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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE BACHILLER
“ESTUDIO DE LA EFICIENCIA DEL CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN, EN
LA EJECUCIÓN DEL MONTAJE DE RODAMIENTOS DE MOTORES
ELÉCTRICOS DE 5 HP HASTA 2500 HP, AREQUIPA - PERÚ, 2019”
Presentado por el Egresado:
LEONCIO GUMERCINDO LIMA MAMANI
Para optar el Grado Académico de Bachiller
en Ingeniería Mecánica
Asesor: Mgter. Juan pablo Apaza Condori
AREQUIPA - PERÚ
2020
2
EPÍGRAFE
Según Jerry C. Whitaker (2008), en su libro A.C. Termal Power Systems
Handbook, 2da. Edition, indica que, “el enfriamiento cuando una maquina está
trabajando a una cierta temperatura 0z mayor que la temperatura ambiente 0o,
y es desconectada (o se deja en vacío), su temperatura comenzará a
descender hasta alcanzar el equilibrio térmico con el ambiente. La evolución
que sigue la temperatura a lo largo del tiempo se llama curva de enfriamiento”.
3
ÍNDICE
RESUMEN……………………………………………………………………...…….06
ABSTRACT…………………………………………………….……………………..07
INTRODUCCION ......……………………………………………………………….08
RESULTADOS
1. Metodología del trabajo…………………………………………………………..09 1.1 Líneas de trabajo……………………………………………………………..09
1.2 Campo de verificación…………………………….....................................10
1.3 Estrategia de recolección de datos………………………………………...10
2. Resultados de los trabajos de campo…………………………………………..14
ANÁLISIS DE INFORMACIÓN (DISCUSIÓN)…………………………………....38 CONCLUSIONES ……………………………………………………………………47 SUGERENCIAS……………………………………………………………………...48 PROPUESTA…………………………………………………………………………49 REFERENCIAS ...……………………………………………………………………53
ANEXOS
Proyecto de Trabajo de Investigación……………………………………………. 55
Fichas técnicas…………………………………………………………………….. 137
Matrices de sistematización de datos…………………………………………… 140
4
INDICE DE TABLAS
Pág.
TABLA N° 1 ...................................................................................... 14
TABLA N° 2 ...................................................................................... 15
TABLA N° 3 ...................................................................................... 16
TABLA N° 4 ...................................................................................... 17
TABLA N° 5 ...................................................................................... 18
TABLA N° 6 ...................................................................................... 19
TABLA N° 7 ...................................................................................... 20
TABLA N° 8 ...................................................................................... 21
TABLA N° 9 ...................................................................................... 22
TABLA N° 10 .................................................................................... 23
TABLA N° 11 .................................................................................... 24
TABLA N° 12 .................................................................................... 25
TABLA N° 13 .................................................................................... 26
TABLA N° 14 .................................................................................... 27
TABLA N° 15 .................................................................................... 28
TABLA N° 16 .................................................................................... 29
TABLA N° 17 .................................................................................... 30
TABLA N° 18 .................................................................................... 31
TABLA N° 19 .................................................................................... 32
TABLA N° 20 .................................................................................... 33
TABLA N° 21 .................................................................................... 34
TABLA N° 22 .................................................................................... 35
TABLA N° 23 .................................................................................... 36
TABLA N° 24 .................................................................................... 37
5
INDICE DE GRÁFICOS
Pág.
GRÁFICO Nº 01 ............................................................................... 14
GRÁFICO Nº 02 ............................................................................... 15
GRÁFICO Nº 03 ............................................................................... 16
GRÁFICO N° 04 ............................................................................... 17
GRÁFICO N° 05 ............................................................................... 18
GRÁFICO N° 06 ............................................................................... 19
GRÁFICO N° 07 ............................................................................... 20
GRÁFICO N° 08 ............................................................................... 21
GRÁFICO N° 09 ............................................................................... 22
GRÁFICO N° 10 ............................................................................... 23
GRÁFICO N° 11 ............................................................................... 24
GRÁFICO N° 12 ............................................................................... 25
GRÁFICO N° 13 ............................................................................... 26
GRÁFICO N° 14 ............................................................................... 27
GRÁFICO N° 15 ............................................................................... 28
GRÁFICO N° 16 ............................................................................... 29
GRÁFICO N° 17 ............................................................................... 30
GRÁFICO N° 18 ............................................................................... 31
GRÁFICO N° 19 ............................................................................... 32
GRÁFICO N° 20 ............................................................................... 33
GRÁFICO N° 21 ............................................................................... 34
GRÁFICO N° 22 ............................................................................... 35
GRÁFICO N° 23 ............................................................................... 36
GRÁFICO N° 24 ............................................................................... 37
6
RESUMEN
Sabemos que las principales causas de fallas en transmisiones mecánicas de
máquinas eléctricas rotativas, son el deterioro, el desgaste y el mal
funcionamiento de los rodamientos, durante su funcionamiento y operación, por
lo cual su cambio y montaje, deben cumplir con características que garanticen
su disponibilidad y larga vida útil durante su funcionamiento.
En nuestro país, el sector industrial y minero, realizan trabajos de
mantenimiento mecánico y eléctrico, en sus plantas de producción, debido a
esta demanda técnica, es necesario garantizar un mantenimiento y montaje de
rodamientos en máquinas eléctricas rotativas, ya que son fundamentales en las
trasmisiones de energía mecánica.
De igual manera las actividades industriales necesitan de un continuo
mantenimiento de equipos, que les permitan optimizar sus procesos y servicios,
que prestan a la población. Los rodamientos son considerados un punto crítico
dentro de un mecanismo; por ello, dicho elemento debe mantenerse en
condiciones óptimas, para poder garantizar la transmisión de energía mecánica
de dicho equipo, el cual siempre debe ser el adecuado.
También hay que considerar al material humano, particularmente en el cálculo
de rebobinado de motores eléctricos, sobre todo cuando se cambian las
características de la carga o los parámetros, y poder garantizar una larga vida
útil del motor y economía a la empresa de la actividad industrial. Un problema
típico es una falla en bobinas de motores trifásicos que llevan muchos años.
La idea de esta investigación, fue la de realizar un estudio de la eficiencia del
calentamiento por inducción, como una contribución al procedimiento de la
ejecución del montaje de rodamientos de motores eléctricos de 5 HP hasta
2500 HP, en la ciudad de Arequipa.
Palabras claves: calentamiento, inducción, rodamientos, motores, eléctricos,
parámetros, montaje, transmisión.
7
ABSTRACT
We know that the main causes of failures in mechanical transmissions of
rotating electric machines, are the deterioration, wear and malfunction of the
bearings, during their operation and operation, so that their change and
assembly, must comply with characteristics that guarantee their availability
and long service life during operation.
In our country, the industrial and mining sector, perform mechanical and
electrical maintenance work, in its production plants, due to this technical
demand, it is necessary to guarantee maintenance and assembly of bearings
in rotary electric machines, since they are fundamental in the mechanical
energy transmissions.
Similarly, industrial activities need continuous maintenance of equipment,
which allows them to optimize their processes and services, which they
provide to the population. Bearings are considered a critical point within a
mechanism; therefore, said element must be kept in optimal conditions, in
order to guarantee the transmission of mechanical energy of said equipment,
which must always be adequate.
We must also consider human material, particularly in the calculation of
rewind of electric motors, especially when the characteristics of the load or
parameters are changed, and be able to guarantee a long life of the motor
and economy to the company of industrial activity . A typical problem is a
failure in three-phase motor coils that take many years.
The idea of this research was to conduct a study of the efficiency of induction
heating, as a contribution to the procedure of the execution of the assembly
of electric motor bearings from 5 HP to 2500 HP, in the city of Arequipa.
Keywords: heating, induction, bearings, motors, electrical, parameters,
assembly, transmission.
8
INTRODUCCIÓN
En los talleres de reparación los devanados representan un costo alto de
reparación, es por esta razón la singular importancia de hacer un buen cálculo
de espiras por unidad de bobina, sobre todo cuando el motor está sin bobinas, ni
placa de datos y estimar la cantidad en kilos de cobre a usar, para obtener una
idea del costo de reparación.
Por lo tanto es necesaria la capacitación del material humano en el
calentamiento por inducción en la ejecución de rodamientos de motores
eléctricos, el cálculo de rebobinado de motores eléctricos sobre todo cuando se
cambian las características de la carga o los parámetros y así garantizar una
larga vida útil del motor, y por supuesto economía a la empresa de la actividad
industrial.
Para determinar los resultados, se trató la metodología del trabajo, incluyendo
las líneas de trabajo, considerando las técnicas e instrumentos de recolección
de datos utilizados; así como el campo de verificación, especificando la
ubicación espacial y temporal, y las unidades de estudios investigadas; también
la estrategia de recolección de datos, finalizando con la presentación de los
resultados obtenidos y su interpretación objetiva.
Luego se presenta el análisis de información (discusión), de acuerdo a la
operacionalización de las variables, considerando el trabajo de campo, marco
teórico, experiencia y deducción propia, para luego elaborar las conclusiones,
dando a conocer el logro de los objetivos y la viabilidad de la hipótesis,
indicando algunas sugerencias que se deberían de hacer a partir de las
conclusiones; por último se presenta una propuesta del perfil de un
procedimiento que permita el ahorro del consumo de energía eléctrica, en la
producción industrial.
9
RESULTADOS 1. Metodología del trabajo
1.1 Líneas de trabajo
Nivel y tipo de investigación
El nivel de la investigación fue el explicativo, ya que trató de dar un
procedimiento de solución al problema planteado, y el tipo de
investigación es el de una investigación aplicada, ya que se utilizará los
resultados obtenidos, en la práctica, como una solución al problema.
