerrado del devanado inductor se le llama también circuito de excitación, por eso a la corriente que recorre el circuito de excitación se le denota Iexc.

Definamos las distintas formas de potencia que encontramos en el motor.

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1.- Pabs: potencia eléctrica que absorbe el motor, también llamada potencia de entrada. Es la potencia que desarrollaría el motor si no existiese ningún tipo de pérdidas, es decir, la potencia de consumo.

donde

U = tensión aplicada en los bornes del motor. Iabs = es la intensidad de la corriente de línea o de la corriente de entrada. En un motor de excitación en...

2. Pu: Potencia útil, es la potencia disponible para realizar trabajo. Es trabajo mecánico.

siendo

Mu = el par motor (en N·m).. ω la velocidad angular del motor (en rad/s).

3. PCu: Potencia perdida en el cobre. Representa a las pérdidas que transcurren en ambos devanados (inductor e inducido) debido al efecto Joule.

4. Pfe: Potencia perdida en el hierro. Son pérdidas de tipo magnético. 5. Pm: Potencia perdida mecánica. Debido a rozamientos, principalmente entre los elementos mecánicos. 6. Pei: Potencia eléctrica interna. Debida a la potencia que queda al restar a la potencia absorbida la potencia debida a las pérdidas en el Cobre (Pcu)

7. Pp: Potencia pérdida total (la suma de las pérdidas en el cobre, en el hierro y las mecánicas).

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La potencia absorbida será igual a la suma de la potencia útil más la potencia perdida

Sustituyendo en (*) y recurriendo a la expresión (**)

despejando Pu

Otras expresiones. RECUERDA: La fuerza contraelectromotriz (E') se mide en VOLTIOS. Esta tensión, en caso de que la máquina eléctrica funcione como un motor, se genera en el devanado inducido y se opone a la corriente inicial que surge en el inducido (Ii). Es por ello que, según la ley de Ohm. (Tensión = Intensidad*Resistencia)

Estas dos expresiones son las ecuaciones de tensiones (para el motor derivación y para el motor serie). Es la ley de Ohm aplicada a cada tipo de motor.

siendo U= tensión de línea del motor o tensión aplicada en bornes (en voltios). E’= fuerza contraelectromotriz (en voltios). Ri= resistencia eléctrica del devanado inducido (en ohmios) Rexc= resistencia eléctrica del devanado inductor (en ohmios) Ii= la intensidad de la corriente en el devanado inducido (Amperios) Pues bien, esta tensión es proporcional a la velocidad del motor y al flujo magnético que induce el inductor de forma que se cumple...

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siendo K' = constante que depende sólo de la máquina Φ = flujo magnético que afecta al rotor (en Weber) n = velocidad del motor (en rpm) Por otra parte, existe una expresión que dice que el par interno del motor es proporcional al flujo magnético y la corriente y la corriente en el inducido, de forma que

siendo Mi = par interno del motor (en N·m), también llamado par útil. K = constante de la máquina (distinta a la anterior) Ii= Intensidad de corriente (en Amperios) Φ = flujo magnético interno en el rotor (en Wb)

El par interno del motor también nos sirve para hallar la potencia útil,

pues siendo Pu = potencia útil (en Vatios) Mi = par interno del motor (en N·m) o par útil ω = velocidad angular del motor (en rad/s)

Ley de Ohm

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Mantenimiento. Pocas son las partes de las máquinas eléctricas sometidas a un desgaste: los cojinetes, los cojinetes, el colector, los anillos rozantes y las escobillas. Los trabajos de mantenimiento no sólo consisten en controlar y, de ser necesario, cambiar estas piezas. También deberá añadirse grasa o aceite cuando se hayan gastado. Por otro lado, es necesario limpiar las máquinas a intervalos regulares y controlar sus características técnicas. Los trabajos de mantenimiento pueden realizarse durante las pausas de paro sistemáticas. Después de cada avería de importancia deberá realizarse una inspección y control a fondo. También forma parte del mantenimiento el control del funcionamiento de los dispositivos de protección. Un mantenimiento regular a intervalos de tiempo razonables garantiza un máximo de seguridad de servicio y prolonga la vida de las máquinas.

Mantenimiento preventivo. El cuidado regular prolonga la vida de un motor: A. Lubricación de los cojinetes: Todos los motores tienen cojinetes. Muchos necesitan ser re-lubricados periódicamente o ser verificados en cuanto a su nivel de aceite.

1. Cojinetes lubricados con aceite. Utilice el aceite especificado y no use aceite en exceso, porque el aceite saldrá a modo de fugas y acumulará suciedades (mugre).  Depósito tipo colector. El nivel del colector debe ser verificado después de que un motor se haya detenido durante algún tiempo para que el aceite tenga una oportunidad de regresar al colector y enfriarse. El aceite se expande cuando está caliente. No ponga demasiado aceite.  Depósito del tipo mecha, empaque o buje poroso. Por lo general, los fabricantes especifican la frecuencia de la lubricación y la cantidad de aceite necesario para la saturación apropiada. Repetimos, no ponga demasiado aceite. 2. Cojinetes lubricados con grasa. Utilice la grasa especificada. Ponga la grasa con el motor caliente y operando, pero teniendo cuidado de no quemarse o lastimarse.

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   

Antes de engrasar, limpie el accesorio de grasa y el extremo de la pistola de grasa. Cuando haya un tapón de respiradero o de alivio de presión, quítelo antes de engrasar. Agregue grasa hasta que la grasa nueva salga por el tapón del respiradero. No ponga el tapón, después de engrasar, sino hasta que la grasa fresca ya no salga cuando opere el motor.

Si no hay un tapón de alivio de presión, tenga mucho cuidado de no seguir agregando grasa si, aparentemente, la presión se está acumulando dentro de la caja de cojinetes. La presión excesiva de la grasa puede estallar los sellos o las protecciones de cojinetes o hacer que la grasa pase más allá de los cojinetes y sea introducida en el motor. Después de engrasar, quite el accesorio de grasa y deje operar el motor hasta que la grasa fresca ya no salga. No deje el cojinete demasiado lleno de grasa. La grasa excesiva aumenta la fricción y calienta el cojinete, derritiendo y oxidando la grasa. Cuando hay demasiada grasa, ésta tiende a salir y a introducirse en el motor en donde acumula suciedades.

B. Limpieza del motor. Los motores duran más cuando se mantienen limpios. La mugre interfiere con el enfriamiento y puede dañar el aislamiento.

1. Periódicamente debe cepillarse o limpiarse la parte exterior de un motor. 2. Deben aspirarse los respiraderos y los tamices (telas metálicas o “screens”) de los motores abiertos. No trate de soplar el polvo hacia fuera con una manguera de aire; el chorro de aire puede introducir el polvo entre las vueltas del devanado haciendo que falle el aislamiento. 3. Es muy importante limpiar el exterior de los motores totalmente encerrados debido a que la superficie de estos motores debe disipar todo el calor generando en el interior. El polvo actúa como un aislamiento. 4. En los motores totalmente encerrados y enfriados con ventilador, el aro de refuerzo está unido generalmente con unos cuantos tornillos. Quítelo para limpiar las ranuras o tamiz en donde el ventilador jala el

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aire hacia adentro, la superficie interior del aro de refuerzo y las cuchillas del ventilador. 5. Asegúrese de que el ventilador esté apretado en el eje del motor y de que no esté dañado; el polvo abrasivo puede, en ocasiones, desgastar el metal de la cuchilla (aspa) del ventilador. 6. Algunos motores requieren del desensamble periódico y de la limpieza interna. Dependiendo del tipo de mugre, podría ser necesario utilizar vapor, agua caliente y detergente o solventes al limpiar los motores. 7. No utilice agentes limpiadores que pudieran dañar el aislamiento. 8. No conecte un motor húmedo al voltaje de línea. Si lo hace, se producirá el arqueamiento y ocurrirán daños en el aislamiento. 9. Antes de aplicar energía, seque completamente el motor en un flujo de aire caliente si es posible. 10. Comúnmente, es necesario desensamblar los motores abiertos para limpiarlos, debido a que un ventilador hace que pase el frío a través de ellos. Cuando los respiraderos de un motor abierto están demasiado cargados de suciedades, es casi seguro que el interior también requiera la limpieza. Hay posibilidades de que los motores con escobillas requieran de una mayor limpieza que los motores que no tienen escobillas. 11. Las partículas de carbón y cobre, que son el resultado del desgaste, se adhieren a cualquier película de aceite o grasa y, en ocasiones, el aislamiento ligeramente pegajoso en los devanados. Las partículas son conductoras y podrían ocasionar el arqueamiento sobre la superficie del aislamiento. 12. Bajo ciertas condiciones, aún los motores totalmente encerrados, sin escobillas, podrían requerir del desensamble para el secado y/o limpieza. Aunque, normalmente, el aire no circula a través de ellos, dichos motores sí respiran; el aire en el interior es empujado hacia fuera conforme el motor se calienta y el aire exterior, incluyendo la humedad y la mugre, son aspirados hacia el interior cuando el motor se enfría. 13. Después de muchos ciclos de calentamiento y enfriamiento, los motores totalmente encerrados pueden llegar a acumular mucha agua lo cual reduce la resistencia del aislamiento y permite el arqueamiento.

C. Escobillas, colectores (conmutadores), anillos deslizantes o de fricción e interruptores internos. Los motores de C.D. y los motores C.A., con escobillas y colectores (conmutadores) o anillos de fricción requieren una atención rutinaria cada vez más frecuente. Los motores con interruptores (“switches”) centrífugos

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internos también requieren de, por lo menos, una verificación periódica rápida para asegurarse de que los interruptores están funcionando bien.

1. Chispas de las escobillas En aquellos motores en los que se puedan ver las escobillas mientras el motor opera, se debe verificar si éstas hacen chispas bajo cargas normales y pesadas del motor. Las chispas ligeras podrían ser tolerables en los motores pequeños, de C. D. y de CA-CD para trabajo ligero. En los motores de C.D. para trabajo continuo no deben observarse chispas bajo condición de carga alguna. Las chispas abundantes o el arqueamiento pueden quemar, picar aflojar las barras del colector (conmutador) y producir cortos a través de la mica que hay entre ellos. El calor podría hacer que la soldadura que conecta los alambres de la armadura (inducido) a las barras del colector se derritiera y se esparciera alrededor del motor. El calor también puede dañar el aislamiento, los porta escobillas y los resortes de las escobillas. Un motor con escobillas que hacen chispas debe pararse tan pronto como sea posible. Las escobillas producirán chispas o se arquearán cuando hay algo malo en el contacto de la escobilla con el colector. Los problemas de escobilla/colector son el resultado de:



Escobillas que se han acortado por el desgaste.

Se supone que los porta escobillas colocan con precisión las escobillas, en tal forma que toda la superficie terminal de la escobilla entre en contacto con el colector (conmutador). Las escobillas cortas no pueden colocarse con precisión. La corriente se concentrará en aquella parte de la escobilla que hace contacto con el colector y, así, se producirá el sobrecalentamiento, las barras quemadas o picadas de los colectores y las chispas. Si una escobilla se desgasta al grado de que el cable flexible de conexión empotrado en ella, entre en contacto directo con el colector, este último se dañará.

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Conforme se desgastan las escobillas, los resortes de las escobillas se tensionan menos y no presionan la escobilla sobre el colector en forma suficiente. Algunos tipos de resorte de escobillas pueden ajustarse para compensar el desgaste; debe medirse la tensión y hacerse determinados ajustes siguiendo un plan regular.

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Resortes débiles de escobillas Los resortes de escobillas pierden su tensión cuando se sobrecalientan - normalmente como resultado de escobillas arqueadas. Deben reponerse los resortes débiles de escobillas.

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Escobillas mal colocadas

En algunos motores, es ajustable la posición de las escobillas alrededor del colector. La posición debe ser ajustada para producir el menor número posible de chispas bajo una carga cobre se adhieran en las ranuras entre las barras del colector, produciendo cortos al unir las barras. Un colecto debe estar limpio, pero el cobre debe haber desarrollado un brillo café. Es posible que este brillo no se forme cuando el motor opere consistentemente bajo cargas ligeras o excesivas. Un color cobre brillantes indica que el colector se está desgastando.

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2. Mantenimiento e inspección de las escobillas En la mayoría de los motores grandes, es necesario remover las placas de inspección para ver las escobillas. En los motores pequeños, normalmente hay que remover las escobillas individuales para la inspección. Por lo general, cuando la longitud original de una escobilla se ha reducido más de la mitad y no está chispeando, puede dejarse en su lugar o devolverse para darle un mayor servicio. Asegúrese de reponer cada escobilla a su posición original. No vuelva a utilizar las escobillas que estén astilladas, rotas, torcidas por el desgaste o cuya longitud original se haya reducido más de una mitad. Si una escobilla está en un estado bastante peor que el resto, verifique con todo cuidado el porta escobillas y el resorte.

3. Inspección del colector (conmutador) Antes de volver a colocar las escobillas, verifique todo el colector. Si observa ranuras o bordes, decoloración, quemado o picado de las barras, barras sueltas o mica alta entre las barras, será necesario desensamblar el motor para hacer la reparación correspondiente. Si el colector se ve bien, excepto por unas ranuras, picaduras o puntos quemados menores, puede limpiarse con una piedra para colector que se mantendrá contra el colector conforme el motor opera. Tenga cuidado de no tocar las escobillas, los porta escobillas, resortes o cables.

4. Reemplazo de escobillas Seleccione las escobillas de reemplazo correctas. Hay escobillas de diferentes grados de dureza. Utilice el grado especificado por el fabricante. Reponga el juego completo aun cuando una sola escobilla esté mal. Las escobillas son frágiles y fácilmente se astillan o agrieta. No introduzca una escobilla en su lugar a la fuerza.