Diseño de investigación
El diseño de la investigación es no experimental, con el estudio de
algunos casos reales, utilizando una estrategia de trabajo en el campo
donde se desarrollaron los hechos, lo que permitió lograr los objetivos
planteados.
Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Se utilizó la técnica de la observación, con fuentes primarias y datos
cuantitativos, que luego de la validación respectiva, se aplicaron de
acuerdo a la estrategia de recolección de datos indicada, teniendo
confiabilidad en los instrumentos para obtener los datos.
VARIABLE INDICADOR SUBINDICADOR TECNICA INSTRUMENTO
Sistema de calentamiento por inducción
eléctrica
Generador de corriente alterna
Espiras
Observación Ficha de
Observación Documental
Campo magnético
Bobina inductora
Tipos
Características
Montaje de rodamientos de motores eléctricos
Generaciones Estándares
Observación Ficha de
Observación de Campo
Temperaturas
Innovaciones
Durabilidad
Momento de fricción
10
Técnicas de análisis e interpretación de datos
Una vez aplicados los instrumentos, se sistematizaron los datos
obtenidos, procediendo luego al análisis e interpretación de los
resultados, para percibir las fortalezas y debilidades, que pudiera tener la
gestión de las unidades de estudio, consultando la teoría utilizada.
1.2 Campo de verificación
Ubicación espacial
La aplicación de los instrumentos de recolección de datos se realizó en
talleres que tienen relación con la eficiencia del calentamiento por
inducción, en la ejecución del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, en la ciudad de Arequipa - Perú.
Ubicación temporal
Los instrumentos de recolección de datos se aplicaron entre el 04 y 06
de diciembre del 2019, secuencialmente para las fichas de observación
documental y de campo, respectivamente.
Unidades de estudio
Para la variable “Sistema de calentamiento por inducción eléctrica”, se
utilizó la observación documental (10), a los manuales técnicos,
boletines informativos y datos estadísticos disponibles, sobre el
calentamiento por inducción eléctrica de motores eléctricos, disponibles
en talleres y entidades relacionadas, de la ciudad de Arequipa, 2019.
Para la variable “Montaje de rodamientos de motores eléctricos”, se
utilizó la observación de campo (10), a los procedimientos de montaje de
rodamiento de motores eléctricos de 2 HP hasta 2500 HP, realizados en
talleres de la ciudad de Arequipa, 2019.
1.3 Estrategias de recolección de datos
Organización
Se coordinó con los dueños y trabajadores, de talleres y entidades
relacionadas al montaje de motores eléctricos, de la ciudad de Arequipa.
11
Asimismo, con clientes personales e instituciones que de todas maneras
necesitan estos trabajos para su funcionamiento, seleccionadas en la
ciudad de Arequipa. Se puso énfasis en tener un amplio panorama
acerca de las distintas posiciones presentes en el montaje de motores
eléctricos, especialmente en empresas mecánicas e industriales,
considerando el apoyo conceptual y práctico, que han desarrollado
algunos autores y entidades, en años recientes. Se trató de establecer
un procedimiento que permita, particularmente a los talleres, en los que
este problema sea álgido, el logro de la eficiencia del calentamiento de
inducción, para el adecuado montaje de motores eléctricos, con lo que
se logró comprender de una manera más clara, lo que significa el uso de
este procedimiento innovador.
Limitaciones
El área de estudio sobre el montaje de motores eléctricos, se delimitó a
algunos talleres de la ciudad de Arequipa - Perú. La confiabilidad de los
resultados arrojados por la ficha de observación documental y de campo,
fueron en base a la veracidad y precisión de las observaciones. El
estudio de la propuesta, quedó sujeto a las personas encargadas de
llevar a cabo la estrategia de calidad en el servicio. La estrategia a
estudiar fue únicamente para un taller mediano, debido a que se adaptó
al tamaño y organización de la misma.
La mayor parte de las referencias a utilizar, no han sido aplicadas a
medianas empresas industriales relacionadas al ahorro del consumo de
energía eléctrica, por lo que resultó difícil adaptarla a éstas. Las
sugerencias que se hicieron, son desde un punto de vista técnico y
administrativo, para la correcta aplicación de las mismas y fue necesario
que personal especialista las revise. Teniendo en cuenta la delimitación
social, los talleres seleccionados, atienden a sectores de la población
ubicados en casi todos los niveles socioeconómicos del Cercado de la
ciudad de Arequipa, inclusive algunos de ellos trabajan como
intermediarios en el sistema relacionado al mantenimiento de motores
eléctricos, de empresas privadas.
12
Datos de la investigación
Se utilizó documentos reales, así como información de procedimientos
en el montaje de motores eléctricos, y para poder realizar con mayor
precisión y detalle el análisis estadístico, se utilizó el lenguaje de
programación del Excel, dentro del paquete informático del Office de
Microsoft, aprovechando las opciones de cálculo estadístico con
operaciones y fórmulas, así como los gráficos estadísticos respectivos.
En algunos casos también se utilizó la herramienta de las tablas del
Word.
Análisis de la información
Luego de sistematizar los datos que se obtuvieron de la realidad, se
procedió a realizar un análisis y discusión detenido de los resultados, de
tal manera de conocer lo más real posible, las fortalezas, amenazas,
debilidades y oportunidades de los talleres relacionados al montaje de
motores eléctricos, seleccionados para el trabajo de investigación.
El investigador puso todo el esfuerzo, particularmente en la discusión de
los resultados, ya que fue fundamental en el trabajo de investigación,
sobre todo porque al operacionalizar las variables, indicadores y sub-
indicadores, lo que permitió que se pueda determinar su nivel de
medición, de tal manera de considerar aceptable las conclusiones,
sugerencias y propuesta.
Conclusiones
La investigación se terminó, formulando las conclusiones
correspondientes al logro de los objetivos y a la validación de la
hipótesis, dando especial importancia a la discusión que se hizo sobre
cada sub-indicador, operacionalizado y analizado con los resultados
obtenidos de la realidad.
13
Sugerencias
Finalmente se propone las sugerencias provenientes principalmente de
cada una de las conclusiones, tratando de realizar un aporte que pueda
servir a aquellos talleres que realicen montaje de motores eléctricos, en
la ciudad de Arequipa, 2019.
Propuesta
Luego de culminar la discusión, se presenta una propuesta de un
procedimiento que pueda permitir una eficiencia aceptable del
calentamiento por inducción, en el montaje de motores eléctricos, con
las debidas técnicas y herramientas, que presente un grado de
responsabilidad y compromiso social, buscando la satisfacción de las
empresas mecánicas e industriales comprometidas.
14
2. Resultados de la investigación
INTERPRETACIÓN OBJETIVA DE LOS RESULTADOS DE LAS FICHAS DE
OBSERVACION DOCUMENTAL, AL SISTEMA DE CALENTAMIENTO POR
INDUCCIÓN ELÉCTRICA, AREQUIPA - PERÚ, 2019
TABLA N0 01: El generador de corriente alterna en un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es:
ASPECTO F %
Eficiente 3 30
Aceptable 6 60
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% de total de las
fichas contabilizadas, señalan que es aceptable el generador de corriente
alterna en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica.
GRÁFICO N0 01: El generador de corriente alterna en un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es:
Fuente: Elaboración propia, 2019
15
TABLA N0 02: La afectación de la corriente alterna, en el calentamiento por
inducción eléctrica, es de manera:
ASPECTO F %
Eficiente 5 50
Aceptable 4 40
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas, señalan que es eficiente la afectación de la corriente
alterna en el calentamiento por inducción eléctrica.
GRÁFICO N0 02: La afectación de la corriente alterna, en el calentamiento por
inducción eléctrica, es de manera:
Fuente: Elaboración propia, 2019
16
TABLA N0 03: Influencia de las espiras del generador de corriente alterna, en
el funcionamiento del equipo.
ASPECTO F %
Eficiente 2 20
Aceptable 6 60
Ineficiencia 2 20
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas señalan que es aceptable, la influencia de las espiras del
generador de corriente alterna.
GRÁFICO N0 03: Influencia de las espiras del generador de corriente alterna,
en el funcionamiento del equipo.
Fuente: Elaboración propia, 2019
17
TABLA N0 04: La cantidad de espiras, permite que un generador de corriente
alterna, sea:
ASPECTO F %
Eficiente 6 60
Aceptable 3 30
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas, indica que la cantidad de espiras que permite que un
generador de corriente alterna sea eficiente.
GRÁFICO N0 04: La cantidad de espiras, permite que un generador de
corriente alterna, sea:
Fuente: Elaboración propia, 2019
18
TABLA N0 05: Afectación del campo magnético, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica.
ASPECTO F %
Eficiente 8 80
Aceptable 1 10
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 80% del total de las
fichas contabilizadas indica que es eficiente, con respecto a la afectación del
campo magnético.
GRÁFICO N0 05: Afectación del campo magnético, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica.
Fuente: Elaboración propia, 2019
19
TABLA N0 06: El campo magnético ejerce influencia en el generador de
corriente alterna, de forma:
ASPECTO F %
Eficiente 7 70
Aceptable 2 20
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas indica que es eficiente, con respecto al campo magnético
que influye en el generador de corriente alterna.
GRÁFICO N0 06: El campo magnético ejerce influencia en el generador de
corriente alterna, de forma:
Fuente: Elaboración propia, 2019
20
TABLA N0 07: La bobina inductora, en el sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, es:
ASPECTO F %
Eficiente 5 50
Aceptable 4 40
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que un 50% del total de las fichas
contabilizadas indica que es eficiente, con respecto de la bobina inductora del
sistema de calentamiento por inducción eléctrica.