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Asegúrese de instalar las escobillas en tal forma que el ángulo en el extremo de la escobilla corresponda a la curvatura del colector. Si las nuevas escobillas encajan bastante bien en el colector, pueden asentarse con una piedra para asentar escobillas y pulir, al mismo tiempo, el colector. Si deben remodelarse los extremos de las escobillas, para adaptarse al colector, asiente las escobillas con una lija fina. No utilice tela esmeril porque podría dejar partículas de arenilla conductora en el motor. Asegúrese de introducir la lija en forma suficiente alrededor del colector para evitar ovalar el extremo de la escobilla en la dirección equivocada.

Los porta escobillas deben apretar las escobillas lo suficiente para evitar que vibren. Sin embargo, deben tener suficiente libertad para moverse hacia adentro y hacia fuera. Si una escobilla se pega en su porta escobillas no hará un buen contacto. Los porta escobillas deben colocarse suficientemente cerca del colector para soportar las escobillas, pero no tan cerca que los arcos brinquen entre el colector y el porta escobillas. Verifique las

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especificaciones del fabricante. Es posible que se requiera del ajuste si el colector está volteado.

También debe verificarse la tensión del resorte “spring”. Si ésta es demasiado alta en el caso de escobillas nuevas y más largas, las escobillas se desgastarán rápidamente. Es muy probable que los resortes que hayan estado en servicio durante largo tiempo hayan perdido su tensión. Reemplácelos si son demasiado débiles.

Asegúrese que todo aislamiento en los cables flexibles hacia las escobillas esté en buenas condiciones y que los cables no estén puestos a tierra en algún lado.

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Mantenimiento predictivo. La mayoría de los programas completos de mantenimiento establecen la inspección periódica y las pruebas de los motores para detectar los problemas antes de que ocasionen paros costosos. En todos los casos son importantes los registros cuidadosos de las inspecciones y de las pruebas para indicar las tendencias.

Algunos tipos comunes de inspecciones y pruebas incluyen:

A. Observar y escuchar el motor cuando arranca y opera, acciona su carga normal y se para. Observe si hay:

 Un aflojamiento obvio o vibración de alguna parte a cualquier velocidad.  Tiempo largo de arranque. Si un motor toma mucho más del tiempo normal para alcanzar su velocidad normal de operación que el que tomaba cuando estaba nuevo, hay algo mal.  Tiempo corto para parar. La mayoría de las cargas tienen inercia suficiente para que el motor se vaya deteniendo lentamente hasta pararse, a menos que se frene para que se pare rápidamente. Si  un motor se detiene más rápidamente de cómo lo hacía cuando estaba nuevo, es posible que algo se esté arrastrando.  Destellos, arcos y escobillas con chispas. Es más fácil detectar esto en la obscuridad. Un destello brillante en un motor con un interruptor centrífugo puede ser un signo de problema en los contactos. Los arcos a través del aislamiento pueden ser visibles en los motores abiertos.

Vea si escucha:

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Ruidos semejantes a los que produce la acción de un resorte o resquebrajamiento dentro del motor, caja de empalmes o un controlador que indique arqueamiento que podría no ser visible. Zumbido excesivo. Muchos motores zumban al arrancar y cuando están bajo carga pesada. Si zumban todo el tiempo podría haber una sobrecarga, devanados con cortos o laminaciones de núcleo sueltas.

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 

Un motor también podría zumbar si es bajo el voltaje o de alimentación o el voltaje en una fase. Los motores de C.D. zumbarán cuando su voltaje de alimentación tiene una fluctuación excesiva de corriente. Ruidos especiales en los cojinetes o de un arrastre del rotor sobre el estator. El ruido circundante de la maquinaria podría disimular (enmascarar) los ruidos del motor. Para aislar y localizar los ruidos del motor podría ser útil un estetoscopio u otro dispositivo para escuchar.

B. Verifique la temperatura

Casi cualquier cosa anormal hará que un motor se caliente. La temperatura ambiente, la temperatura del bastidor o carcasa del motor y la temperatura de los cojinetes son lecturas básicas que deben tomarse cuando se instala por primera vez un motor y periódicamente de ahí en adelante. Los registros precisos de las tres temperaturas son importantes para hacer una comparación. 

La temperatura ambiente es la temperatura del aire que rodea motor. La temperatura del bastidor o carcasa del motor y temperatura de los cojinetes aumentará y disminuirá con temperatura ambiente. Un motor se sobrecalentará a su salida potencia nominal si la temperatura ambiente es superior a temperatura indicada en la placa de fábrica.



La temperatura del bastidor o carcasa es la temperatura de la carcasa de acero alrededor del estator. Cuando la temperatura del bastidor de un motor es superior a las temperaturas anteriores medidas a la misma temperatura ambiente, el motor está sobrecargado o tiene defectos.



La temperatura de los cojinetes se mide directamente sobre la caja del cojinete. Una lectura superior a las lecturas anteriores, a la misma temperatura ambiente, es un signo de problemas con los cojinetes.

un la la de la

Siempre tome las lecturas de la temperatura después de que el motor haya estado operando lo suficiente para alcanzar la temperatura normal de operación. También, tome las lecturas bajo las mismas condiciones de operación de preferencia, justo cuando el motor complete la parte más

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pesada de su trabajo. Utilice siempre el mismo instrumento para medir la temperatura y manténgalo calibrado.

C. Verifique la corriente

Al igual que las lecturas de temperatura, las lecturas de la corriente deben ser tomadas cuando el motor esté trabajando duro. Una lectura de corriente que es superior a la observada cuando el motor se puso por primera vez en servicio, significa que la carga del motor se ha incrementado un poco o que el motor tiene defectos. La corriente medida en cualquier línea hacia un motor monofásico de C.A. debe ser la misma sin importar que la línea esté a puesta, o no, a tierra. Si la corriente no es la misma en ambas líneas, hay un corto a tierra en el motor. La corriente medida en cada línea de energía hacia un motor de C.D. debe ser siempre la misma, a pesar de que la dirección de la corriente sea opuesta en las dos líneas. La corriente en las tres líneas de energía hacia un motor trifásico debe ser igual. La variación permisible depende de la aplicación, pero con frecuencia no es superior a un pequeño porcentaje.

D. Verifique la condición de los cojinetes

Muchos motores se descomponen debido a la falla de los cojinetes. Es posible que un cojinete empiece a estar mal antes de que se le observe excesivamente caliente.



Partes sueltas o flojas. Enclave el motor y sacuda su eje hacia arriba y hacia abajo y longitudinalmente, midiendo el movimiento con un indicador de cuadrante. Prácticamente cualquier holgura observable en la mayoría de los cojinetes pequeños de elementos rodantes significará que los cojinetes deben ser repuestos. En el caso de otros tipos de cojinetes, verifique la especificación del fabricante en relación con el espacio libre permisible.

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Vibración. Los problemas con cojinetes pueden ser detectados en una etapa temprana con varios tipos de sensores de vibración. Estos sensores miden tanto la frecuencia de la vibración como la amplitud, la intensidad de las vibraciones. Los cojinetes con elementos rodantes producen frecuencias en la región de ultrasonido que pueden ser captadas por instrumentos especiales.

Repetimos, otra vez, que las lecturas deben ser tomadas en la misma forma a intervalos regulares, de preferencia con los mismos instrumentos calibrados. Los resultados trazados pueden predecir la falla de los cojinetes bastante antes de que ocurra y pueden detectar problemas antes de que el cojinete se caliente en forma significativa.

E. Verifique la resistencia del aislamiento de los devanados

Muchos programas de mantenimiento predictivo prueban la resistencia a tierra de un motor como un medio de determinar la condición del aislamiento. El aislamiento que está sucio, húmedo, agrietado o dañado en forma alguna, permite el flujo de las corrientes de fuga y genera calor. El calor daña el aislamiento aún más e incrementa la corriente de fuga hasta que se desarrollan cortos verdaderos y el motor dispara sus dispositivos de protección contra sobrecarga o se quema. Cuando puede detectarse con anterioridad el aislamiento defectuoso se evitarán muchos paros no programados. Por lo general, las pruebas del aislamiento se hacen con un megóhmetro. Esto se debe a que la resistencia a tierra de cualquier motor debe ser muy alta por lo menos de varios millones de ohms. Un ohmímetro (óhmetro) regular no puede medir con precisión las resistencias muy altas; el voltaje de su batería interna es demasiado bajo para producir corrientes conmensurables. Sin embargo, un megóhmetro aplica un voltaje de C.D. igual o superior al voltaje normal de la línea de energía; produce corrientes mayores, más fáciles de medir y, también permite la detección de puntos débiles en el aislamiento en donde los voltajes de operación producirán arcos. El voltaje de un megóhmetro produce una corriente que hace dos cosas: carga el aislamiento como lo hace un capacitor y se fuga a través del

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aislamiento o sobre su superficie. Mientras más alta es la corriente total más baja será la lectura de la resistencia. Los procedimientos de prueba recomendados con un megóhmetro varían dependiendo de la clase de medidor y del tamaño y voltaje de operación del motor. Normalmente, cuando se aplica el voltaje de un megóhmetro a los motores con un buen aislamiento, la lectura rápidamente llegará a un valor alto de, por lo menos, varios cientos de megohmios. Si la lectura no llega a un valor alto rápidamente, esto podría ser indicativo de que el aislamiento se ha empezado a deteriorar o de que el motor está húmedo o sucio. También podría significar que el aislamiento necesita tiempo para cargar totalmente. Para determinar qué es lo que sucede, deje el voltaje del megóhmetro aplicando durante, por lo menos, varios minutos para ver si la lectura se incrementa gradualmente. Con frecuencia, las lecturas se tomarán después de transcurrir 1 minuto y 10 minutos. Si el aislamiento es bueno, la lectura durante los 10 minutos. Si el aislamiento es bueno, la lectura durante los 10 minutos debe ser, por lo menos, del doble de la lectura de 1 minuto. Si la lectura se nivela rápidamente (dentro de 30 segundos o menos) a menos de un valor muy alto, será un signo de que está fluyendo la corriente de fuga uniforme y de que, bajo las condiciones de operación, hay posibilidades de que el aislamiento se deteriore aún más. El motor debe ser observado con todo cuidado en el futuro. Las lecturas deben tomarse frecuentemente y, si la resistencia del aislamiento continúa descendiendo, es posible que el motor falle pronto. El aislamiento malo en las líneas hacia un motor o en un arrancador de motor producirá la misma lectura que el aislamiento malo en un motor. Para probar el motor solamente, desconéctelo. El desconectar el motor es particularmente importante si hay componentes de estado sólido en el sistema que pudieran dañarse por el voltaje de prueba del megóhmetro. La temperatura y la humedad afectan la lectura. Las condiciones calientes y de humedad reducen la resistencia; las condiciones secas y frías la aumentan. Hay tablas para corregir las lecturas a las condiciones normales.

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Las lecturas del megóhmetro son muy útiles cuando se toman a intervalos regulares a través de la vida de un motor y se trazan tal como se indica arriba. Una baja repentina de resistencia, tal como aquella entre 6-83 y 1-84 en la gráfica anterior, podría indicar que el motor está empezando a fallar. El motor debe verificarse muy pronto otra vez y si la lectura es aún más baja, deben programarse las reparaciones o el reemplazo. Por motivos de seguridad, debe permitirse la descarga del aislamiento cargado durante la prueba. Deje el medidor en el ajuste de “descarga” o conecte un corte entre los puntos de prueba durante, por lo menos, cuatro veces el voltaje de prueba aplicado justo antes de volver a conectar la energía. Como una alternativa a las pruebas con megóhmetro, un programa de mantenimiento predictivo puede incluir la prueba de aislamiento del motor con un voltaje de C.D. muy alto característicamente de dos veces el voltaje nominal más 1000 voltios. Normalmente, el voltaje se aumenta en incrementos mientras se mide la corriente a través del aislamiento. La corriente aumentará con el voltaje en un principio y, después, debe nivelarse bastante antes de que se alcance el máximo voltaje de prueba. Si la lectura de la corriente continúa aumentando o se comporta en una forma errática, esto será indicativo de un aislamiento deficiente. La prueba debe descontinuarse para evitar daños en el motor. Si un motor no pasa la prueba y no es dañado durante la prueba y puede resistir un voltaje por lo menos algo más que el voltaje de línea normal, puede regresarse a servicio temporalmente mientras se hacen planes para limpiarlo, secarlo o reponerlo.

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Otras pruebas. Hay muchos otros tipos de pruebas que pueden hacerse en un motor. Las lecturas de resistencia en el caso de los devanados abiertos; de cortos entre devanados; de cortos entre las vueltas de un devanado y de capacitores o interruptores malos son frecuentemente necesarias. Sin embargo, normalmente forman parte de la detección de fallas o del diagnóstico de los problemas que un motor tiene después de que se han observado ciertos síntomas.

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Motor de corriente alterna. Máquinas síncronas. Concepto. Una máquina síncrona es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de giro en régimen permanente está ligada con la frecuencia de la tensión en bornes y el número de pares de polos.

Donde:    

f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz) P: Número de pares de polos que tiene la máquina p: Número de polos que tiene la máquina n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Estas máquinas convierten energía eléctrica en energía mecánica, siendo en este caso utilizadas como motores, o convierten energía mecánica en energía eléctrica, siendo en este caso utilizadas como generadores. Las máquinas síncronas se utilizan en mayor medida como generadores de corriente alterna que como motores de corriente alterna, ya que no presentan par de arranque y hay que emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta la velocidad de sincronismo. También se utilizan para controlar la potencia reactiva de la red por su capacidad, manteniendo la potencia activa desarrollada constante, variar la potencia reactiva que absorbe o cede a la red.