GRÁFICO N0 07: La bobina inductora, en el sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, es:
Fuente: Elaboración propia, 2019
21
TABLA N0 08: La aplicación de la bobina inductora, se considera en la
inducción eléctrica, de manera:
ASPECTO F %
Eficiente 6 60
Aceptable 2 20
Ineficiencia 2 20
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas, indica que es eficiente, con respecto a la aplicación de la
bobina inductora.
GRÁFICO N0 08: La aplicación de la bobina inductora, se considera en la
inducción eléctrica, de manera:
Fuente: Elaboración propia, 2019
22
TABLA N0 09: La alteración de los tipos de bobina, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es de manera:
ASPECTO F %
Eficiente 3 30
Aceptable 4 40
Ineficiencia 3 30
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que un 40% del total de las fichas
contabilizadas indica que es aceptable, la alteración de los tipos de bobina.
GRÁFICO N0 09: La alteración de los tipos de bobina, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es de manera:
Fuente: Elaboración propia, 2019
23
TABLA N0 10: Determina un tipo de bobina inductora, el funcionamiento del
calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
ASPECTO F %
Eficiente 4 40
Aceptable 4 40
Ineficiencia 2 20
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que 40% del total de las fichas
contabilizadas indica que es eficiente, con respecto a la determinación del tipo
de bobina inductora.
GRÁFICO N0 10: Determina un tipo de bobina inductora, el funcionamiento del
calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
Fuente: Elaboración propia, 2019
24
TABLA N0 11: Las características de la bobina, altera un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
ASPECTO F %
Eficiente 6 60
Aceptable 3 30
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas indica que es eficiente, la características de la bobina,
altera un sistema de calentamiento por inducción eléctrica.
GRÁFICO N0 11: Las características de la bobina, altera un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
Fuente: Elaboración propia, 2019
25
TABLA N0 12: El tener en cuenta las características de la bobina inductora, en
el calentamiento por inducción eléctrica, es:
ASPECTO F %
Eficiente 7 70
Aceptable 2 20
Ineficiencia 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se tiene de las observaciones aplicadas, que más del 50% del total de las
fichas contabilizadas indica que es eficiente, el tener en cuenta las
características de la bobina inductora, en el calentamiento por inducción
eléctrica.
GRÁFICO N0 12: El tener en cuenta las características de la bobina inductora,
en el calentamiento por inducción eléctrica, es:
Fuente: Elaboración propia, 2019
26
INTERPRETACIÓN OBJETIVA DE LOS RESULTADOS DE LAS FICHAS DE
OBSERVACION DE CAMPO, AL MONTAJE DE RODAMIENTOS DE
MOTORES ELÉCTRICOS, AREQUIPA - PERÚ, 2019
TABLA N0 13: El montaje de rodamientos de motores eléctricos, ha avanzado
en las generaciones.
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que un 30% del total de las
fichas señalan que es mucho, con respecto al avance en las generaciones del
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 13: El montaje de rodamientos de motores eléctricos, ha
avanzado en las generaciones.
Fuente: Elaboración propia, 2019
CRITERIO F %
Mucho 3 30
Regular 3 30
Poco 2 20
Muy Poco 2 20
Total 10 100
27
TABLA N0 14: Influye las tecnologías de las generaciones, en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 5 50
Regular 2 20
Poco 1 10
Muy Poco 2 20
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que un 50% del total de las
fichas señalan que es mucho, con respecto a la influencia de las tecnologías de
las generaciones, en el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 14: Influye las tecnologías de las generaciones, en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
28
TABLA N0 15: Los estándares del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, se deben a las generaciones.
CRITERIO F %
Mucho 6 60
Regular 1 10
Poco 2 20
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto a los estándares del montaje de
rodamientos de motores eléctricos, se deben a las generaciones.
GRÁFICO N0 15: Los estándares del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, se deben a las generaciones.
Fuente: Elaboración propia, 2019
29
TABLA N0 16: Son adecuados los estándares, acerca del montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 3 30
Regular 4 40
Poco 2 20
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que un 40% del total de las
fichas señalan que es regular, con respecto a si son adecuados los estándares,
acerca del montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 16: Son adecuados los estándares, acerca del montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
30
TABLA N0 17: Se modifican las temperaturas del equipo, en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 7 70
Regular 1 10
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto a la modificación de las
temperaturas del equipo, en el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 17: Se modifican las temperaturas del equipo, en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
31
TABLA N0 18: Las temperaturas con que realizan el montaje de rodamientos
de motores eléctricos, afectan:
CRITERIO F %
Mucho 6 60
Regular 2 20
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto a las temperaturas con que
realizan el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 18: Las temperaturas con que realizan el montaje de rodamientos
de motores eléctricos, afectan:
Fuente: Elaboración propia, 2019
32
TABLA N0 19: Las innovaciones ayudan en el proceso de montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 5 50
Regular 2 20
Poco 1 10
Muy Poco 2 20
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que un 50% del total de las
fichas señalan que es mucho, con respecto a las innovaciones que ayudan en
el proceso de montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 19: Las innovaciones ayudan en el proceso de montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
33
TABLA N0 20: Las Innovaciones en montaje de rodamientos de motores
eléctricos, aportan a un buen funcionamiento.
CRITERIO F %
Mucho 6 60
Regular 2 20
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto a las Innovaciones en el
montaje de rodamientos de motores eléctricos, aportan a un buen
funcionamiento.
GRÁFICO N0 20: Las Innovaciones en montaje de rodamientos de motores
eléctricos, aportan a un buen funcionamiento.
Fuente: Elaboración propia, 2019
34
TABLA N0 21: La durabilidad afecta el resultado del montaje de rodamientos de
motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 7 70
Regular 1 10
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto a la durabilidad que afecta el
resultado del montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 21: La durabilidad afecta el resultado del montaje de rodamientos
de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
35
TABLA N0 22: La durabilidad que se conoce, tiene que ver algo con el montaje
de rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 5 50
Regular 3 30
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que un 50% del total de las
fichas señalan que es mucho, con respecto a la durabilidad que se conoce,
influyendo con el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 22: La durabilidad que se conoce, tiene que ver algo con el
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
36
TABLA N0 23: El momento de fricción, influye en el montaje de rodamientos de
motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 6 60
Regular 2 20
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto al momento de fricción que
influye en el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 23: El momento de fricción, influye en el montaje de rodamientos
de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
37
TABLA N0 24: El momento de fricción afecta para que se realice un buen
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
CRITERIO F %
Mucho 7 70
Regular 1 10
Poco 1 10
Muy Poco 1 10
Total 10 100
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se contabilizó de las observaciones aplicadas, que más de un 50% del total de
las fichas señalan que es mucho, con respecto al momento de fricción y la
afectación que se realiza en el montaje de rodamientos de motores eléctricos.
GRÁFICO N0 24: El momento de fricción afecta para que se realice un buen
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
Fuente: Elaboración propia, 2019
38
ANÁLISIS DE INFORMACIÓN (DISCUSIÓN)
Introducción Una vez sistematizado los datos obtenidos de la realidad, se ha procedido a
realizar un análisis detenido de los resultados, de tal manera de conocer las
principales causas de fallas y el mal funcionamiento de los rodamientos,
durante su funcionamiento y operación, por lo cual su cambio y montaje, deben
cumplir con características que garanticen su disponibilidad y larga vida útil.
En nuestra ciudad, el sector industrial y minero, realizan trabajos de
mantenimiento mecánico y eléctrico, en sus plantas de producción, debido a
esta demanda técnica, es necesario garantizar un mantenimiento y montaje de
rodamientos en máquinas eléctricas rotativas.
Los rodamientos son considerados un punto crítico dentro de un mecanismo;
por ello, dicho elemento debe mantenerse en condiciones óptimas, para poder
garantizar la transmisión de energía mecánica de dicho equipo, el cual siempre
debe ser el adecuado, específicamente respecto a la variable “Sistema de
calentamiento por inducción eléctrica”, y a la variable “Montaje de rodamientos
de motores eléctricos”. La finalidad de este análisis es percibir directamente,
las fortalezas y debilidades, que pudiera tener el excesivo consumo de energía
eléctrica, en el proceso de la eficiencia del calentamiento por inducción, en la
ejecución del montaje de rodamientos de motores eléctricos de 5 hp hasta
2500 hp.
El investigador ha puesto todo el esfuerzo, en este análisis (discusión), que ha
sido fundamental en el trabajo de investigación, ya que al operacionalizar las
variables, indicadores y sub-indicadores, ha permitido que se pueda determinar
su nivel de medición, de tal manera de considerar aceptable las conclusiones y
sugerencias finales. Asimismo, se ha relacionado los subindicadores de cada
variable, con los ítems y características de las fichas de recolección de datos
aplicadas a las unidades de estudio, de tal manera de tener un trabajo analítico
coherente con el trabajo documental y de campo, para que los resultados sean
cercanos a la realidad del entorno establecido.
39
Espiras De los resultados observados, se aprecia que, es aceptable el generador de
corriente alterna en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica, que es
eficiente la afectación de la corriente alterna, que es aceptable, la influencia de
las espiras del generador de corriente alterna, indicando que es la cantidad de
espiras, la que permite que un generador de corriente alterna sea eficiente, lo
que puede tenerse como una oportunidad, particularmente para la eficiencia del
sistema de calentamiento por inducción eléctrica.