Partes que conforman a las maquinas síncronas. 

Estator: El estator, o parte estática, de una máquina síncrona es similar al de una máquina asíncrona. Contiene un devanado trifásico de corriente alterna denominado devanado inducido y un circuito magnético formado por apilamiento de chapas de burro.



Rotor: El rotor, o parte rotativa, de una máquina síncrona es bastante diferente al de una máquina asíncrona. Contiene un devanado de corriente continua, denominado devanado de campo y un devanado en cortocircuito, que impide

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el funcionamiento de la máquina a una velocidad distinta a la de sincronismo, denominado devanado amortiguador. Además, contiene un circuito magnético formado por apilamiento de chapas magnéticas de menor espesor que las del estator. El resto de las características del rotor están relacionadas con el objetivo de obtener un campo entre el rotor y el estator de carácter senoidal y dependen del tipo de máquina síncrona:

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Máquina de polos salientes: Las máquinas de polos salientes tienen muchos polos (más de 4 polos) y baja velocidad. Su estator es cilíndrico y su rotor tiene polos salientes. Como alternadores se usan acopladas a turbinas hidráulicas (hidroalternadores) o a motores Diésel. Son máquinas de gran diámetro (así cabe un número elevado de polos) y, comparativamente, de pequeña longitud axial. Como el rotor está sometido a un campo magnético constante se puede fabricar de hierro macizo; aunque lo habitual es que, si bien el resto del rotor es de hierro macizo, los polos se construyan apilando chapas magnéticas. En las máquinas con polos salientes el entrehierro es variable para conseguir que el campo magnético se distribuya sinusoidalmente a lo largo del entrehierro. Estas máquinas pueden ser de eje horizontal o vertical.

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

Máquina de rotor liso: Son de gran potencia, pues la forma y rigidez del rotor permiten altas velocidades, por lo que el número de polos es de 2 ó 4. Son impulsados por turbinas de gas y vapor. Se les denomina turboalternadores cuando actúan como generador. En estas máquinas tanto el estator como el rotor son cilíndricos, por lo que su entrehierro es uniforme. Como alternadores se usan acopladas a turbinas térmicas (turboalternadores). Al girar muy rápido los conductores del rotor sufren una fuerte fuerza centrífuga. Por esta razón, los conductores del rotor se colocan en ranuras (donde están mejor sujetos que en las bobinas de los polos salientes) y el diámetro del rotor es pequeño, lo que disminuye la fuerza centrífuga sobre estos conductores. Además, el hecho de que tengan pocos polos hace que estos quepan en un rotor de diámetro reducido. Por lo tanto, son máquinas de pequeño diámetro y gran longitud axial. Estas máquinas son de eje horizontal y su rotor se fabrica de hierro macizo, lo que le da una mayor resistencia mecánica.

Principios de operación de las maquinas síncronas. La operación de un generador síncrono o alternador se basa en la ley de Faraday de inducción electromagnética y un generador síncrono trabaja de manera muy semejante a un generador de corriente continua, en el que la generación de Fem. Se logra por medio del movimiento relativo de entre conductores y un flujo magnético. Al colocar una espira dentro de un campo magnético y hacerlo girar, sus lados cortaran las líneas de fuerzas de campo, induciéndose entonces una fuerza electromotriz (fem) que se puede verificar entre los extremos del conductor de forma de espira. Se comprueba que la fem es alterna. Las dos partes básicas de una máquina síncrona son la estructura del campo magnético, que lleva un devanado excitado por corriente continua y la armadura. La armadura tiene con frecuencia un devanado trifásico en el que se genera la Fem. de corriente alterna. Casi todas las máquinas síncronas modernas tienen armaduras estacionarias y estructuras de campo giratorias. El devanado de corriente continua sobre la estructura giratoria del campo se conecta a una fuente externa por medio de anillos deslizantes y escobillas. Algunas estructuras de campo no tienen escobillas, sino que tienen excitación sin escobillas por medio de diodos giratorios.

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Como generador: Una turbina acciona el rotor de la máquina sincrónica a la vez que se alimenta el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua. El entrehierro variable (máquinas de polos salientes) o la distribución del devanado de campo (máquinas de rotor liso) contribuyen a crear un campo más o menos senoidal en el entrehierro, que hace aparecer en los bornes del devanado estatórico (devanado inducido) una tensión senoidal. Al conectar al devanado inducido una carga trifásica equilibrada aparece un sistema trifásico de corrientes y una fuerza magneto motriz senoidal.

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Como motor: En este caso se lleva la máquina síncrona a la velocidad de sincronismo, pues la máquina síncrona no tiene par de arranque, y se alimentan el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro del rotor a la velocidad de sincronismo.

Clasificación de las maquinas síncronas. Generador síncrono El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. Principios de operación del generador. El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente

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variable que genera un flujo constante, pero que, al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. Rotor: También conocido como inductor, pues es la parte que induce el voltaje en el estator. El núcleo del rotor es construido de lámina troquelada de acero al silicio, material de excelentes características magnéticas, con la finalidad de evitar pérdidas por histéresis y corrientes parasitas. El yugo es una pieza continua con zapata polar, para así eliminar la dispersión del flujo por falsos contactos magnéticos. En la zapata polar se hacen barrenos para alojar el devanado amortiguador en jaula de ardilla, diseñado con el objeto de reducir armónicas en la forma de onda que entrega el generador. El rotor gira concéntricamente en la flecha del generador a una velocidad síncrona de 1800 revoluciones por minuto (RPM). Tipos de generadores síncronos La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su sistema de alimentación de corriente continua para la fuente de excitación situada en el rotor.

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

Excitación Independiente: Excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a través de un juego de anillos rozantes y escobillas. Por medio de una excitatriz auto excitada en derivación, con regulación de la corriente de excitación del alternador, a través del reóstato de campo de la excitatriz.



Excitatriz principal y excitatriz piloto: La máquina principal de continua tiene como bobinado de campo otra máquina de excitación independiente, accionada por el mismo eje. Excitación por medio de un grupo montado sobre el eje del alternador formado por una excitatriz principal auto excitada y de una dinamo elevadora piloto funcionando a tensión constante, que alimenta el arrollamiento de la excitatriz principal, sumando su tensión a la de la dinamo auto excitada principal.

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

Electrónica de potencia: Directamente, desde la salida trifásica del generador, se rectifica la señal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta directamente en continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas). El arranque se efectúa utilizando una fuente auxiliar (batería) hasta conseguir arrancar.

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

Sin escobillas, o diodos giratorios: La fuente de continua es un rectificador no controlado situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un generador situado también en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado desde un rectificador controlado que rectifica la señal generada por el giro de unos imanes permanentes situados en el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de alterna).

Aplicaciones. En la industria se utiliza la máquina sincrónica como generador en la mayoría de las centrales eléctricas y como motor cuando la potencia demandada es muy alta. El estator de una máquina sincrónica es similar al de una máquina de inducción polifásica. El núcleo del estator está troquelado (a menudo construido en sectores segmentados) con láminas de alta calidad con ranuras donde se colocan los devanados. Muchas máquinas sincrónicas de polos salientes están equipadas con devanados amortiguadores, los cuales consisten en un conjunto de barras de acero o latón puestas en los polos de las ranuras y conectadas entre sí. Los devanados amortiguadores sirven para efectos de estabilidad, son útiles por ejemplo para arrancar motores sincrónicos como motores de inducción, para amortiguar oscilaciones en el rotor, para reducir sobre voltajes en algunas condiciones de cortocircuito y ayudar en la sincronización de la máquina.

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Motor síncrono. Los motores síncronos son un tipo de motor eléctrico de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Los motores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante. Actualmente se han encontrado nuevos sistemas de arranque de los motores síncronos y nuevos diseños, por lo que el motor síncrono comienza a tener un nuevo auge. La máquina de tipo síncrona más extendida es el alternador:

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los motores síncronos debemos distinguir: 1. Los motores síncronos. 2. Los motores asíncronos sincronizados. 3. Los motores de imán permanente. Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se regula por medio de un reóstato. La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

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Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una red de 50 Hz, la máquina operará a 1.500 r.p.m.

Arranque de un motor trifásico síncrono. Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de motor: 1. 2. 3. 4.

Como un motor asíncrono. Como un motor asíncrono, pero sincronizado. Utilizando un motor secundario o auxiliar para el arranque. Como un motor asíncrono, usando un tipo de arrollamiento diferente: llevará unos anillos rozantes que conectarán la rueda polar del motor con el arrancador.

Arranque como motor asíncrono. Cuando el par de arranque que se precisa es pequeño o con carga limitada se recurre al motor síncrono de rotor polar y que dispone, además, de un bobinado amortiguador en cortocircuito que une las cabezas polares. En estas condiciones se conecta a la red el bobinado inducido que, al ser recorrido por la corriente alterna, creará un campo magnético giratorio con velocidad igual a la de sincronismo. El campo magnético cortará los conductores de la jaula amortiguadora induciendo en ellos una fuerza electromotriz que la pondrá en movimiento. La velocidad que lleve será muy próxima a la de sincronismo. Conectando el bobinado de la rueda polar a la excitación de corriente continua, tras unas oscilaciones de velocidad, el órgano móvil alcanzará la velocidad síncrona. Este procedimiento de arranque admite también todos los métodos de arranque expuestos anteriormente para los motores asíncronos, a fin de bajar el valor de la intensidad absorbida en el momento de la conexión a la red. En serie con el bobinado inductor suele conectarse una resistencia que, al tiempo que limita la corriente absorbida en el momento de la conexión a la red, ayuda al arranque, puesto que, al ser un arranque como motor asíncrono, el aumento de resistencias en el rotor favorece la puesta en marcha.

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Motor asíncrono sincronizado. Si se desea arrancar con fuertes cargas se recurrirá al empleo del motor denominado asíncrono sincronizado. El rotor de este motor es del tipo cilíndrico y en él se dispone un devanado trifásico de tres anillos colectores, como si fuera un motor de inducción de rotor bobinado. El motor asíncrono sincronizado se puede arrancar en carga como con motor asíncrono, teniendo conectados los bobinados del rotor al reóstato de carga, a través de los anillos colectores y conectado el estator a la red. Una vez que se tiene el motor funcionando a una velocidad próxima a la de sincronismo, se conmuta y se pasa a alimentar el rotor con corriente continua, con lo que se alcanza fácilmente la velocidad de sincronismo.

Arranque mediante motor de arrastre. Consiste en acoplar, al eje del motor síncrono, el eje de otro motor cuya velocidad de funcionamiento sea superior a la del motor síncrono que se quiere arrancar. Regulando el motor de arrastre de forma que su velocidad coincida con la de sincronismo del motor que deseamos arrastrar, sólo restará que, una vez alcanzada ésta, se suprima el motor de arrastre dejando al síncrono funcionando normalmente.

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Frenado de un motor trifásico síncrono. Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se realiza por medio de un reóstato. El motor síncrono cuando alcance el par crítico se detendrá, no siendo esta la forma más ortodoxa de hacerlo ya que produce un calentamiento del motor. El par crítico se alcanza cuando la carga asignada al motor supera al par del motor. La mejor forma de hacerlo es ir variando la carga hasta que la intensidad absorbida de la red sea la menor posible, entonces desconectaremos el motor. Otra forma de hacerlo, y la más habitual, es regulando el reóstato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el motor sin ningún riesgo. Hasta hace unos años el uso de los motores síncronos fue muy limitado debido al problema de arranque, si bien, en funcionamiento tiene más par que el asíncrono, además, el coseno de fi es uno en los síncronos. De todas formas, su uso se generalizó casi exclusivamente como alternadores para la producción de corriente alterna. En la actualidad debido a la aparición de otros tipos de motores síncronos y, sobre todo, al gran avance de la electrónica, el motor síncrono ha tenido un nuevo resurgimiento. Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria, la mayoría de las veces, resultan en ventajas económicas y operacionales considerables, debido a sus características de funcionamiento. Las principales ventajas son: 

Corrección del factor de potencia. Los motores sincrónicos pueden ayudar a reducir los costos de energía eléctrica y mejorar el rendimiento del sistema de energía, corrigiendo el factor de potencia en la red eléctrica donde están instalados. En pocos años, el ahorro de energía eléctrica puede igualarse al valor invertido en el motor.



Velocidad constante. Los motores sincrónicos mantienen la velocidad constante tanto en las situaciones de sobrecarga como durante momentos de oscilaciones de tensión, respetándose los límites del conjugado máximo (pull-out).



Alto rendimiento. En la conversión de energía eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor ahorro de energía. Los motores sincrónicos son

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proyectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de velocidad y para proveer un mejor aprovechamiento de energía para una gran variedad de cargas. 

Alta capacidad de torque. Los motores sincrónicos son proyectados con altos torques en régimen, manteniendo la velocidad constante, incluso en aplicaciones con grandes variaciones de carga.



Mayor estabilidad en la utilización con convertidores de frecuencia. Puede actuar en un amplio rango de velocidad, manteniendo la estabilidad independiente de la variación de carga (ejemplo: laminadoras, extrusoras de plástico, etc.).

Tipos más comunes de motores síncronos. En la actualidad los motores síncronos han sufrido un gran avance en cuanto a diseño destacando los motores síncronos sin escobillas (brushless en inglés). Aunque, en al principio, este tipo de motores era de tamaño reducido y sólo aplicable a aplicaciones electrónicas (motor para el movimiento de discos duros), en modelismo y pequeñas aplicaciones industriales o de laboratorio. Actualmente están apareciendo motores síncronos sin escobillas de potencia elevada e. incluso, están desplazando a los alternadores clásicos por el tipo de alternadores sin escobillas para generación de energía. Los motores más comunes son:    

Motor síncrono de imán permanente (PMSM motors). Motor de imán permanente sin escobillas o brushless (BLC motors). Motor de reluctancia variable (VRM motors). Motor paso a paso (steppers motors).