Viendo el marco conceptual al respecto, el movimiento de rotación de las
espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una
corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en
una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua
embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte
de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u
otro combustible fósil.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador espiras, dentro del indicador
generador de corriente alterna, de la variable sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, considerando aceptable el generador de corriente alterna
en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica, siendo eficiente la
afectación de la corriente alterna y la influencia de las espiras del generador de
corriente alterna, indicando que la cantidad de espiras permite que un
generador de corriente alterna sea eficiente, lo que puede tenerse como una
oportunidad; que de acuerdo al marco conceptual al respecto, el movimiento de
rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina
accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un
chorro de vapor en una central térmica; se deduce que, hay que determinar la
importancia del sistema de calentamiento por inducción eléctrica, en un
generador de corriente alterna, especialmente en cuanto a las espiras del
generador.
40
Campo magnético
De las observaciones se aprecia que, es aceptable el generador de corriente
alterna en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica, que es eficiente
la afectación de la corriente alterna, indicando que es eficiente la afectación del
campo magnético, influyendo en el generador de corriente alterna, situación
que hay que considerar como una posible debilidad en la generación de
corriente alterna.
Ahora bien, en el marco conceptual respectivo, se hace referencia a que, el
campo magnético que se establece en el aire circundante a un solo conductor
recorrido por una corriente eléctrica, es muy débil. En los generadores
eléctricos se necesita (normalmente) fuertes campos magnéticos, esto se
podría conseguir elevando la intensidad de la corriente que pasa por un
conductor a arrollando el conductor recto para formar varias s que constituyen
una bobina, esta es una forma de conseguir una gran longitud de conductor y
por lo tanto, siendo igual la intensidad de la corriente, un fuerte flujo magnético
concentrado en un lugar.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador campo magnético, dentro del
indicador generador de corriente alterna, de la variable sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, considerando aceptable el generador de
corriente alterna en un sistema de calentamiento por inducción eléctrica, y
eficiente la afectación de la corriente alterna y la afectación del campo
magnético, influyendo en el generador de corriente alterna; que de acuerdo al
marco conceptual, el campo magnético que se establece en el aire circundante
a un solo conductor recorrido por una corriente eléctrica, es muy débil. Y los
generadores eléctricos necesitan (normalmente) fuertes campos magnéticos,
esto se podría conseguir elevando la intensidad de la corriente que pasa por un
conductor a arrollando el conductor recto para formar varias s que constituyen
una bobina; se deduce que, hay que determinar la importancia del sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, en un generador de corriente alterna,
poniendo énfasis al campo magnético del generador.
41
Tipos
De las observaciones se aprecia que, es eficiente la afectación de la corriente
alterna en el calentamiento por inducción eléctrica, indicando que es eficiente la
bobina inductora del sistema de calentamiento, que es eficiente la aplicación de
la bobina inductora, que es aceptable la alteración de los tipos de bobina, que
es eficiente la determinación del tipo de bobina inductora, lo que puede influir
en el sistema de calentamiento.
Teniendo en cuenta el marco conceptual respectivo, es bueno hacer referencia
que la palabra bobina proviene del francés “bobine”. Se define como una pieza
cilíndrica de algún tipo de material como cartón o plástico, que está rodeada de
un cable, hilo o cordel. También se llama de esta forma a los rollos de papel
que utilizan las imprentas. En el campo de la electricidad se conoce como
bobina a un componente de los circuitos eléctricos, constituido por un
componente conductor con forma de hélice hueca. Este elemento, el cual
funciona de forma pasiva, se conoce con el nombre de inductor. Sirve para la
acumulación de energía en un campo magnético.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador tipos, dentro del indicador
bobina inductiva, de la variable sistema de calentamiento por inducción
eléctrica, en la cual es eficiente la afectación de la corriente alterna en el
calentamiento por inducción eléctrica, siendo eficiente la bobina inductora del
sistema de calentamiento y la aplicación de la bobina inductora, considerando
la alteración de los tipos de bobina, lo que influye en el sistema de
calentamiento; sabiendo que teniendo en cuenta el marco conceptual, en el
campo de la electricidad se conoce como bobina a un componente de los
circuitos eléctricos, constituido por un componente conductor con forma de
hélice hueca. Este elemento, el cual funciona de forma pasiva, se conoce con
el nombre de inductor. Sirve para la acumulación de energía en un campo
magnético; se deduce que, se debe establecer la influencia de la bobina
inductora, en el sistema de calentamiento por inducción eléctrica, según sus
tipos que difieren entre las bobinas.
42
Características
De los resultados obtenidos en la observación se aprecia que, es eficiente la
afectación de la corriente alterna en el calentamiento por inducción eléctrica,
indicando que es eficiente la bobina inductora del sistema de calentamiento,
que es eficiente la aplicación de la bobina inductora, que es eficiente las
características de la bobina, que es eficiente el tener en cuenta las
características de la bobina inductora, lo que se puede considerar como una
oportunidad en la bobina inductiva.
Ahora bien, en el marco conceptual al respecto, se hace referencia a que los
inductores o bobinas son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y
liberar energía basándose en fenómenos relacionados con campos
magnéticos. Básicamente, todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo
conductor. La inductancia resultante es directamente proporcional al número y
diámetro de las espiras y a la permeabilidad del interior del arrollamiento, y es
inversamente proporcional a la longitud de la bobina.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador características, dentro del
indicador bobina inductiva, de la variable sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, en la cual es eficiente la afectación de la corriente alterna
en el calentamiento por inducción eléctrica, indicando que es eficiente la bobina
inductora del sistema de calentamiento, que es eficiente la aplicación de la
bobina inductora, que es eficiente las características de la bobina, que es
eficiente el tener en cuenta las características de la bobina inductora, lo que se
puede considerar como una oportunidad en la bobina inductiva; sabiendo que
teniendo en cuenta el marco conceptual, los inductores o bobinas son
elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energía
basándose en fenómenos relacionados con campos magnéticos. Básicamente,
todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo conductor; se deduce que, se
debe establecer la influencia de la bobina inductora, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, considerando las características de la
bobina.
43
Estándares
De los resultados obtenidos en la observación se aprecia que, no se considera
mucho el avance en las generaciones del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, es regular la influencia de las tecnologías de las generaciones, pero
que poco los estándares del montaje de rodamientos de motores eléctricos, se
deben a las generaciones, que no son muy adecuados los estándares, lo cual
puede resultar una desventaja para el montaje de rodamientos de motores
eléctricos.
Los rodamientos son elementos de máquina de alta exigencia, con una
precisión elevada; para garantizar su máxima potencia el constructor tiene que
elegir tipo y ejecución adecuados y combinar de forma apropiada las
características de los rodamientos con las partes adyacentes. Además tiene
que tener en cuenta la lubricación, la obturación y el mantenimiento durante el
montaje y desmontaje. La aplicación de medios apropiados durante el montaje
y desmontaje de rodamientos así como exactitud y limpieza en el lugar de
montaje son condiciones previas para una duración de servicio larga. Los
rodamientos están impregnados con aceite anticorrosivo. Este aceite no se
resinifica ni se endurece y su comportamiento ante grasas comerciales para
rodamientos es totalmente neutro.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador estándares, dentro del
indicador generaciones, de la variable montaje de rodamientos de motores
eléctricos, en la cual no se considera las generaciones del montaje de
rodamientos de motores eléctricos, pero que se deben a las generaciones, que
no son muy adecuados los estándares; sabiendo que los rodamientos son
elementos de máquina de alta exigencia, con una precisión elevada; para
garantizar su máxima potencia el constructor tiene que elegir tipo y ejecución
adecuados y combinar de forma apropiada las características de los
rodamientos con las partes adyacentes; se deduce que, se identifica las
generaciones de motores eléctricos, en el montaje de sus rodamientos,
teniendo los estándares de las generaciones de los motores.
44
Temperaturas
De los resultados obtenidos en la observación se aprecia que, no se considera
mucho el avance en las generaciones del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, es regular la influencia de las tecnologías de las generaciones, pero
que poco los estándares del montaje de rodamientos de motores eléctricos, se
deben a las generaciones, siendo más respecto a la modificación de las
temperaturas del equipo, sobre todo a las temperaturas con que realizan el
montaje de rodamientos de motores eléctricos, lo que se debe controlar, ya que
puede alterar al propio montaje.
Ahora bien, en el marco conceptual se hace referencia a que, Una vez que se
ha calculado la vida útil, se estima la del mismo, para lo cual se recurre a tres
fuentes principales de información. En base a la inspección periódica de
condición, mediante termografía y ultrasonido en los equipos de refrigeración,
se detecta que la temperatura en el rodamiento lado libre del motor del
compresor presenta alta temperatura lo cual hace necesario conocer el origen
de esta diferencia.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador temperaturas, dentro del
indicador generaciones, de la variable montaje de rodamientos de motores
eléctricos, es regular la influencia de las tecnologías de las generaciones, pero
que poco los estándares del montaje de rodamientos de motores eléctricos, se
deben a las generaciones, siendo más respecto a la modificación de las
temperaturas del equipo, sobre todo a las temperaturas con que realizan el
montaje de rodamientos de motores eléctricos, lo que se debe controlar, ya que
puede alterar al propio montaje; sabiendo que en base a la inspección
periódica de condición, mediante termografía y ultrasonido en los equipos de
refrigeración, se detecta que la temperatura en el rodamiento lado libre del
motor del compresor presenta alta temperatura lo cual hace necesario conocer
el origen de esta diferencia; se deduce que, se identifica las generaciones de
motores eléctricos, en el montaje de sus rodamientos, considerando el control
de las temperaturas adecuadas en los motores.
45
Durabilidad
De los resultados obtenidos en la observación se aprecia que, las innovaciones
ayudan en el proceso de montaje de rodamientos de motores eléctricos,
aportando a un buen funcionamiento, pero que la durabilidad afecta el
resultado del montaje, influyendo con el montaje de rodamientos de motores
eléctricos, siendo importante que las innovaciones contribuyan a la eficiencia
del procedimiento de montaje.
En 1997, Schaeffler KG introdujo el “Cálculo ampliado de la duración de vida
modificada”. Este procedimiento se normalizó por primera vez en DIN ISO
281suplemento 1 y es desde 2007 que forma parte de las normas
internacionales ISO 281.
En el contexto de la normalización internacional, el coeficiente de duración de
vida aDIN se ha convertido en aISO, a pesar de ello, el cálculo no se modifica.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador durabilidad, dentro del
indicador innovaciones, de la variable montaje de rodamientos de motores
eléctricos, las innovaciones ayudan en el proceso de montaje de rodamientos
de motores eléctricos, aportando a un buen funcionamiento, pero que la
durabilidad afecta el resultado del montaje, influyendo con el montaje de
rodamientos de motores eléctricos, siendo importante que las innovaciones
contribuyan a la eficiencia del procedimiento de montaje; sabiendo que el
cálculo ampliado de la duración de vida modificada, es un procedimiento
normalizado por primera vez en DIN ISO 281suplemento 1 y es desde 2007
que forma parte de las normas internacionales ISO 281, y en el contexto de la
normalización internacional, el coeficiente de duración de vida aDIN se ha
convertido en aISO, a pesar de ello, el cálculo no se modifica; se deduce que,
es conveniente conocer la pertinencia de las innovaciones en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos, sobre todo para mantener la durabilidad de
los motores trabajados.
46
Momento de fricción
De los resultados obtenidos en la observación se aprecia que, las innovaciones
ayudan en el proceso de montaje de rodamientos de motores eléctricos,
aportando a un buen funcionamiento, que el momento de fricción influye en el
montaje de rodamientos de motores eléctricos, siendo importante la afectación
que se realiza, lo que puede ser de mucha ayuda para el montaje mismo de los
rodamientos de motores eléctricos.
Ahora bien, en el marco conceptual se hace referencia a que, la fricción del
rodamiento no es constante y depende de determinados fenómenos
tribológicos que tienen lugar en la película de lubricante entre los elementos
rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas.
Los cojinetes de fricción, también llamados casquillos, bujes o cojinetes lisos,
son un tipo de rodamiento donde se produce el movimiento de deslizamiento
entre dos superficies móviles. Debido a la fricción entre el cojinete y el eje
pueden producirse problemas de sobrecalentamiento o desgaste. Por esta
razón es importante tener en cuenta la lubricación de estas partes para mejorar
la vida útil y el rendimiento del cojinete.
Por lo que, al operacionalizar este sub-indicador momento de fricción, dentro
del indicador innovaciones, de la variable montaje de rodamientos de motores
eléctricos, las innovaciones ayudan en el proceso de montaje de rodamientos
de motores eléctricos, aportando a un buen funcionamiento, pero que el
momento de fricción influye en el montaje de rodamientos de motores
eléctricos, siendo importante la afectación que se realiza, lo que puede ser de
mucha ayuda para el montaje mismo de los rodamientos de motores eléctricos;
sabiendo que la fricción del rodamiento no es constante y depende de
determinados fenómenos tribológicos que tienen lugar en la película de
lubricante entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas;
se deduce que, es conveniente conocer la pertinencia de las innovaciones en el
montaje de rodamientos de motores eléctricos, cuidando los efectos negativos
del momento de fricción de los motores trabajados.
47
CONCLUSIONES
1. Se ha determinado que hay que darle la importancia necesaria al sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, en un generador de corriente alterna,
particularmente a la cantidad y calidad de las espiras, para poder estabilizar
el campo magnético de la inducción eléctrica, que sirve al sistema de
calentamiento.
2. Se ha logrado establecer la correcta influencia de la bobina inductora, en el
sistema de calentamiento por inducción eléctrica, considerando la variedad
de tipos de bobinas usadas, así como identificar las características de las
bobinas inductivas, utilizadas en el sistema de calentamiento por inducción
eléctrica.
3. Se ha permitido identificar las generaciones de motores eléctricos, en el
montaje de sus rodamientos, teniendo en cuenta los estándares normados
internacionalmente y sobre todo el control de las temperaturas en las
diferentes etapas del trabajo realizado a los motores eléctricos.
4. Se ha interiorizado a los trabajadores que debe conocer la pertinencia de las
innovaciones en el montaje de rodamientos de motores eléctricos, para
poder alcanzar una durabilidad de los motores trabajados, cuidando mucho
el efecto del momento de fricción en los rodamientos aplicados a los
motores.
5. Se ha validado la hipótesis que, disponiendo de un estudio sobre la
eficiencia del calentamiento por inducción, en la ejecución del montaje de
rodamientos de motores eléctricos de 5 hp hasta 2500 hp, en la ciudad de
Arequipa - Perú, se pueda optimizar el mantenimiento de motores eléctricos
industriales.
48
SUGERENCIAS
1. Incentivar a los trabajadores que consideren siempre la importancia
necesaria al sistema de calentamiento por inducción eléctrica, en un
generador de corriente alterna, particularmente a la cantidad y calidad de
las espiras, para poder estabilizar el campo magnético de la inducción
eléctrica, que sirve al sistema de calentamiento.
2. Estipular en los centros de trabajo relacionados, el establecimiento de la
correcta influencia de la bobina inductora, en el sistema de calentamiento
por inducción eléctrica, considerando la variedad de tipos de bobinas
usadas, así como identificar las características de las bobinas inductivas,
utilizadas en el sistema de calentamiento por inducción eléctrica.
3. Inculcar en los trabajadores especializados considerar siempre la
identificación de las generaciones de motores eléctricos, en el montaje de
sus rodamientos, teniendo en cuenta los estándares normados
internacionalmente, y sobre todo el control de las temperaturas en las
diferentes etapas del trabajo realizado a los motores eléctricos.
4. Que los procedimientos tradicionales utilizados, traten de incluir a menudo
el conocimiento de las innovaciones en el montaje de rodamientos de
motores eléctricos, para poder alcanzar una durabilidad de los motores
trabajados, cuidando mucho el efecto del momento de fricción en los
rodamientos aplicados a los motores.
5. Desarrollar una línea de investigación sobre la eficiencia del calentamiento
por inducción, en la ejecución del montaje de rodamientos de motores
eléctricos, de potencia mayores a los 2500 hp, aplicándose a una entidad
especializada al respecto, en la ciudad de Arequipa - Perú, proyectándola a
motores de diferentes áreas diferentes a la industrial.
49
PROPUESTA
PERFIL DE UN PROCEDIMIENTO QUE PERMITA LA EFICIENCIA DEL
CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN, EN LA EJECUCIÓN DEL MONTAJE
DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
ASPECTOS CONCEPTUALES
REBOBINADO DE MOTORES
El rebobinado tradicional de motores, consiste en extraer las bobinas del motor
junto con sus aislaciones, determinar la cantidad de vueltas por bobina y el
calibre de conductor, luego rehacer el bobinado idéntico al original.
MOTORES DE INDUCCIÓN
Las bases teóricas del comportamiento del motor de inducción, están en su
principio de operación y las ecuaciones matemáticas necesarias, para entender
el por qué es posible medir la eficiencia del motor con el método establecido,
también hay que definir la relación de la potencia de salida y el factor de carga
medido con el método de deslizamiento.
CALENTADOR
Es un equipo que se encarga de trasmitir energía calorífica a través de
conducción entre metales para endurecer, unir o ablandarlos, basándose en un
control y eficiencia energética.
RODAMIENTOS
Son piezas de una maquinaria que se utilizan para transmitir energía mecánica
en movimiento giratorio, y a la vez transmitir fuerzas entre dos o más
componentes, estas piezas transmiten cargas en una dirección radial o una
dirección axial.
INDUCCIÓN ELÉCTRICA
Es un proceso mediante el cual, campos magnéticos generan campos
eléctricos, este campo eléctrico generado en un material conductor, generara
una inducción de corriente eléctrica en dicho conductor.
50
TEMPERATURA
Es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un cuerpo posee,
también llamada una propiedad que fija el sentido del flujo de calor, ya que este
siempre pasa del cuerpo que posee temperatura más alta, al que presenta más
baja.
PARÁMETROS MECÁNICOS
Son variables que permiten reconocer, dentro de un conjunto de elementos a
cada unidad por medio de su correspondiente valor numérico, las cuales toman
características sobre el equilibrio de los cuerpos y las fuerzas que estas
producen.
MONTAJE
Es un procedimiento mediante el cual se instala una pieza, las cuales pueden
ser o tratarse de piezas de la misma naturaleza de piezas, para así unir varios
equipos de iguales o diferentes materiales.
CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN ELÉCTRICA
El calentamiento por inducción es un proceso que se utiliza para endurecer,
unir o ablandar metales u otros materiales conductivos. En procesos modernos
de fabricación, el calentamiento por inducción ofrece una atractiva combinación
de velocidad, consistencia, control y eficiencia energética.
MOTORES ELÉCTRICOS
El motor eléctrico es la máquina destinada a transformar energía eléctrica en
energía mecánica. 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.