Motor síncrono con rotor asimétrico. Es posible realizar un motor síncrono que arranque sin ninguna fuerza exterior, como un asíncrono, sin necesidad de utilizar circuitos electrónicos complejos. El motor aquí propuesto es un tipo de motor síncrono con el rotor modificado geométricamente para producir un arranque directo, como en un asíncrono.

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Este tipo de motor puede arrancarse de manera directa, mediante contactores, por medio de arrancadores electrónicos progresivos o mediante un variador de frecuencia, con el fin de obtener diversas velocidades. Ventajas del motor síncrono asimétrico. El motor síncrono tiene bastantes ventajas respecto a los asíncronos, como ha quedado expuesto en el apartado en el que se habla de los motores síncronos. Como resumen se podría exponer que los motores síncronos tienen las siguientes ventajas:  



Factor de potencia 1. Esto elimina la necesidad de instalar baterías de condensadores para compensar el coseno de fi. Aumento de la potencia total. No existe pérdida de energía reactiva. Toda la potencia eléctrica del motor va a ser activa. Un motor síncrono va a tener una potencia activa de al menos un 15% más que otro asíncrono de la misma potencia eléctrica nominal debido a la ausencia de energía reactiva.

Aumento del par. El par o torque en los motores síncronos es mayor que en los asíncronos y también la estabilidad de velocidad ante cambios bruscos de carga.

El motor aquí propuesto tiene, además, la ventaja de su facilidad de arranque ya que puede ser arrancado con los mismos métodos que los utilizados en los motores asíncronos. El motor síncrono puede convertirse en generador cambiando los conjuntos de chapas que forman el rotor por imanes permanentes. Todo ello hace que este tipo de motor sea más eficiente, tenga más rendimiento y consuma menos energía que los homólogos asíncronos. Aplicaciones. 

Grúas y polipastos: El motor de corriente continua excitadora en serie es el que mejor se adapta a grúas y polipastos. Cuando la carga es pesada, el motor reduce su velocidad en forma automática y desarrolla un momento de torsión creciente, con el cual se reducen las cargas picos en el sistema eléctrico. Con cargas ligeras, la velocidad aumenta con rapidez, con el cual se logra una grúa que trabaja con más rapidez. El motor en serie también está bien adaptado para impulsar el puente de las grúas viajeras y también al carro que se mueva a lo largo del puente. Cuando solo se dispone de corriente alterna y no resulta económico convertirla, el motor de inducción del tipo de anillo deslizante, con control de resistencia externa, es el mejor tipo

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





de motor de corriente alterna. También se utilizan motores de jaula de ardilla con anillos extremos de alta resistencia, para producir un elevado momento de torsión al arranque (Motores clase D). Aplicaciones de los momentos de torsión constante. Las bombas de pistón, molinos, extrusores y batidoras pueden requerir un momento de torsión constante en toda su variedad de velocidad. Estas requieren un motor de inducción jaula de ardilla, diseño clase C o D que tienen un alto momento de torsión de arranque, para alcanzar su velocidad nominal. Cuando debe variarse la velocidad estando ya en movimiento el motor, puede usarse un motor de C.C de voltaje de armadura variable o un motor de inducción jaula de ardilla de frecuencia variable. Bombas centrífugas. El bajo WK2 y el bajo momento de torsión de arranque hacen que los motores jaula de ardilla diseño B de propósito general sean los preferidos para esta aplicación. Cuando se requieren un flujo variable, el uso de una fuente de potencia de frecuencia variable para variar la velocidad del motor, será favorable desde el punto de vista de la energía respecto al cambio de flujo por cierre de la válvula de control con el fin de incrementar la carga. Ventiladores centrífugos. Un WK2 alto requiere un motor de caja de ardilla diseño C o D de alto momento de torsión de arranque para que el ventilador adquiera su velocidad de trabajo en un periodo razonable de tiempo.

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Máquinas asíncronas. Motor monofásico. Este tipo de motor es muy utilizado en electrodomésticos porque pueden funcionar con redes monofásicas algo que ocurre con nuestras viviendas. En los motores monofásicos no resulta sencillo iniciar el campo giratorio, por lo cual, se tiene que usar algún elemento auxiliar. Dependiendo del método empleado en el arranque, podemos distinguir dos grandes grupos de motores monofásicos:  

Motor monofásico de inducción. Motor monofásico de colector.

Motor monofásico de inducción. El motor monofásico de inducción, es un motor de corriente alterna, que se caracteriza por tener un par de arranque moderado, este motor se conecta normalmente a una red monofásica de alumbrado o de fuerza, este se encuentra provisto de un arrollamiento auxiliar desplazado magnéticamente respecto al arrollamiento principal y conectado en paralelo con este último. Dentro de este primer grupo disponemos de los siguientes motores: a) Motor de fase partida. El motor de inducción de fase partida tiene dos devanados en el estator, desplazados 90°uno del otro. Uno de estos devanados, llamado embobinado principal, se devana con muchas vueltas de alambre. El otro, llamado embobinado auxiliar, o de arranque, se devana con muchas vueltas de alambre más delgado. El rotor puede ser del tipo ordinario de jaula de ardilla.

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Con el interruptor (S) en la posición de arranque, se hace fluir la C.A. monofásica de las líneas principales por dos pasos paralelos, uno que contiene el devanado principal y el otro el devanado auxiliar. Ambos embobinados son inductivos. Por lo tanto, las corrientes que pasan a través de ellos, se retrasan a la corriente de las líneas principales. Sin embargo, como el devanado auxiliar tiene una resistencia más alta que el devanado principal, la corriente que pasa por el embobinado auxiliar se retrasará menos que la que fluye por el embobinado principal. En consecuencia, existe una diferencia de fase entre las corrientes que pasan por los dos devanados, estableciendo así un campo magnético rotatorio que hace girar el rotor. Como el devanado auxiliar se enrolla con alambre delgado, no está diseñado para funcionamiento continuo. Por lo tanto, cuando el rotor alcanza unos tres cuartos (75%) de su velocidad máxima de marcha, un interruptor centrífugo (S), montado en la flecha del rotor, se mueve a la posición de marcha, desconectando el devanado auxiliar del circuito. El motor continúa funcionando como un motor monofásico de inducción.



Usos del motor de inducción de fase partida: Los motores de fase partida vienen en tamaños de potencias con caballajes fraccionales, tienen un moderado momento de arranque con una corriente de arranque medianamente baja. Se utiliza en equipos que no necesitan momentos de arranque muy altos, como ventiladores, secadores y bombas centrifugas; Se fabrican en potencias de 1/30 (25 W) a ½ HP (373 W).

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b) Motor con capacitor de arranque. En este motor, se conecta un capacitor (C) en serie con el embobinado auxiliar. El propósito de este capacitor es el de reducir aún más la diferencia de fase entre la corriente que fluye en esa rama del circuito y la corriente de la línea. La diferencia de fase entre las dos ramas se aumenta en esta forma elevando, por tanto, el par de torsión de arranque del motor. Como en otros tipos de motores de fase partida, cuando el rotor adquiere unos tres cuartos de su velocidad máxima de marcha, el interruptor centrífugo (S) se mueve a la posición de marcha, desconectando así el embobinado auxiliar y el capacitor del circuito. Entonces, el motor sigue funcionando como monofásico de inducción.



Usos del motor con capacitor de arranque: Los motores con arranque por capacitor son más costosos que los de fase partida y se utilizan en aplicaciones en las cuales se requiera un alto par de arranque. Aplicaciones típicas de tales motores son los compresores, las bombas, los equipos de aire acondicionado y otros equipos que deban arrancar con carga.

c) Motor con arranque por repulsión. Se trata de un motor monofásico cuyo principio de arranque es diferente del que emplean los de fase partida. Su estator se asemeja al del motor ordinario de (CC). Su rotor, también, se parece a la armadura del motor de (CC): núcleo de tipo de tambor y embobinado, conmutador y escobillas. Sin embargo, las escobillas no se conectan a la línea; se conectan entre sí.

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Cuando fluye corriente por el embobinado del estator, se induce una corriente por el embobinado del rotor. En consecuencia, se establecen polos magnéticos en el rotor, de manera muy similar a los polos que se desarrollan en el rotor del motor de inducción. Ajustando las posiciones de las escobillas sobre el conmutador, se pueden cambiar los polos magnéticos del rotor a posiciones ligeramente fuera de línea con los polos similares del estator. La repulsión entre los polos similares hace girar al rotor, arrancando de esta manera, el motor. Cuando el rotor alcanza, unos tres cuartos de su velocidad máxima de marcha, un dispositivo centrífugo montado en la flecha del rotor, pone en corto circuito completo al conmutador. Entonces, el rotor se asemeja al tipo jaula de ardilla y el motor continúa funcionando como si fuera de inducción directa.



Usos del motor con arranque por repulsión: Los motores de este tipo tienen pares de torsión de arranque bastante buenos. Se utilizan para accionar aparatos como refrigeradores, bombas, compresores y otros semejantes.

d) Motor con capacitor de arranque y uno de marcha. El capacitor de marcha es usado en los motores para mejorar su eficiencia, disminuir la corriente de operación, disminuir el ruido y mejorar el factor de potencia. Si se escoge adecuadamente el valor del capacitor, tal motor tendrá un campo magnético rotacional uniforme para alguna carga específica y se comportará

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como un motor trifásico de inducción en ese punto. Tal diseño se llama motor de capacitor dividido permanente o motor de capacitor de arranque y de marcha. Los motores de capacitor dividido permanente son más sencillos que los motores de arranque por capacitor puesto que no requieren interruptor de arranque. Para cargas normales son más eficientes y tienen un factor de potencia más alto y par más suave que los motores de inducción monofásicos corrientes.

e) Motor de polos sombreados. En este tipo de motores el rotor es del tipo jaula de ardilla y el estator tiene polos salientes, cada polo está provisto de su propia bobina de excitación, en este tipo de motores el flujo magnético se desarrolla de una forma distinta que en los motores con dos devanados (Auxiliar y principal). Un polo es un polo magnético que esta físicamente dividido o seccionado y que tiene pequeños segmentos rodeando con una bobina “sombreada” en corto circuito. La corriente alterna de la alimentación monofásica que circula a través del devanado de campo, produce un flujo alterno, parte del flujo a través de cada polo se eslabona con la bobina sombreada; esta bobina produce el flujo en la posición sombreada para pasar por detrás de la porción de polo “no sombreada” esto da un efecto, un movimiento de flujo a través de la cara del polo, y bajo la influencia de este flujo en movimiento, se desarrolla al par de arranque. Tan pronto como el rotor inicia su rotación bajo la influencia del par de arranque, se crea un par adicional creado por la acción del motor de inducción monofásico. Por lo tanto, el motor se acelera a una velocidad ligeramente debajo de la velocidad síncrona y opera como un motor de inducción monofásico.

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

Usos del motor de polos sombreados: El par de arranque de un motor de polos sombreados es muy pequeño y por lo tanto se usa solo para accionar pequeños ventiladores, relojes, eléctricos, secadores de pelo y otras aplicaciones similares, por lo general sus capacidades se encuentran en una potencia de salida que oscila entre 1 y 50 W (0.001 a 0.07 HP) y para estos valores tan bajos de potencia requerida la eficiencia es raramente un problema. Sin embargo, debido a sus grandes pérdidas, este tipo de motores trabajan siempre a altas temperaturas, incluso sin realizar ningún tipo de esfuerzo. Las grandes maquinas bipolares y cuadripolares utilizan simples arranques de laminación circular con bloques encada uno de los polos de los anillos sombreado (en algunos casos el “anillo” es de hecho rectangular).

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Motor monofásico de colector. a) Motor universal. Si se aplicara corriente alterna monofásica a los motores de corriente continua (CC) teóricamente funcionarían ya que los polos de la bobina de campo y la armadura se invertirían en fase con las inversiones en el flujo de la corriente. En el motor de embobinado en serie, los devanados del campo y la armadura están conectados en serie, y fluye la misma corriente por cada uno. Por lo tanto, el cambio de polaridad en el campo y el cambio en los devanados de la armadura se encuentran en “fase”. Este tipo de motor funcionará indistintamente con C.A. o C.C. En este motor, todas las partes de hierro son laminadas, para reducir las corrientes de eddy y se emplean menos vueltas en los devanados, de suerte que sus impedancias serán bastante bajas para que fluya corriente suficiente. El motor tiende a funcionar más rápido con C.C. que con C.A., porque la reactancia inductiva que se presenta cuando se aplica la última, reduce la corriente de la línea.



Control de velocidad de los motores universales La mejor manera de controlar la velocidad de un motor es variar el valor rms de su tensión de entrada. Cuando más alto sea esta tensión, mayor será la velocidad resultante de este motor. En la practica la tensión promedio aplicado a este motor varia con uno de los circuitos SCR, o TRAC. La función específica de los SCR es comandar la tensión que se le aplica al motor para controlar su velocidad de funcionamiento. Como se dice anteriormente entre más cercase dispara el SCR mayor tensión alcanzará el motor.

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

Usos del motor universal: Servicio ligero, como el funcionamiento de aspiradoras, ventiladores y otros aparatos similares.

Conclusiones: Se observa que los motores monofásicos de inducción requieren de un impulso inicial para después mantenerse en funcionamiento constante, esto no sucede en los motores polifásicos debido a que el campo magnético se encuentra en movimiento, sin embargo, en los hogares los motores eléctricos son necesarios, pero no se cuenta con corrientes trifásicas, es por esta necesidad y carencia que se hizo preciso resolver el problema del motor que funcione con corriente de una sola fase. Se tendrá un campo magnético rotatorio para que las líneas de flujo del campo magnético atraviesen las espiras, para lograr lo anterior consiste en el uso de un embobinado auxiliar para lograr el desfase de una corriente adicional y un capacitor para aumentar dicho desfase.