51
RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
El engrase de los rodamientos de un motor es necesario siempre que la vida
útil de la grasa sea menor que la vida útil del rodamiento. Las informaciones
sobre los periodos de engrase, tipo de grasa y calidad aparecen en la placa de
identificación de su motor.
ASPECTOS NORMATIVOS
NORMA ANSI/ABMA 19.1:2011
Es la reglamentación sobre los rodamientos cónicos y radiales, que son usados
en aplicaciones industriales y automotrices, define las tolerancias para las
dimensiones generales exteriores, prácticas de medición, accesorios de
montaje y métodos de evaluación de capacidad de carga, también hace
referencia a las exigencias de las tolerancias, dimensiones de los mismos que
afectan su intercambiabilidad en el mercado, así como el rendimiento de vida
útil, en condiciones normales de operación, según los estándares
internacionales.
ISO STANDARD 578:1987
La norma ISO STANDAR 578:1987, trata sobre rodamientos radiales y sus
tolerancias en el diseño.
ASPECTOS OPERATIVOS
MONTAJE DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
Antes del montaje o del desmontaje de rodamientos deben hacerse todos los
preparativos necesarios para un trabajo continuado. Con ayuda del dibujo de
taller conviene estudiar la construcción y el orden a seguir para montar las
diferentes piezas. Ya antes de comenzar el montaje debe prepararse un
esquema de los distintos procesos de trabajo y aclarar a qué temperatura ha de
calentarse, cual es la magnitud de las fuerzas para montar o desmontar los
rodamientos y cuanta grasa será necesaria.
52
ESTÁNDARES DE MONTAJES DE RODAMIENTOS
Los rodamientos son elementos de máquina de alta exigencia, con una
precisión elevada; para garantizar su máxima potencia el constructor tiene que
elegir tipo y ejecución adecuados y combinar de forma apropiada las
características de los rodamientos con las partes adyacentes. Además tiene
que tener en cuenta la lubricación, la obturación y el mantenimiento durante el
montaje y desmontaje.
Dispositivo de calentamiento por inducción
Los rodamientos se calientan a la temperatura de montaje de forma rápida
segura y limpia con los dispositivos de calentamiento por inducción, que operan
bajo el principio del transformador. Los dispositivos se utilizan, sobre todo, para
montajes en serie.
TEMPERATURAS DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
Una vez que se ha calculado la vida útil, se estima la del mismo, para lo cual se
recurre a tres fuentes principales de información. En base a la inspección
periódica de condición, mediante termografía y ultrasonido en los equipos de
refrigeración, se detecta que la temperatura en el rodamiento lado libre del
motor del compresor presenta alta temperatura lo cual hace necesario conocer
el origen de esta diferencia.
INNOVACIONES EN LA DURABILIDAD DE RODAMIENTOS DE MOTORES
ELÉCTRICOS
En 1997, Schaeffler KG introdujo el “Cálculo ampliado de la duración de vida
modificada”. Este procedimiento se normalizó por primera vez en DIN ISO
281suplemento 1 y es desde 2007 que forma parte de las normas
internacionales ISO 281.
INNOVACIONES EN EL MOMENTO DE FRICCIÓN DE RODAMIENTOS DE
MOTORES ELÉCTRICOS
La fricción del rodamiento no es constante y depende de determinados
fenómenos tribológicos que tienen lugar en la película de lubricante entre los
elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas.
53
REFERENCIAS
1. https://www.hiru.eus/es/fisica/generadores-de-corriente-alterna-circuitos-
electricos
2. http://e-ducativa.catedu/archivos/repositorio/generacin_corrientes_alternas
3. http://www.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador
4. http://www.generadorelectrico.com/campo-magnetico/
5. http://www.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/magnet/generador.html
6. http://www.ghinduction.com/sobre-calentamiento-por-induccion/?lang=es
7. https://www.mecatronicalatam.com/inductor
8. https://www.ecured.cu/Bobina
9. http://www.fullmecanica.com/definiciones/p/674-permeabilidad-magnetica
10. https://www.ugr.es/~amaro/radiactividad/tema7/node17.html
11. https://www.pirobloc.com/sistemas-de-calentamiento-industrial/
12. https://sepacomoinstalar.com.ar/sistemas-de-calentamiento-de-agua/
13. https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h6e/h82/WEG-motores-
electricos-guia-de-especificacion-50039910-brochure-spanish-web.pdf
14. https://www.roydisa.es/archivos/3059
15. http://www.reporteroindustrial.com/temas/Como-mejorar-la-confiabilidad-de-
los-motores-electricos-mediante-los-rodamientos+115557
16. https://www.rodaunion.es/media/imagenes/Catalogos/Rodamientos%20y%
20accesorios/FAG/Montaje_rodamientos_WL801003_SB_0603%20.pdf
17. https://www.rodaunion.es/media/imagenes/Catalogos/Rodamientos%20y%
20accesorios/FAG/Montaje_rodamientos_WL801003_SB_0603%20.pdf
18. https://www.lovesharing.com/un-repaso-por-la-historia-del-motor-electrico/
19. https://www.weg.net/institutional/MX/es/news/general/rodamientos-en-
motores-de-uso-general-parte-ii
20. https://medias.schaeffler.com/medias/es!hp.tg.cat/tg_hr*ST4_102835979
21. https://medias.schaeffler.com/medias/es!hp.tg.cat/tg_hr*ST4_102027403
22. https://www.skf.com/ve/products/bearings-units-housings/principles/bearing-
selection-process/operating-temperature-and-speed/friction-powerloss-
startingtorque/index.html
54
ANEXOS
55
PROYECTO DE TRABAJO DE
INVESTIGACIÓN
56
PLANTEAMIENTO TEÓRICO
1. Problema de Investigación
1.1 Identificación del problema
En mi desempeño laboral diario, he percibido que el mantenimiento y
cambio de rodamientos, de ciertos motores que se realizan en mi centro
de trabajo, son devueltos antes de cumplir la garantía del
mantenimiento, lo que incrementa el costo del trabajo de mantenimiento,
ya que prácticamente se hace doblemente. La instalación y montaje de
rodamientos, se realiza con herramientas poco adecuadas para el
trabajo, a golpe y prensa hidráulica, siendo el rotor algunas veces muy
pesado para ubicar en la prensa. Debido a esta situación es que pienso
que es importante un diseño que mejore la efectividad y calidad en el
montaje de rodamientos para motores eléctricos como los que trabajo,
desde 5 a 2500 HP, lo que debe garantizar la calidad de un servicio de
mantenimiento y cambio de rodamientos en motores eléctricos, y su
conservación durante el montaje de estos rodamientos. Algunas
empresas de mantenimiento electromecánico, realizan este tipo de
montaje de rodamientos de una manera inadecuada, lo cual minimiza el
tiempo de vida útil, posiblemente por la falta de un calentador de
rodamientos por inducción.
1.2 Enunciado del problema
Deficiencias en el calentamiento por inducción, en la ejecución del
montaje de rodamientos de motores eléctricos de 5 HP hasta 2500 HP,
ocasionando un mantenimiento inoperante, en la ciudad de Arequipa -
Perú, en el año 2019, ocasionando costos adicionales y mala imagen de
las empresas dedicadas a este mantenimiento.
2. Justificación
2.1 Aspecto social
El calentamiento por inducción es un proceso fácil de automatizar,
eficiente y seguro, es muy utilizado en la fabricación en serie, y en
ocasiones su única desventaja es que resulta complicado determinar las
57
características, tanto del calentador como de la bobina de inducción, por
lo que favorece a los trabajadores que participan en el proceso de
producción de las empresas, ya que va a ofrecer una alta eficiencia y
alta velocidad de calentamiento, pudiendo calentar a alta temperatura,
zonas específicas.
2.2 Aspecto tecnológico
La tecnología se desarrolló rápidamente para cumplir con los requisitos
urgentes de tiempo, para un proceso rápido y confiable, para endurecer
las piezas metálicas del motor. La aparición de dispositivos electrónicos
ha producido el abaratamiento de los sistemas de calentamiento por
inducción, permitiendo su introducción en el mercado de consumo. El
calentamiento por inducción se utiliza en numerosos procesos
industriales de metales, lo que ha ocasionado que la tendencia haya
cambiado.
2.3 Aspecto económico
Como consecuencia de una mayor oferta se ha generado más
competencia, una reducción de los precios y mejor información para los
consumidores, es decir para la organización que la adquiere;
beneficiándola en la reducción adicional del costo de energía en la
demanda de potencia de pico, así también en la reducción del tiempo de
inactividad y los costos de mantenimiento. Un ejemplo puede ser el
moldeo de los polímeros de alta temperatura y el enfriamiento de las
superficies expuestas, para aumentar la seguridad del operador.
3. Alcance
El propósito de esta investigación es beneficiar a la eficiencia del
calentamiento por inducción, que permita un mayor desarrollo de los
trabajadores en la ejecución del montaje de rodamientos de motores
eléctricos de 5 hp hasta 2500 hp, permitiendo que las aplicaciones
relacionadas mejoren en cuanto a los factores y características de los
productos, racionalizando la capacidad de la fuente de alimentación y la
cantidad de cambio de temperatura requerido para la aplicación.
58
4. Operacionalización de variables de investigación
5. Interrogantes de la investigación
- ¿Puede ser importante el sistema de calentamiento por inducción
eléctrica, en un generador de corriente alterna?
- ¿Cómo influye la bobina inductora en el sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, según sus tipos y características?
- ¿Se debe considerar a las generaciones de motores eléctricos, en el
montaje de sus rodamientos?