Motor trifásico. Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases. Además, el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse, invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.

Constitución del motor trifásico. A nivel constructivo, un motor trifásico consta de una parte fija y una parte móvil, cuyos componentes elementales destacamos en la figura.

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El circuito magnético del motor consta de una parte fija, otra móvil y el espacio entre ambas o entrehierro. La parte fija o estator consiste en un anillo cilíndrico compuesto por chapas magnéticas prensadas y ajustado a presión en la carcasa. En la superficie interna del anillo están las ranuras que alojan los devanados. El circuito eléctrico del estator consiste en tres devanados independientes alojados en sus correspondientes ranuras. La parte giratoria o rotor puede girar concéntrica al estator y consiste en un cilindro formado también por chapas magnéticas prensadas con ranuras en su periferia. Entre los tipos más utilizados se distinguen:  

Rotor en jaula de ardilla (rotor en cortocircuito). Rotor bobinado (rotor de anillos).

El rotor de jaula de ardilla. El nombre de jaula de ardilla dado a este tipo de rotor corresponde a la similitud de forma entre una jaula de las que se utilizaban (o utilizan aún) para encerrar una ardilla y la que tendría el rotor sin su núcleo de plancha magnética. Las planchas magnéticas (de 0'4 a 0'5 mm de espesor) que formarán el empilado del rotor se troquelan con unos orificios periféricos, cuya forma varía según los casos, que una vez encarados en el empilado dan un paso cilíndrico que sustituye las clásicas ranuras de los rotores bobinados. Por las ranuras obtenidas pasan unas barras de cobre o aluminio que tienen su misma sección y que sobresalen un poco por ambos extremos del empilado. Estos conductores de cobre o aluminio se cierran sobre dos anillos del mismo metal que reciben el nombre de tapas del rotor. Para motores de pequeña potencia se construyen inducidos en los cuales tanto las barras como los anillos extremos (tapas) se obtienen inyectando aluminio fundido que ocupa totalmente el interior de las ranuras y el molde a partir del cual se

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obtienen los anillos. Suele aprovecharse el mismo proceso (moldeado por inyección) para obtener en uno o en ambos anillos unas masas salientes que actúan de aletas de ventilación. Constitución de un rotor en jaula de ardilla:

1. Plancha magnética vista, frontalmente. 2. Barra de cobre introducida en una ranura. 3. Anillos de cobre que cierran las barras de cobre en cortocircuito. Los rotores de jaula pueden ser de distintos tipos que se distinguen fundamentalmente por la forma de sus ranuras. Así, podemos hablar del rotar normal de barra redonda, del rotor de ranura profunda, del rotor con barras en forma de cuña y del rotor de doble barra o de doble jaula, como también se llama.

Lo que se pretende conseguir con estos tipos especiales es una disminución de las corrientes elevadas que proporcionan los motores de jaula en el momento del arranque, circunstancia que es su principal defecto. Los tres tipos especiales (barras inclinadas, ranura profunda y doble jaula) ofrecen la particularidad de trabajar con barras cuya resistencia es mayor en la periferia del rotor que en las capas más profundas.

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La mayor resistencia de las zonas periféricas se debe a haber empleado un material de mayor resistencia que en las capas profundas, o a haber dado a la barra una sección decreciente. Con este reparto irregular de la resistencia se consigue que la parte profunda sea más intensamente afectada por el flujo de autoinducción, tanto por estar más rodeada de hierro (que concentra las líneas de fuerza) como por verse rodeada (esta parte inferior que bien podemos comparar con la barra interior del rotor de doble jaula) por su propio flujo y el que le llega de la parte periférica (barra exterior en el caso de la doble jaula): Cuando el inducido está todavía parado y conectamos el estator a la red, las corrientes que afectan los conductores de este inducido tienen la misma frecuencia que podemos medir en la línea. Por tanto, la autoinducción en el rotor será muy

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elevada, lo que motiva una reactancia inductiva que es mayor donde mayor es el campo. Esta circunstancia se da en las capas más profundas de los conductores especiales o' en la doble jaula. En cambio, la parte exterior, a pesar de ofrecer una autoinducción menor, presenta mayor resistencia óhmica, resultando que, en el arranque, la jaula tiene una gran resistencia, lo que hace disminuir, como ya hemos dicho, las corrientes del estator.

Averías en el rotor de jaula de ardilla. Naturalmente la avería de barras flojas solamente se presenta en los motores de jaula de ardilla o motores de rotor en cortocircuito. Como ya sabemos, en estos motores las barras que constituyen el bobinado rotórico se ponen en cortocircuito uniéndolas por sus extremos mediante dos aros de cobre (o de aluminio, en otros casos). Si una o varias de estas barras se aflojan y no hacen buen contacto con los aros frontales de sujeción, el motor no puede marchar con normalidad y, en algunos casos, no gira. Barras de rotor flojas

Las señales características de esta avería son: a) Ruido del motor al girar. b) Escasa potencia desarrollada. c) Continuo chispeo que se produce entre las barras y los aros frontales. La localización de esta avería se realiza por medio del zumbador y la hoja de sierra; la hoja de sierra vibra cuando está situada sobre las barras no averiadas. En algunos casos también puede localizarse esta avería por simple inspección manual. El remedio a esta avería es afianzar nuevamente la soldadura de las barras flojas sobre los anillos frontales de sujeción.

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En la practica el poder realizar cualquier reparación en el rotor es casi improbable por hallarse las barras fundidas con los aros laterales y todo esto formando un cuerpo equilibrado dinámicamente.

Rotor bobinado. El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto circuito. A estos motores se les conoce con los nombres de motores trifásicos de rotor bobinado de colector de anillos. Los motores de rotor bobinado tienen el mismo estator que los de jaula de ardilla, pero el rotor lleva un devanado trifásico también, de cobre o aluminio, contado en estrella por uno de los extremos, y los otros van unidos a un anillo cada uno, montados sobre una base aislante, dando lugar a un colector de anillos (en vez de delgas). Sobre los anillos apoyan las escobillas para sacar estos terminales al exterior y llevarlos a la placa de bornes o placa de conexión. Las letras normalizadas para estos extremos son u, v, w, pero siempre con minúsculas para no confundirlas con las del estator.

El motor de rotor bobinado tiene la gran ventaja de que, mediante un reóstato exterior (R), se puede regular la resistencia del inducido, y así hacer arranques escalonados, donde R2 sea igual a d X2 en cada momento, para obtener pares máximos. Tienen frente a los de jaula de ardilla los inconvenientes de ser más caros, y de ser mayor el mantenimiento y número de posibles averías.

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Motores de rotor bobinado: el devanado retórico es exactamente igual y tiene el mismo número de fases que el devanado del estator. Posee unos anillos en su eje que permiten la conexión del rotor a un circuito exterior. Son más caros que los motores de jaula de ardilla. El rotor devanado se compone de un núcleo con tres devanados en lugar de las barras conductoras del rotor jaula de ardilla. En este caso, las corrientes se inducen en los devanados en la misma forma que lo harían las barras encorto circuito. Sin embargo, la ventaja de usar devanados consiste en que las terminales se pueden sacar a través de anillos colectores, de modo que, al conectar una resistencia, la corriente que pasa por los devanados, se puede controlaren forma eficaz.

El campo giratorio del estator induce un voltaje alterno encada devanado del rotor. Cuando el rotor esta estacionario, la frecuencia del voltaje inducido en el rotor es igual al de la fuente de alimentación. Si el rotor gira en el mismo sentido que el campo giratorio del estator, disminuye la velocidad a la que el flujo magnético corta el devanador del rotor. El voltaje inducido y sus frecuencias bajaran también. Cuando el rotor gira a la misma velocidad y en el mismo sentido que el campo giratorio del estator, el voltaje inducido y la frecuencia caen a cero. (el rotor está ahora en velocidad síncrona). Por el contrario, si el rotor es llevado a la velocidad síncrona, pero en sentido opuesto al del campo giratorio del estator, el voltaje inducido y sus frecuencias serán el doble de los valores que se tienen cuando el rotor está parado si los devanados del rotor están en corto circuito, el voltaje inducido producirá grandes corrientes en los devanados. Para suministrar esta corriente en el rotor, la corriente del estator debe aumentar por encima del nivel ordinario de la corriente de excitación. La potencia en los devanados del rotor debe ser suministrada por los devanados del estator. Por lo tanto, deba suceder lo siguiente: 

Cuando el motor está parado o a baja velocidad las corrientes de rotor, las del estator y el par serán elevadas.

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 

A la velocidad síncrona, la corriente del rotor y el par serán cero y el estator solo llevara la corriente de excitación. A cualquier velocidad del motor las corrientes y el par desarrollado tomaran valores entre ambos extremos.

Una característica del motor de rotor devanado, es su capacidad para operar a velocidades variables. Si se hace variar la resistencia del reóstato, se puede variar el desplazamiento y, por lo tanto, la velocidad del motor. En estos casos, la operación del motor a una velocidad menor que la plena significa que este funciona a una eficiencia y potencias reducidas, además el motor se hace más susceptible a variaciones en velocidad cuando la carga varia, debido a la alta resistencia del rotor. En un motor de inducción con rotor devanado, las resistencias externas pueden conectarse al motor por medio de las escobillas y anillos, conforme se varia el valor de las resistencias cambian las condiciones de funcionamiento, a mayor resistencia en el rotor, tendremos un incremento en el par de arranque de la máquina, sin embargo, el tener la resistencia conectada de manera permanente produce perdidas que disminuyen la eficiencia de la máquina.

Magnitudes mecánicas y eléctricas en los motores trifásicos. Los factores más importantes para la valoración y selección de los motores es el factor de potencia (cos φ), el rendimiento (η), la intensidad de la corriente (I), la tensión (V), la frecuencia de giro (n), y la potencia (P).

Velocidad de giro. En los motores suele indicarse la velocidad de giro o frecuencia de giro, que es el número de revoluciones del rotor en un tiempo determinado. Es frecuente tomar el tiempo transcurrido como un minuto. 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑜 =

𝑁𝑜. 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑣𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜.

El símbolo de la velocidad de giro es “ns”. 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑓) =

1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 (1) 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 1

Velocidad de giro= n dada en R.P.M. 𝑛𝑠 =

60𝑠 ∗ 𝑓 = 𝑅𝑃𝑀 1𝑚𝑖𝑛

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En las máquinas eléctricas se suele indicar la frecuencia de giro n, en R.P.M. En aplicaciones técnicas se emplean diversos instrumentos para medir la frecuencia de giro. El más sencillo es el tacómetro de mano, con el que puede medirse directamente la frecuencia de giro, conectando simplemente el instrumento al eje de la máquina. La rotación se transmite mediante un embrague de goma o una ruedecilla.

Par. Se genera un momento de giro cuando una fuerza se aplica fuera del centro de giro de un cuerpo. El producto de la fuerza F (medida en Newton) por un radio r (medida en metros) del brazo de palanca se denomina par M de la fuerza. Par: Símbolo M 𝑀 =𝐹∗𝑟 [𝑀] = 𝑁 ∗ 𝑚 Cuando los pares de giro a la derecha y los de giro a la izquierda son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio, o sea, en reposo. Si los dos pares son diferentes, la palanca girará en el sentido del par mayor. En las máquinas eléctricas rotativas, también se representan por pares.

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En el estator se origina un campo magnético de flujo φ. El rotor se compone de un tambor de hierro dulce magnético, con muescas o ranuras en las que se insertan los conductores. Potencia. La potencia mecánica de los motores se expresa, ya sea en caballos de fuerza (HP) o en Kilowatts. La relación entre estas cantidades está dada por la expresión:

𝐻𝑃 =

𝑘𝑖𝑙𝑜𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 0.746

Estas medidas cuantifican la cantidad de trabajo que un motor es capaz de desarrollar en un periodo especifico de tiempo. Dos son los factores importantes que determinan la potencia mecánica de salida en los motores: el par y la velocidad. Se define la potencia como el cociente del trabajo W (medido en Joule) por el tiempo t (medido en segundos); la ecuación de la potencia es: 𝑃=

𝑊 𝑡

Donde:   

P es la potencia, en vatios [W]. W es el trabajo en joules [J]. T es el tiempo que se emplea para efectuar el trabajo, en segundos [s]

Se mide generalmente en joules por segundo (watts), pero también puede medirse en el sistema inglés en libra pie por segundo (lb p/s) o en caballos de fuerza (HP). Un caballo de fuerza es la unidad de potencia igual a 746 watts o 3300 lb-pie por minuto o 550 lb- pie por segundo. Un Watt (vatio), es la unidad base de la potencia eléctrica, en los motores grandes la potencia se indica en Kilowatts (Kw), por ejemplo, la salida de un motor de 5 HP es 3.73 Kw, ya que:

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Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definen como: 1 HP 1 kW 1 kW

= = =

747 W 1.34 HP 1000 W

=

0.746 kW

Pares de polos. Una barra de un imán consta de dos polos: Norte (N) y Sur (S), también puede decirse que la barra de un imán consta de un par de polos.

La frecuencia siempre viene registrada en los datos de placa de características del motor, y debido a que la misma depende del número de polos, es relativamente fácil calcular el número de éstos, a partir de la frecuencia. La ecuación para calcular el número de polos de una máquina rotativa es la siguiente: 𝑝 = 𝑁𝑜. 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 =

120 ∗ 𝑓 𝑛

Y para calcular los pares de polos la ecuación es: 𝑃=     

𝑁𝑜. 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 120 ∗ 𝑓 60 ∗ 𝑓 = = 2 2𝑛 𝑛

P es el número de pares de polos “no tiene unidades de medida”. p (es el número de polos) “no tiene unidades de medida”. f es la frecuencia eléctrica en Hz. n es la velocidad de giro en rad/s. 120 y 60 son constantes.

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Campos de los motores asíncronos trifásicos

Por ejemplo: el siguiente motor muestra cuatro polos o dicho de otra forma dos pares de polos.

Rendimiento. En la transformación de energía, por ejemplo, en un convertidor, aparecen efectos secundarios que no son intencionados, pero tampoco evitables. Así, la corriente calienta los hilos del devanado; el material del núcleo y los polos se calientan también por magnetización. Además, aparecen rozamientos de cojinetes y corrientes de aire. La cantidad de energía desperdiciada en los efectos secundarios se designa como pérdidas. Solo una parte de la energía primitiva se transforma en la energía deseada; otra parte se transforma en pérdidas de energía, generalmente como calor.

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En general, la relación entre utilización y consumo se designa como rendimiento h. Si se compara la potencia de salida (potencia utilizable) con la potencia de entrada (potencia aplicada), el rendimiento o eficiencia es la relación entre potencia de salida y potencia de entrada. Es importante que ambas potencias deben estar expresadas en las mismas unidades. ղ=   

𝑃𝑎𝑏 𝑃𝑧𝑛

η = rendimiento. Pab = potencia de salida. Pzn = potencia de entrada.

El rendimiento puede ser dado como un número decimal o en tanto por ciento (%). Como la potencia de salida es siempre menor que la potencia de entrada, el rendimiento es siempre menor que 1 o que el 100%. Consumidor Motor de corriente trifásica 1 kW Motor de corriente alterna 100 W Transformador 1 kVA Calentador 100 W Lámpara de incandescencia 40 W

Rendimiento 0.80 0.50 0.90 0.95 0.015

Ejemplos de rendimiento

Ejemplo: un motor consume 5 kW de potencia eléctrica y produce 4 kW de potencia mecánica. ¿Cuál es su rendimiento? ղ=

𝑃𝑎𝑏 4𝑘𝑊 = = 0.8 𝑜 0.80 ∗ 100 = 80% 𝑃𝑧𝑛 5𝑘𝑊

Tensiones de servicio. Los distintos tipos de motores dependerán eléctricamente de las tensiones a las cuales las diferentes redes de distribución estén normalizadas a servir; los voltajes secundarios normalizados en el sistema de la Empresa Eléctrica, es exclusivo para 120/240 voltios, monofásicos 3 alambres, corriente alterna, 60 Hz. Tensión nominal: Para los motores de inducción o motores asíncronos monofásicos, las tensiones pueden ser de 120 o 240 voltios y para motores asíncronos trifásicos las tensiones pueden ser variadas, por ejemplo: 220, 240, 380, 480 voltios, por mencionar algunos. Por lo general los motores asíncronos trifásicos pueden ser alimentados con tensiones que varíen con respecto al valor nominal

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indicado en placa, las tensiones de alimentación no pueden ser menores del 5%, ni mayores del 105% de la tensión nominal, ya que estas variaciones de tensión perjudican el buen funcionamiento del motor.

Deslizamiento. Ya se mencionó que los motores asíncronos no giran a la velocidad del campo magnético, llamada sincronía, sino que lo hacen a una velocidad muy próxima, se llama deslizamiento “S”, a la diferencia entre la velocidad de sincronismo ns y la del rotor n, expresada como un porcentaje de la velocidad de sincronismo: 𝑆=

𝑛𝑠 − 𝑛 ∗ 100 𝑛𝑠

Ejemplo: Un motor de 2 polos a 60 Hz tiene una velocidad a plena carga de 3,550 r.p.m., determinar el deslizamiento del mismo. 𝑆=

3600 − 3550 ∗ 100 = 1.39% 3600

Frecuencia de red (Hz). La frecuencia de la corriente alterna queda definida por la rapidez con la que se repite cada período; concretamente, la frecuencia mide el número de períodos comprendidos en un tiempo de t = 1 segundo. La frecuencia se representa por la letra f, y se mide en Hercios o Hertz, unidad que se suele representar por Hz. La frecuencia puede expresarse fácilmente, si en lugar de un tiempo cualquiera se toma el tiempo exacto T de un período. El número de ciclos será entonces 1.

Tensión de frecuencia 60 Hz

𝐹𝑟𝑒𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =

1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜

𝐹=𝑓=

1 𝑇

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Las frecuencias usuales son de 50 y de 60 Hz. El período T en segundos, es el tiempo que dura una revolución, una vuelta completa o un ciclo (es una oscilación completa de una tensión o una corriente alterna). Ciclo: la curva representada en la figura representa una oscilación. Después de los 360° la curva vuelve a empezar. Este fenómeno es, pues, periódico, ya que se repite cuando se suceden varias oscilaciones.

Corriente de arranque. La interdependencia entre todas las magnitudes (factor de potencia, cos φ, rendimiento η, tensión V, frecuencia f, frecuencia de giro n, intensidad I, potencia P, etc.) que influyen en los motores trifásicos, se presentan gráficas con curvas de carga (en función del par M) y curvas en función de la velocidad. Las características típicas para motores asíncronos trifásicos. De las características de carga se puede deducir el comportamiento del motor en vacío y cuando está cargado (con carga). El factor de potencia cos φ en vacío es muy pequeño, pues se precisa de muy poca potencia activa y predomina la potencia reactiva inductiva de los devanados. Al aumentar la carga también aumenta el factor de potencia, cos φ.

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. Cuando se habla de valores favorables se indica que tanto el rendimiento η como el factor de potencia cos φ, son grandes. Como al seguir aumentando la carga a partir de un determinado valor decrece el rendimiento y el aumento del factor de potencia es insignificante, el funcionamiento de régimen nominal se obtiene para aquel punto, en el que el producto del rendimiento η por el factor de potencia cos φ es máximo. Las características en función de la velocidad, muestran la dependencia de n, la intensidad consumida I y del par M. La curva que da el par en función de la frecuencia de giro, tiene una forma típica para las máquinas asíncronas trifásicas, con un pico (máximo) y un valle (mínimo).

Si el par resistente es mayor que el máximo de la curva la máquina no podrá vencerlo y se detendrá. La corriente I precisa para arrancar, es muy intensa e irá

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decreciendo rápidamente, al aumentar la velocidad. Las características trazadas en las gráficas pertenecen a un motor asíncrono trifásico con rotor de barras redondas.

Las máquinas de inducción de este tipo presentan un par de arranque reducido y una corriente de arranque IA de 7 a 10 veces la corriente nominal IN.

La corriente de arranque IA es la corriente demandada en el momento exacto de hacer funcionar a el motor y la corriente nominal es la corriente indicada en la placa de características del motor. 𝐼𝐴 = 7 ∗ 𝐼𝑁 y puede llegar hasta 𝐼𝐴 = 10 ∗ 𝐼𝑁 Por ejemplo: Si un motor asíncrono trifásico en su placa de características indica una corriente nominal de 10 amperios, el valor de la corriente de arranque puede llegar a valores de: 𝐼𝐴 = 7 ∗ 𝐼𝑁 = 7 ∗ 10𝐴 = 70𝐴 𝐼𝐴 = 10 ∗ 𝐼𝑁 = 10 ∗ 10𝐴 = 100𝐴 Se concluye que la corriente de arranque puede estar entre 70 a 100 amperios. Se utilizan varios métodos para reducir corrientes de arranque elevadas, corrientes dañinas a la vida del motor, ya que estas debilitan a los embobinados. Uno de los métodos para reducir la corriente de arranque es por medio del arranque estrella – delta como se muestra en la figura, como puede verse en la gráfica, la corriente de arranque en estrella (IA, Y) es menor que la corriente en delta (IA, ∆).

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Factor de potencia. En corriente alterna la potencia no se puede obtener como en corriente continua como el producto de la intensidad I por la tensión V, debido al desfase existente entre ambas. Si se mide el valor de la potencia de una máquina eléctrica de corriente alterna CA, durante su funcionamiento, con un vatímetro se comprueba que dicho valor resulta diferente del obtenido multiplicando la intensidad de corriente, medida con un amperímetro, por la tensión, medida con un voltímetro. El vatímetro indica la potencia real, mientras que el producto de I*V indica la potencia llamada aparente (S). El factor de potencia o factor de eficacia es el cociente de ambas potencias, se denomina cos φ (coseno de fi), y es adimensional (no tiene dimensiones). Se tiene: Factor de potencia = cos φ = Potencia real / Potencia aparente El valor del ángulo existente entre la intensidad y la tensión de una corriente alterna, se distingue entre: 1. Potencia real o activa: cuya expresión general es: 𝑝𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉 ∗ cos 𝜑, se mide en vatios [watts].

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2. Potencia aparente: Dada por la fórmula: 𝑆𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐼 ∗ 𝑉, se mide en Volt x Amperios [VA]. 3. Potencia reactiva: Es obtenida del diagrama mostrado en la siguiente figura, al considerar la potencia aparente como la resultante de la potencia real o activa [W] y está dada por la fórmula: 𝑄𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉𝑥 ∗ sin 𝜑, que se mide en Volt x Amperios reactivos [VAr].

La potencia aparente S es la resultante de la suma geométrica de la potencia activa y de la reactiva por medio del teorema de Pitágoras, como sigue: 12002= 6002 + 10422. La relación entre la potencia reactiva Q y la potencia aparente S, se llama factor de inducción factor de inducción factor de inducción factor de inducción factor de inducción. En la corriente senoidal coincide con el sen φ. El valor máximo para el factor de potencia (cos φ) es 1, obteniéndose este valor, cuando la potencia activa P es igual a la potencia aparente S.

Conexión de motor trifásico. Por lo general todo tipo de motor eléctrico, consta de una bornera donde se encuentran las puntas de las bobinas del motor. Los motores trifásicos traen normalmente 3, 6, 9 y 12 puntas y en casos especiales pueden tener más salidas de conexión.

Placa de características. Todo motor trifásico, ha sido diseñado para ser conectado a un sistema de alimentación trifásico de corriente alterna; las conexiones necesarias se realizan a la bornera de cada motor. Las conexiones dependerán del diseño del motor, y de la tensión de alimentación; ambas especificadas en la placa de características del motor. En dicha placa se muestran también los tipos de conexiones para el motor trifásico, como se ve en la figura siguiente. Utilidad de los datos de placa para una mejor instalación y mantenimiento.

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Las placas de datos o de identificación de los motores suministran una gran cantidad de información útil sobre diseño y mantenimiento. Esta información es particularmente valiosa para los instaladores y el personal electrotécnico de la planta industrial, encargado del mantenimiento y reemplazo de los motores existentes. Durante la instalación, mantenimiento o reemplazo, la información sobre la placa es de máxima importancia para la ejecución rápida y correcta del trabajo. En la publicación NEMA MG1, sección 10.38, se expresa que los siguientes datos deben estar grabados en la placa de identificación de todo motor eléctrico: Razón social del fabricante, tipo, armazón, potencia en HP, designación de servicio (tiempo), temperatura ambiente, velocidad en r.p.m., frecuencia en Hz., número de fases, corriente de carga nominal en Amperes, voltaje nominal en Volts, letra clave para rotor bloqueado, letra clave de diseño, factor de servicio, factor de potencia, designación de sus rodamientos y clase de aislamiento. Además, el fabricante puede indicar la ubicación de su fábrica o servicio autorizado, etc. Casi todos los datos de placa se relacionan con las características eléctricas del motor, de manera que es importante que el instalador o encargado de mantenimiento sea ingeniero electricista o técnico electricista calificado, o bien un contratista especializado en estos trabajos.

Enseguida se describe la información grabada normalmente en una placa de datos de un motor eléctrico. Información principal: 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. 2. Tipo (TYPE): Combinación de letras, números o ambos, 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 (MODEL): Datos adicionales de identificación del fabricante. 4. Potencia (HP): La potencia nominal (HP) es la que desarrolla el motor en su eje cuando se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factor de servicio de 1.0.