- ¿Existe el conocimiento pertinente de las innovaciones en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos?
6. Marco referencial
6.1 Conceptos propios
PÉRDIDAS DE ENERGÍA
Las pérdidas de energía de cualquier maquina se convierten en calor,
originándole una elevación de la temperatura que depende de la
capacidad de absorción del calor, de los distintos materiales que la
componen, así como la facilidad con que el calor puede ser conducido,
radiado y disipado de cualquier otra forma.
VARIABLE INDICADORES SUBINDICADORES
Sistema de calentamiento por inducción eléctrica
Generador de corriente alterna
Espiras
Campo magnético
Bobina inductora Tipos
Características
Montaje de rodamientos de motores eléctricos
Generaciones Estándares
Temperaturas
Innovaciones Durabilidad
Momento de fricción
59
TEMPERATURA LÍMITE
La temperatura máxima a la que puede llegar una maquina está
condicionada por el material aislante de la misma, ya que sobrepasando
la temperatura de trabajo del aislante, el mismo se degrada y pierde sus
propiedades aislantes y por lo tanto se acorta laida útil, o bien se
destruye si la temperatura toma un valor muy alto.
APORTE RELATIVO DE LOS MOTORES
Dentro de una instalación o planta industrial, los motores proporcionan
una energía mecánica que sirve a su vez a otros medios de producción,
que individual o colectivamente pueden ser más importantes que un
motor determinado, por muy caro que éste sea.
PROTECCIÓN DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS
Si bien desde el punto de vista eléctrico, el motor debe considerarse
como una carga, no debe perderse la perspectiva de que las
protecciones eléctricas proporcionan cierta cobertura a la maquina
conducida. No obstante, ante un fallo interno del motor, el resto del
sistema eléctrico debe preservarse de la extensión del dafio, lo que se
logra con una selección y ajuste adecuado de las protecciones del motor.
TAMAÑO DE LOS MOTORES
Si bien el temario del motor no es en principio un factor técnico limitativo
a la hora de diseñar un sistema de protección (incluso un motor de
potencia muy baja podría protegerse con todos los dispositivos existentes
en el mercado), indudablemente habrá que evaluarse el impacto que un
fallo de tal motor producirá en la red.
REBOBINADO DE MOTORES
El rebobinado tradicional de motores, consiste en extraer las bobinas del
motor junto con sus aislaciones, determinar la cantidad de vueltas por
bobina y el calibre de conductor, luego rehacer el bobinado idéntico al
original.
60
MOTORES TRIFASICOS DE POLOS CONMUTABLES
Los motores de polos conmutables pueden ejecutarse con un devanado
normal de grupos de bobinas o de bobinas, prefabricado de una o dos
capas, predominando los últimos. La idea de superar la desventaja del
motor trifásico asíncrono, solventando sin pérdidas la regulación de
velocidad, mediante unos devanados de polos conmutables.
MOTORES DE INDUCCIÓN
Las bases teóricas del comportamiento del motor de inducción, están en
su principio de operación y las ecuaciones matemáticas necesarias, para
entender el por qué es posible medir la eficiencia del motor con el
método establecido, también hay que definir la relación de la potencia de
salida y el factor de carga medido con el método de deslizamiento.
ROTOR DEVANADO
Está provisto con embobinados similares a aquellos del estator con el
cual está asociado, el rotor debe embobinarse con el mismo número de
polos que el estator, el número de fases en el rotor no necesita ser el
mismo que el estator, aunque en términos generales siempre es el
nodismo
CALENTADOR
Es un equipo que se encarga de trasmitir energía calorífica a través de
conducción entre metales para endurecer, unir o ablandarlos, basándose
en un control y eficiencia energética.
RODAMIENTOS
Son piezas de una maquinaria que se utilizan para transmitir energía
mecánica en movimiento giratorio, y a la vez transmitir fuerzas entre dos
o más componentes, estas piezas transmiten cargas en una dirección
radial o una dirección axial.
61
INDUCCIÓN ELÉCTRICA
Es un proceso mediante el cual, campos magnéticos generan campos
eléctricos, este campo eléctrico generado en un material conductor,
generara una inducción de corriente eléctrica en dicho conductor.
TEMPERATURA
Es una magnitud que mide el nivel térmico o el calor que un cuerpo
posee, también llamada una propiedad que fija el sentido del flujo de
calor, ya que este siempre pasa del cuerpo que posee temperatura más
alta, al que presenta más baja.
PARÁMETROS MECÁNICOS
Son variables que permiten reconocer, dentro de un conjunto de
elementos a cada unidad por medio de su correspondiente valor
numérico, las cuales toman características sobre el equilibrio de los
cuerpos y las fuerzas que estas producen.
MONTAJE
Es un procedimiento mediante el cual se instala una pieza, las cuales
pueden ser o tratarse de piezas de la misma naturaleza de piezas, para
así unir varios equipos de iguales o diferentes materiales.
6.2 Marco institucional
NORMAS GENERALES QUE RIGEN LOS CAMBIOS DE
CARACTERÍSTICAS
El cálculo trazado y ejecución del bobinado de un motor para corriente
alterna no siempre se hace en una maquina nueva, o en una existente,
repitiendo el diseño original. Son numerosas las ocasiones en que se
debe rebobinar un motor para cambiar sus características, ya sea la
tensión de Hnea, la frecuencia, la velocidad de giro o el número de
fases.
62
Los cambios de otras características son menos frecuentes y su
posibilidad es problemática por ejemplo, puede reducirse la potencia,
pero generalmente, no es fácil aumentarla, y cabe preguntarse para que'
se desea reducirla. El cambio de fases queda casi siempre limitado a la
transformación de motores en trifásicos y viceversa. Estos cambios de
características llevan casi siempre al rebobinado del motor y están
sujetos a ciertas normas que deben ser respetadas, o por lo menos,
saber que ocurre cuando no se las puede tener en cuenta
NORMA ANSI/ABMA 19.1:2011
Es la reglamentación sobre los rodamientos cónicos y radiales, que son
usados en aplicaciones industriales y automotrices, define las tolerancias
para las dimensiones generales exteriores, prácticas de medición,
accesorios de montaje y métodos de evaluación de capacidad de carga,
también hace referencia a las exigencias de las tolerancias, dimensiones
de los mismos que afectan su intercambiabilidad en el mercado, así
como el rendimiento de vida útil, en condiciones normales de operación,
según los estándares internacionales.
ISO STANDARD 578:1987
La norma ISO STANDAR 578:1987, trata sobre rodamientos radiales y
sus tolerancias en el diseño.
IMPORTANCIA RELATIVA DE LOS MOTORES
Dentro de una instalación o planta industrial los motores proporcionan
una energía mecánica que sirve a su vez a otros medios de producción
que individual o colectivamente pueden ser más importantes que un
motor determinado por muy caro que este sea.
En este contexto puede señalarse que siempre debe sopesarse si el
empleo de una protección que impida una avería en un motor
determinado (quitándole de servicio), no producirá un inconveniente
mayor en el sistema productivo.
63
PLANTEAMIENTO DE MOTORES GRANDES Y PEQUEÑOS
Si bien el tamaño del motor no es en principio un factor técnico limitativo
a la hora de diseñar un sistema de protección (incluso un motor de
potencia muy baja podría protegerse con todos los dispositivos
existentes en el mercado), indudablemente habrá que evaluarse el
impacto que un fallo de tal motor producirá en la red. El modo en que
incidirá un motor sobre la red a la que esté conectado puede evaluarse a
través de la comparación de la potencia de cortocircuito del motor frente
a la red y de la caída de tensión que se producirá en las barras en el
momento de la falla.
DECRETO SUPREMO N° 004-2016-EM
Artículo 1.- Reemplazo de equipos energéticos
Las entidades y/o empresas públicas en la medida que requieran
adquirir o reemplazar equipos energéticos, deben ser reemplazadas o
sustituidas por la tecnología más eficiente que exista en el mercado al
momento de su compra. Para tal efecto, el Ministerio de Energía y
Minas, mediante Resolución Ministerial, establece los lineamientos y/o
especificaciones técnicas de las tecnologías más eficientes de equipos
energéticos previo procedimiento de homologación previsto en la Ley de
Contrataciones del Estado.
DECRETO SUPREMO Nº 009-2017-EM REGLAMENTO TÉCNICO
SOBRE EL ETIQUETADO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA
EQUIPOS ENERGÉTICOS
El Reglamento Técnico sobre el Etiquetado de Eficiencia Energética
para Equipos Energéticos, tiene como objetivo establecer la obligación
del Etiquetado de Eficiencia Energética de los Equipos Energéticos. Así
como los requisitos técnicos y rangos de eficiencia energética para la
clasificación de los mismos, a fin de proteger el medio ambiente y
salvaguardar el derecho a la información de los consumidores y
usuarios.
64
El Reglamento Técnico sobre el Etiquetado de Eficiencia Energética para
Equipos Energéticos está enfocado a los siguientes equipos y/o
artefactos: lámparas de uso doméstico y usos similares para iluminación
general; balastos para lámparas fluorescentes de uso doméstico y similar
para iluminación general; aparatos de refrigeración de uso doméstico;
calderas; motores eléctricos trifásicos asíncronos o de inducción con
rotor de jaula de ardilla.
6.3 Marco teórico
GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA (1)
El aprovechamiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos para
producir energía y movimiento ha constituido una de las grandes
preocupaciones de la ciencia y la ingeniería desde el siglo XIX. En la
actualidad, el uso de generadores y motores con tales fines se ha hecho
habitual en la mayoría de los ingenios utilizados a escala científica,
industrial y doméstica.