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5. Armazón (FRAME): La designación del tamaño del armazón es para identificar las dimensiones del motor. Si se trata de una armazón normalizada por la NEMA incluye las dimensiones para montaje (que indica la norma MG1), con lo cual no se requieren los dibujos de fábrica. 6. Factor de servicio (SV FACTOR): Los factores de servicio más comunes son de 1.0 a 1.15. Un factor de servicio 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 servicio de 1.15 (o cualquier mayor de 1.0), el motor puede hacerse trabajar hasta una potencia mecánica igual a la nominal multiplicada por el factor de servicio sin que ocurran daños al sistema de aislamiento. Sin embargo, debe tenerse presente que el funcionamiento continuo dentro del intervalo del factor de servicio hará que se reduzca la duración esperada del sistema de aislamiento. 7. Amperaje (AMPS): Indica la intensidad de la corriente eléctrica que toma el motor al voltaje y frecuencia nominales, cuando funciona a plena carga (corriente nominal). 8. Voltaje (VOLTS): Valor de la tensión de diseño del motor, que debe ser la 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 (INSUL): Se indica la clase de materiales de aislamiento utilizado en el devanado del estator. Son sustancias aislantes sometidas a pruebas para determinar su duración al exponerlas a temperaturas predeterminadas. La temperatura máxima de trabajo del aislamiento clase B es de 130 grados centígrados; la de la clase F es de 155 grados centígrados y la de la clase H es de 180 grados centígrados. 10. Velocidad (RPM): Es la velocidad de rotación (rpm) del eje del motor cuando se entrega la potencia nominal a la máquina impulsada, con el voltaje y la frecuencia nominales aplicados a las terminales del motor (velocidad nominal). Nota.- Esta velocidad también se le conoce como velocidad asíncrona en el caso de los motores eléctricos de inducción tipo rotor jaula de ardilla asíncronos. 11. Frecuencia (HERTZ): Es la frecuencia eléctrica (Hz) del sistema de suministro para la cual está diseñado el motor. Posiblemente ésta también funcione con otras frecuencias, pero se alteraría su funcionamiento y podría sufrir daños. 12. Servicio (DUTY): En este espacio se graba la indicación “intermitente” o “continuo”. Esta última significa que el motor puede funcionar las 24 horas los 365 días del año, durante muchos años. Si es “intermitente” se indica el periodo de trabajo, lo cual significa que el motor puede operar a plena carga durante ese tiempo. Una vez transcurrido éste, hay que parar el motor y esperar a que se enfríe antes de que arranque de nuevo. 13. Temperatura ambiente (°C): Es la temperatura ambiente máxima (°C) a la cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Si la

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temperatura ambiente es mayor que la señalada, hay que reducir la potencia de salida del motor para evitar daños al sistema de aislamiento. 14. Número de fases (PHASE): Número de fases para el cual está diseñado el motor, que debe concordar con el sistema de suministro. 15. Clave de KVA (KVA): En este espacio se inscribe el valor de KVA que sirve para evaluar la corriente máxima (de avalancha) en el arranque. Se especifica con una letra clave correspondiente a un intervalo de valores de KVA/hp, y el intervalo que abarca cada letra aparece en la norma NEMA MG1-10.36. Un valor común es la clave G, que abarca desde 5.6 hasta menos de 6.3 KVA/hp. Es necesario comprobar que el equipo de arranque sea de diseño compatible, y consultar si la empresa suministradora de energía eléctrica local permite esta carga en su sistema. 16. Diseño (DESIGN): En su caso, se graba en este espacio la letra de diseño NEMA, que especifica los valores mínimos de par mecánico de rotación a rotor bloqueado, durante la aceleración y a la velocidad correspondiente al par mecánico máximo, así como la corriente irruptiva máxima de arranque y el valor máximo de deslizamiento con carga. Estos valores se especifican en la norma NEMA MG1, secciones 1.16 y 1.17. 17. Cojinetes (SE BEARING) (EO BEARING): En los motores que tienen cojinetes antifricción, éstos se identifican con sus números y letras correspondientes de designación conforme a las normas de la Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA). Por tanto, los cojinetes pueden sustituirse por otros del mismo diseño, pues el número AFBMA incluye holgura o juego del ajuste del cojinete, tipo retención, grado de protección (blindado, sellado, abierto, etc.) y dimensiones. Se indican el extremo hacia el eje (SE, shaft end) y el extremo opuesto (EO, end opposite) en los cojinetes del árbol (flecha). 18. Secuencia de fases (PHASE SEQUENCE): El que se incluya la secuencia de fases en la placa de identificación de datos permite al instalador conectar, a la primera vez, el motor para el sentido de rotación especificado, suponiendo que se conoce la secuencia en la línea de suministro. Si la secuencia en la línea es A-B-C, los conductores terminales se conectan como se indica en la placa. Si la secuencia es AC-B, se conectan en sentido inverso al ahí señalado. Comúnmente las conexiones externas no aparecen en las placas de identificación de motores de una velocidad y de tres conductores. Sin embargo, en motores con más de tres conductores, sí aparecen dichas conexiones. En la placa de motores de doble velocidad (motores de polos consecuentes) se indican las conexiones para alta velocidad y para baja velocidad. 19. Eficiencia (EFF): En este espacio figura la eficiencia nominal NEMA del motor, tomada de la tabla 12-4 de la norma MG-12.53b. Este valor de eficiencia se aplica a los motores de tipo estándar, así como a los de

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eficiencia superior. Para los de alta eficiencia (energy – efficient) se indicará este dato. 20. Factor de potencia o coseno de φ (POWER FACTOR): Es la razón entre la potencia activa medida en kilowatts que demanda el motor y la potencia aparente medida en kilovoltsamperes que demanda el motor. Si el factor de potencia inscrito en la placa de datos del motor fuera menor al especificado como mínimo aceptable por la empresa suministradora de energía eléctrica entonces se procederá a calcular la cantidad de potencia reactiva capacitiva para seleccionar el capacitor que se deberá conectar a las terminales del motor y así quede corregido su factor de potencia.

Procesos de conexión del motor trifásico. Los devanados del estator de los motores asíncronos trifásicos pueden conectarse de dos formas distintas, en estrella o en delta (triángulo). En la mayor parte de los motores de este tipo, y sobre todo a partir de potencias medianas, los terminales de sus devanados son accesibles en la placa de bornes del motor. Esto nos permite elegir en cada caso, la forma de conexión más adecuada dependiendo de las características externas a las cuales vaya a ser acoplado eléctricamente. En las figuras se puede apreciar la conexión de los terminales de las bobinas y la forma de conexionado de la estrella y el triángulo sobre la placa de bornes de un motor. Los motores que permiten la conexión en estrella o en triángulo, presentan en su placa de características las especificaciones eléctricas de su régimen de funcionamiento y tensiones de alimentación admisibles para cada una de las formas de conexión.

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La tensión menor corresponde al triángulo y la tensión mayor a la estrella. En el triángulo la tensión entre fases cae directamente sobre cada una de las bobinas del estator, mientras que en la conexión en estrella sus devanados están alimentados con una tensión igual a la tensión de la red dividida por √3. Por ejemplo, para red de 220 V, es preciso un motor de 220/440 V. Este motor permite la conexión en triángulo hasta 220 V y la conexión en estrella hasta 440 V, ya que la tensión máxima que pueden mantener cada una de las bobinas entre sus bornes es de 220 V. Arranque de motores. En la puesta en tensión de los motores asíncronos, sobre todo los motores de jaula de ardilla, si ésta se realiza en un sólo tiempo (arranque directo), la punta de intensidad es muy elevada, del orden de 4 a 8 veces la intensidad nominal en los casos más desfavorables. El par en el momento de la puesta en tensión también es elevado, con lo cual, éste procedimiento no es el adecuado si se necesita un arranque lento y progresivo. En aquellos motores en los que sus características constructivas no permiten este arranque directo, es necesario recurrir a un dispositivo que permita alimentar inicialmente el estator del motor con tensión reducida. Las soluciones utilizadas con mayor frecuencia son: el arranque estrella-triángulo, el arranque estatórico por resistencias y el arranque con autotransformador. Cada una de estas soluciones tienen sus ventajas e inconvenientes. El sistema utilizado más frecuentemente es el arranque estrella-triángulo, cuyo análisis desarrollaremos con detalle en los temas posteriores.

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Sentido de giro. Cuando un motor trifásico ha de ser instalado o desmontado para efectuar una revisión pueden invertirse las conexiones de las fases. En estas condiciones cambia el sentido de giro del motor.

Al intercambiar las fases estamos alterando el desfase que existía entre la señal que alimentaba el motor a través de dos de sus cables, con lo cual estamos modificando el sentido de giro del campo magnético, y por tanto el sentido de giro del motor. Para evitar este problema es habitual el uso de conductores revestidos con colores característicos por cada una de las fases. También existen en el mercado unos aparatos especiales que permiten comparar los desfases entre dos conductores y que nos aseguran con toda fiabilidad el correcto montaje y sentido de giro de los receptores a los que se alimente.

Instalación de motores eléctricos. Máquinas eléctricas deben ser instaladas en locales de fácil acceso para inspección y mantenimiento. Si la atmósfera ambiente fuera húmeda, corrosiva o contuviera sustancias o partículas inflamables es importante asegurar el correcto grado de protección. En ninguna circunstancia los motores podrán ser cubiertos por cajas u otras coberturas que puedan impedir o disminuir el sistema de ventilación y/o la libre circulación del aire durante su funcionamiento. La distancia recomendada entre la entrada de aire del motor (para motores con ventilación externa) y la pared debe quedar en torno de ¼ del diámetro de la abertura de la entrada del aire.

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Fundaciones (soportes). Las fundaciones donde será colocado el motor deben ser planas y, si posible, exentos de vibraciones. Se recomienda, por este motivo, una fundación de concreto. El tipo de fundación escogido dependerá de la naturaleza del suelo en el local de montaje, o de la resistencia de los pisos. En el dimensionamiento de las fundaciones del motor debe ser considerado el hecho de que el motor puede, ocasionalmente, ser sometido a un torque mayor que el torque nominal. Si este dimensionamiento no fuese ejecutado con criterio podrá ocasionar serios problemas de vibración del conjunto fundaciones-motor y máquina accionada. Bloques de hierro o de acero, placas con superficies planas y con dispositivos de anclaje, pueden ser fundidos en el concreto para recibir y fijar los pies del motor.

Tipos de bases. a) Bases deslizantes. En el accionamiento por poleas, el motor debe ser montado sobre bases deslizantes (rieles), para garantizar que las tensiones sobre las correas sean apenas lo suficiente para evitar el deslizamiento durante el funcionamiento y también para no permitir que trabajen torcidas, lo que provocaría daños a los apoyos de los cojinetes. El riel más próximo de la polea motora es colocado de forma que el tornillo de posicionamiento quede entre el motor y la máquina accionada. El otro riel debe ser colocado con el tornillo en la posición opuesta cono muestra la figura. El motor es atornillado en los rieles y posicionado en la base. La polea motora es entonces alineada de forma que su centro esté en el mismo plano de la polea a ser movida, y los ejes del motor y de la máquina estén paralelos. Después del alineamiento los rieles son fijados, conforme muestra abajo:

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b) Pernos. Dispositivos para la fijación de motores directamente en la fundación cuando los mismos requieren acoplamiento elástico. Este tipo de acoplamiento es caracterizado por la ausencia de esfuerzos sobre los rodamientos y de costos reducidos. Los pernos no deben ser pintados ni estar oxidados pues esto sería perjudicial a la adherencia del concreto y provocaría el aflojamiento de los mismos.

c) Base Metálica. Cuando una base metálica es utilizada para ajustar la altura de la punta del eje del motor con la punta del eje de la máquina, debe ser nivelada en la base de concreto. Después de la base haber sido nivelada, los pernos apretados y los acoplamientos verificados la base metálica y los pernos son concretados.

Alineamiento La máquina eléctrica debe estar perfectamente alineada con la máquina accionada, especialmente en los casos donde el acoplamiento es directo. Un alineamiento incorrecto puede causar defectos en los rodamientos, vibraciones y hasta ruptura del eje.

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Acoplamiento. a) Acoplamiento directo. Siempre se debe preferir el acoplamiento directo, debido a su menor costo, reducido espacio ocupado, ausencia de deslizamiento (correas) y mayor seguridad contra accidentes. En el caso de transmisión con reducción de velocidad, es común también el acoplamiento directo a través de reductores. Cuidados: Alinear cuidadosamente las puntas de eje, usando acoplamiento flexible, siempre que sea posible, dejando una luz mínima de 3 mm entre los acoplamientos. (GAP).

b) Acoplamiento por engranajes. Acoplamiento por engranajes mal alineados, dan origen a sacudidas qué provocan vibraciones en la propia transmisión y en el motor. Es imprescindible, por lo tanto, que los ejes queden en perfecto alineamiento, rigurosamente paralelos en el caso de engranajes rectos, y en el ángulo correcto en el caso de engranajes cónicos o helicoidales. El encaje prefecto podrá ser controlado con la inserción de una tira de papel, en la cual aparezca después de una vuelta, el negativo de todos los dientes.

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c) Acoplamiento por medio de poleas y correas. Cuando una relación de velocidad es necesaria, la transmisión por correa es frecuentemente usada.

MONTAJE DE POLEAS: Para el montaje de poleas en puntas de eje con chavetero y agujero rosqueado en la punta, la polea debe ser encajada hasta la mitad del chavetero apenas con el esfuerzo manual del operador. Para ejes sin agujero rosqueado, se recomienda calentar la polea cerca de 80 ºC.

Debe ser evitado el uso de martillos para el montaje de poleas y rodamientos, para evitar marcas en la pista de los rodamientos. Estas marcas, inicialmente son pequeñas, crecen durante el funcionamiento y pueden evolucionar hasta dañar totalmente el rodamiento. El posicionamiento correcto de la polea es el siguiente.

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FUNCIONAMIENTO: se deben evitar los esfuerzos radiales desnecesarios en los cojinetes, situando los ejes paralelos entre si y las poleas perfectamente alineadas.

Debe ser evitado el uso de poleas demasiado pequeñas porque estas provocan flexiones en el eje del motor, debido al hecho de que la tracción en la correa aumenta a medida que disminuye el diámetro de la polea.

Correas que trabajan lateralmente mal alineadas, transmiten golpes de sentido alternado al rotor, pudiendo dañar los apoyos del cojinete. El patinado de la correa podrá ser evitado con aplicación de un material resinoso, como brea, por ejemplo. La tensión de la correa deberá ser apenas suficiente para evitar el patinado en funcionamiento.

Mantenimiento preventivo de un motor de corriente alterna. El mantenimiento preventivo ha adquirido una enorme importancia, ya que, al considerarlo como parte de la conservación de los equipos, con un enfoque a la productividad, permite obtener mayores y mejores beneficios. Se trata de

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diagnosticar el estado que tiene un equipo antes de que falle, y de esta manera evitar su salida de producción, o bien contar con las técnicas de reparación apropiadas cuando hubiera que hacer esta función. El mantenimiento preventivo abarca todos los planes y acciones necesarias para determinar y corregir las condiciones de operación que puedan afectar a un sistema, maquinaria o equipo, antes de que lleguen al grado de mantenimiento correctivo, considerando la selección, la instalación y la misma operación. El mantenimiento preventivo bien aplicado disminuye los costos de producción, aumenta la productividad, así como la vida útil de la maquinaria y equipo, obteniendo como resultado la disminución de paro de máquinas. Las actividades principales del mantenimiento preventivo son: a) Inspección periódica con el fin de encontrar las causas que provocarían paros imprevistos. b) Conservar la planta, anulando y reparando aspectos dañinos cuando apenas comienzan. Para llevar un control de los resultados, se utiliza un registro de equipo, además de que auxilia de un programa de mantenimiento preventivo.

Fallas posibles en su instalación. Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el motor. Es posible que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial; sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor. Las rodamientos o baleros comenzarán a fallar, los engranes están expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presenta una sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del aislamiento. Los problemas en baleros y rodamientos son una de las causas más comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranes o piñones, son causas de fallas mecánicas. Por otro lado, se debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración. Así mismo, una incorrecta alimentación de voltaje al motor, puede reducir la vida o causar una falla rápida si la desviación del voltaje es excesiva. Un voltaje bajo soporta una corriente mayor que la normal. Si el voltaje decrece en una forma brusca, se presenta una corriente excesiva que sobrecalienta al motor. Un voltaje alto en la línea de alimentación a un motor reduce las pérdidas, pero produce un

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incremento en el flujo magnético, con un consecuente incremento de las pérdidas en el entrehierro.

Lubricación. Para la buena lubricación se debe utilizar el aceite o grasa recomendado, en la cantidad correcta. Hay que quitar o expulsar toda la grasa vieja antes o durante la aplicación de la grasa nueva. El espacio total para grasa se debe llenar al 50% de su capacidad para evitar sobrecalentamiento por el batido excesivo. Para los cojinetes lubricados con aceite, suele ser suficiente un aceite para máquinas de buena calidad. Hay que comprobar el nivel y la libre rotación de los anillos después de poner en marcha el motor. Precaución para el manejo de lubricantes. Debido al riesgo de que entren pequeñas partículas de suciedad en los rodamientos, debe de considerase que:   

La grasa o aceite deben de almacenarse en contenedores cerrados, con el fin de que se mantengan limpios. Las grasas y aceiteras deben limpiarse antes de ponerles lubricante, para evitar que contaminen a los rodamientos. Debe evitase una lubricación excesiva de los rodamientos de bolas y rodillos, ya que puede resultar en altas temperaturas de operación, en un rápido deterioro de material lubricante, y una falla prematura de los rodamientos.

Ruido. En los últimos años, se ha dedicado creciente atención a la medición y la reducción del ruido producido por los motores eléctricos. En el área industrial ese interés está relacionado con la también creciente preocupación por los efectos ambientales del ruido y la respectiva legislación sobre la comodidad sonora. Se debe tener en cuenta que no basta especificar el valor bajo de ruido para el motor, a fin de conseguir un ambiente con poco ruido. Muchas veces, el equipo accionado representa una contribución mayor a la incomodidad sonora que el motor, por ser una fuente de mayor intensidad sonora, o por su distribución de frecuencias.

Clasificación del mantenimiento preventivo. El mantenimiento preventivo consiste en una serie de trabajos que es necesario desarrollar para evitar que maquinaria pueda interrumpir el servicio que proporciona, básicamente, se divide en tres elementos fundamentales: a) Selección.

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El mantenimiento empieza en la selección del motor. El grado de selección y aplicación incorrecta de un motor puede variar ampliamente, por lo que es necesario, que se seleccione correctamente el tamaño apropiado del motor de acuerdo a la carga. b) Instalación. Los errores en la instalación de los motores pueden ser una de las causas de falla. Algunas ocasiones, el tamaño de los tomillos o anclas de montaje y sujeción no es el apropiado, o bien se tienen problemas de alineación; lo que conduce a problemas de vibraciones con posibles fallas en los rodamientos o hasta en el eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan de fundamental importancia para evitar problemas mecánicos y eventualmente eléctricos. c) Montaje. Es posible que se seleccione correctamente al motor para su carga inicial, y que su instalación haya sido adecuada, sin embargo, un cambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, se manifestará como una sobrecarga en el motor. Las rodamientos o baleros comenzarán a fallar, los engranes están expuestos a presentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipo de fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presenta una sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida del aislamiento. Los problemas en baleros y rodamientos son una de las causas más comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea de éstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bien errores en la aplicación de engranes o piñones, son causas de fallas mecánicas. Por otro lado, se debe hacer un correcto balanceo dinámico para evitar problemas de vibración. Una carga excesiva puede llevar rápidamente a una falla en el motor.

Inspección. La mayoría de los problemas comunes que presentan los motores eléctricos se pueden detectar por una simple inspección, o bien efectuando algunas pruebas. Este tipo de pruebas se les conoce como pruebas de diagnóstico o de verificación, se inician con la localización de fallas con las pruebas más simples, y, el orden en que se desarrollan normalmente tiene que ver con el supuesto problema.

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Aislamientos. Para los motores es primordial e insustituible el uso de aislantes, puesto que en sus propiedades se sabe que no son conductores de la electricidad, por lo que es de suma importancia su aplicación, ya que es necesario que el motor solo tenga contacto magnético y no eléctrico en algunas partes como entre los mismos devanados, es decir cada espira está aislada eléctricamente de las otras.

Vibraciones. Hay tendencia a asociar la vibración del motor al equilibrio de sus partes giratorias. Aunque es verdad que un desequilibrio del rotor propicia la vibración del motor, un motor equilibrado puede vibrar por diversas razones.

Elementos rotatorios. Cuando las rodamientos o cojinetes de un motor están desgastados, se produce un descentramiento del rotor del motor, y, debido a que el entrehierro (espacio de aire entre rotor y la armadura del estator) es normalmente un espacio muy pequeño, este descentramiento produce en ocasiones un roce mecánico entre el rotor y el estator, con lo cual se origina un deterioro en los devanados. Este tipo de falla se puede reconocer observando las marcas producidas por el roce entre el rotor y el estator. Cuando ocurre este problema de rodamientos desgastados, es probable que el motor no funcione, o, si lo hace, probablemente haga ruido, producido por el roce mecánico; debido a esto, se debe vigilar que no exista juego de la flecha sobre los rodamientos, para esto se intenta mover en el sentido vertical el extremo libre de la flecha o eje, es decir, el del lado de accionamiento. Cuando existe juego vertical, es señal de que el rodamiento o la misma flecha están desgastadas, y entonces habrá que sustituir uno u otro. El tratamiento que se da a los cojinetes ovaría ligeramente, dependiendo de su tipo, ya que éstas pueden ser: de tipo deslizante o de rodillos o rodamientos de bolas.

Selección del tipo de cojinete. Generalmente, cuando debe remplazarse un rodamiento, es recomendable seleccionar uno precisamente igual, ya que depende de las características del motor; sin embargo, los criterios de selección de los cojinetes son: a) Cojinetes de desplazamiento: Rodamientos deslizantes fijos o chumaceras. Se utilizan generalmente en motores que giran a velocidades relativamente bajas.

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Cojinetes deslizantes macizos. Son los más utilizados en motores eléctricos existen de dos tipos: 



Tipo manguito. - No tienen posibilidades de ajuste, y suelen presentar problemas cuando no se les mantiene bien lubricados. Son fabricados en tamaños estándares, lo que facilita su reemplazo. Tipo casquillo. - Tienen una pequeña conicidad en el exterior para proporcionar un ajuste por el desgaste.

Cojinetes deslizantes partidos. Se utilizan con frecuencia en máquinas más grandes, que operan a velocidades menores. Se ajustan, generalmente, por medio de calzas.

b) Cojinetes de rodamiento: Rodamientos radiales: 

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Rodamientos de bolas. - Tienen un bajo coeficiente de fricción y se adaptan a altas velocidades. Pueden absorber cargas radiales y de empuje, de medianas a altas. Pueden ser con un diseño de una fila para cargas de ligeras a medinas, y de dos filas para cargas pesadas. No se pueden ajustar. Rodamientos de bolas de contacto angular y de una fila. - Están diseñados para altas cargas radiales, de un alto empuje en una dirección y para alta velocidad. Rodamientos de bolas de contacto angular y doble fila. - Soportan altas cargas radiales y de empuje en una y otra dirección. Adecuados para alta velocidad. Rodamientos de rodillos. - Cuando es necesario soportar cargas pesadas a velocidades de medianas a altas. Rodamientos de rodillos cilíndricos. - Están diseñados para altas cargas radiales, a velocidades de medianas a altas. Pueden ser de uno o dos elementos rotatorios. Rodamientos autoalineantes de doble fila. - Pueden absorber cargas radiales muy altas, y cargas de empuje axial moderadas en ambas direcciones. Tienen dos hileras de rodillos ya sea esféricos o de barril. Rodamientos de rodillos cónicos. - Son capaces de absorber altas cargas radiales y de empuje a velocidades moderadas. La posibilidad de ajuste se hace versátil. Se fabrican de una, dos, o cuatro filas. Rodamientos de agujas. - Estos fabricados de largos rodillos cilíndricos de pequeño diámetro. Se utilizan cuando se requiere una mayor superficie de apoyo y se tiene un espacio limitado. Están diseñados para cargas radiales y velocidades moderadas.

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Rodamientos axiales o de empuje. 

Rodamientos de empuje de bolas. - Están diseñados para cargas de empuje medianas a altas, en velocidades moderadas. No se les puede aplicar carga radial. Existen dos clases de rodamientos de empuje rodillos:  Cilíndricos. - Están diseñados para altas cargas de empuje a baja velocidad. No se les puede aplicar carga radial.  Esféricos. - Pueden absorber altas cargas de empuje y cargas radiales moderadas a bajas velocidades.

Equipos de prueba para mantenimiento preventivo. Los aparatos e instrumentos utilizados en la detección de fallas y reparación de motores eléctricos son muy variados, como: el multímetro, el megaóhmetro, el termómetro, comparador de carátula y nivel de burbuja, y otros aparatos que están expresamente diseñados para estas operaciones, como son: la lámpara de prueba, las brújulas, el zumbador o Growler y el tacómetro. Las pruebas de detección de fallas en motores eléctricos se pueden hacer en campo o en un taller, pero las reparaciones eléctricas se hacen normalmente en los talleres eléctricos, por lo que en éstos aparatos deben existir como mínimo.

Fallas en motores eléctricos análisis de causas y defectos de fallas en motores eléctricos. EFECTO Motor no consigue arrancar.

Bajo par de arranque.

            

POSIBLES CAUSAS Falta de tensión en los bornes del motor. Baja tensión de alimentación. Conexión equivocada. Numeración de los cables cambiadas. Carga excesiva. Platinera abierta. Capacitor dañado. Bobina auxiliar interrumpida. Conexión interna equivocada. Rotor fallado. Rotor descentralizado. Tensión abajo de la nominal. Frecuencia abajo de la nominal.

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         Corriente en vacío alta.            Corriente alta en carga.      Resistencia de aislamiento baja.      Calentamiento de los  descansos.            Alto nivel de ruido.  Par máximo bajo.

Frecuencia arriba de la nominal. Capacitancia abajo de la especificada. Capacitores conectados en serie al revés de Paralelo. Rotor fallado. Rotor con inclinación de barras arriba del Especificado. Rotor descentralizado. Tensión abajo de la nominal. Capacitor permanente abajo del especificado. Entrehierro arriba del especificado. Tensión arriba del especificado. Frecuencia abajo del especificado. Conexión interna equivocada. Rotor descentralizado. Rotor arrastrando. Rodamientos con defecto. Tapas con mucha presión o mal encajada. Chapas magnéticas sin tratamiento. Capacitor permanente fuera del especificado. Platinera / Centrífugo no abren. Tensión fuera de la nominal. Sobrecarga. Frecuencia fuera de la nominal. Correas muy estiradas. Rotor arrastrando en el estator. Aislantes de ranura dañados. Cables cortados. Cabeza de bobina rozando en la carcasa. Presencia de humedad o agentes químicos. Presencia de polvo sobre el bobinado. Ventilación obstruida. Ventilación menor. Tensión o frecuencia fuera del especificado. Rotor arrastrando. Rotor fallado. Estator sin impregnación. Sobrecarga. Rodamiento con defecto. Arranques consecutivos. Entrehierro abajo del especificado. Capacitor permanente inadecuado. Conexiones equivocadas. Desbalanceo.

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     

Vibración excesiva.

          

Eje tuerto. Alineación incorrecta. Rotor fuera de centro. Conexiones equivocadas. Cuerpos extraños en el entrehierro. Objetos detenidos entre el ventilador y tapa deflectora. Rodamientos gastados. Combinación de ranuras inadecuadas. Aerodinámica inadecuada. Rotor fuera de centro. Desbalanceo en la tensión de la red. Rotor fallado. Conexiones equivocadas. Rotor desbalanceado. Rotor arrastrando. Eje tuerto. Uso de grupos fraccionarios en bobinaje de motores monofásicos de capacitor permanente.

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Bibliografía. Máquinas eléctricas, Stephen J. Chapman, Ed. Mc Graw Hill 3 ed. Electricidad para técnicos, Abraham Marcus, Ed. Diana1 ed. http://www.etsit.upm.es Módulo No.: 10, Instalación y mantenimiento de motores eléctricos trifásicos, código: mt.3.4.2-45/04, edición 01, intecap. Biblioteca practica de motores eléctricos. Tomo 1 y Tomo 2, R. J. Lawrie, Editorial OCEANO/CENTRUM. Motores eléctricos, selección, aplicación y mantenimiento, Catálogo Técnico de Industrias IEM.

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