Generadores y motores
La energía eléctrica puede utilizarse como fuente y destino de
numerosas aplicaciones. Para su producción y aprovechamiento se usan
dos clases generales de dispositivos:
Los generadores, que convierten algún tipo de energía (química,
mecánica) en eléctrica.
Los motores, que efectúan una transformación inversa y usan esa
energía eléctrica para generar movimiento.
Estos dos tipos de elementos pueden emplear corrientes continuas (que
circulan siempre en el mismo sentido) o corrientes alternas (donde el
sentido de la corriente se invierte periódicamente).
Fuerza electromotriz y contraelectromotriz
La acción de los generadores de corriente viene definidos por una
magnitud llamada fuerza electromotriz (f.e.m.), representada
habitualmente por el símbolo.
65
La f.e.m. se define como la energía eléctrica que comunica el generador
a cada unidad de carga que circula por él:
En un circuito de corriente continua, la potencia del generador puede
expresarse como el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad
de corriente. En los motores, las cargas eléctricas que los atraviesan
pierden energía eléctrica, que se convierte en mecánica. Su
característica principal es la fuerza contraelectromotriz o energía
eléctrica cedida por el motor a la unidad de carga eléctrica. Es decir:
Producción de energía eléctrica
Los generadores de corriente alterna constituyen el medio industrial más
común de producción de energía eléctrica. Estos dispositivos se basan
en el aprovechamiento de los fenómenos de la inducción
electromagnética.
Según la ley de Faraday, la fuerza electromotriz alterna inducida en la
espira será:
Siendo B la densidad del campo magnético, A el área de la espira, w la
velocidad angular de giro y a el ángulo formado por el campo magnético
y el vector representativo del área (normal a la superficie).
El signo (-) de la formula, indica que la fuerza electromotriz incluida
surge para oponerse al cambio en el flujo magnético que se produce en
la espira.
66
Esquema básico de producción de energía eléctrica a partir de energía mecánica, que se basa en el uso de una espira susceptible de giro en sentido transversal a la
dirección de un campo magnético uniforme.
Alternadores
Los dispositivos generadores de corrientes eléctricas alternas se llaman
alternadores. Un alternador consta básicamente de dos elementos: el
rotor, que provoca el giro del conjunto, y el estator, que rodea al anterior
y rota alrededor de su eje.
Motores de corriente alterna
Los generadores de corriente alterna o alternadores pueden utilizarse
también como motores para generar energía mecánica a partir de la
eléctrica.
Para ello basta con conectar las escobillas de un alternador con otro
generador de alterna, con el fin de inducir una reorientación y un giro
indefinido de la espira del segundo alternador mientras exista aporte de
corriente.
67
Al conectar entre sí dos alternadores y activar mecánicamente el
primero, éste se convierte en un motor que induce un giro indefinido de
la espira del segundo. (1)
(2) Un generador eléctrico es un dispositivo capaz de mantener una
diferencia de potencial entre dos puntos, llamados polos, terminales o
bornes. Los generadores más utilizados son los que producen corriente
alterna.
El generador de corriente alterna más sencillo es el formado por una
espira que gira en un campo magnético uniforme. Al girar la espira se
produce una variación del flujo a través de la superficie limitada por la
espira, debida a las distintas orientaciones de ésta.
68
Supón que la espira gira con una velocidad angular constante ω. El
ángulo girado por la espira = ω t. El flujo magnético es:
= B S cos = B S cos ω t
Si se aplica la ley de Faraday, la fuerza electromotriz inducida en la
espira vale:
En esta expresión la fem es una función sinusoidal, por lo que la
polaridad varía cada semiperíodo. Si la espira gira continuamente, la
corriente inducida cambia su sentido de forma alternada y es por lo que
se denomina corriente alterna.
La expresión se denomina fem máxima y se obtiene
cuando el es 1:
Si en vez de hacer girar una espira hubieras hecho girar una bobina,
formada por N espiras, la fuerza electromotriz inducida vendría dada por:
Y la fem máxima:
69
El dispositivo anterior es un alternador, es decir, un dispositivo que
permite transformar energía mecánica en energía eléctrica. El imán que
genera el campo magnético se denomina inductor y la bobina en la que
se induce la fuerza electromotriz recibe el nombre de inducido. Los dos
extremos de hilo conductor del inducido se conectan a unos anillos
colectores que giran junto con la bobina. Las escobillas, en contacto
permanente con los anillos colectores, transmiten la fem a los bornes del
generador. En los alternadores prácticos, el inducido está fijo y es el
inductor el que se mueve, de este modo no son necesarios los anillos
colectores ni las escobillas.(2)
ESPIRAS DE UN GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA (3)
El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la
energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta
de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El
movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de
una turbina accionada por una corriente de agua en una central
hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el
primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se
transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la
energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u
otro combustible fósil. Cuando la espira gira, el flujo del campo
magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una
fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con
la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo
se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.
70
Si conectamos una bombilla al generador veremos que por el filamento
de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga
incandescente, y emite tanta más luz cuanto mayor sea la velocidad con
que gira la espira en el campo magnético. Con este ejemplo,
completamos las tres formas que hay de variar con el tiempo el flujo de
un campo magnético a través de una espira, F =B·S, como producto
escalar de dos vectores, el vector campo B y el vector superficie S:
Cuando el campo cambia con el tiempo
Cuando el área de la espira cambia con el tiempo
Cuando el ángulo entre el vector campo B y el vector superficie S
cambia con el tiempo.
Ley de Faraday y ley de Lenz
Supongamos que la espira gira con velocidad angular constante w. Al
cabo de un cierto tiempo t el ángulo que forma el campo magnético y la
perpendicular al plano de la espira es w t. El flujo del campo magnético B
a través de una espira de área S es
=B·S=B·S·cos ( t)
La fem en la espira se puede apreciar en el diagrama:
71
La fem Ve varía sinusoidalmente con el tiempo, como se muestra en la
figura. La fem alcanza su valor máximo en valor absoluto cuando w t=p/2
ó 3p/2, cuando el flujo F es mínimo (el campo magnético está en el plano
de la espira), y es nula cuando w t=0 ó p, cuando el flujo es máximo (el
campo magnético es perpendicular al plano de la espira).
Sentido de la corriente inducida
Aplicando la ley de Lenz podemos determinar el sentido de la corriente
inducida. El sentido viene determinado por el movimiento de portadores
de cargas positivos representados por puntos rojos.
Fuerza sobre los portadores de carga
El sentido de la corriente inducida lo podemos determinar a partir de la
fuerza sobre un portador de carga positivo imaginariamente situado en el
lado a de la espira. Como ya hemos estudiado la fuerza fm que ejerce un
campo magnético B sobre un portador de carga positivo que se mueve
con velocidad v es el producto vectorial.
En la figura, se ha dibujado el vector velocidad cuyo módulo es v=·b/2
y el vector campo B en la posición que ocupa un portador de carga
positivo representado por un punto de color rojo.
72
Como v y B forman el ángulo wt, el módulo de la fuerza es:
fm=q (b/2) B·sen ( t)
El campo En =fm/q que impulsa las cargas (fuerza por unidad de carga
positiva) es:
En= (b/2)B·sen( t)
La fem Ve es:
Como puede verse en la figura, En es paralelo a los lados de longitud a
de la espira, pero es perpendicular a los lados de longitud b y por tanto,
el producto escalar En·dl en estos dos lados es nulo.
El sentido de la corriente inducida es el mismo que el sentido de fm o de
En (fuerza sobre la unidad de carga positiva). Se ha obtenido la fem y el
sentido de la corriente inducida, por dos procedimientos distintos, la ley
de Faraday para obtener la fem y la ley de Lenz para determinar el
sentido de la corriente inducida. Y la fuerza sobre los portadores de
carga positivos situados en la espira. (3)
CAMPO MAGNÉTICO DE UN GENERADOR DE CORRIENTE
ALTERNA (4)
Campo magnético en el funcionamiento de un generador eléctrico
llamados abreviadamente generador eléctrico y motor son máquinas
eléctricas. Se emplean para la transformación de la energía.
73
La maquinas eléctricas como transformadores de energía son
imprescindibles para el desarrollo de nuestra vida diaria y del mundo de
la técnica. El generador eléctrico constituye un invento hecho en el siglo
XIX, los cuales han sido revolucionados por la humanidad. La palabra
“generador eléctrico” es de origen latino. El generador eléctrico eléctrico,
llamado antiguamente maquina dinamoeléctrica, transforma la energía
mecánica en eléctrica. Para la transformación de la energía rige el
principio de la conservación de la energía (establecido en 1847 por
Robert von Mayer y Herman von Helmholtz):
En todos los procesos de la naturaleza, ligados a la transformación de
energía, permanece invariable la suma de las energías que, formando
parte de un sistema cerrado, participan en el proceso. Según este
principio, un tipo de energía puede transformarse en otro sin que durante
este proceso se pierda o gane energía. El funcionamiento de los
generador eléctricos se basa en la acción que se estable entre la
corriente eléctrica y el campo magnético. Por esta razón es necesario
conocer algo acerca de los efectos de la corriente eléctrica y el campo
magnético. Para desarrollar este tema es especialmente importante
conocer el efecto magnético de la corriente eléctrica. Esta es la base
para comprender los procesos físicos que tienen lugar en los
generadores eléctricos. Las representaciones simplificadas que más
adelante se ofrecen, exponen este efecto basado en las leyes de la
naturaleza, para que sea más fácil su comprensión. Si por un conductor
circula una corriente eléctrica, en sus inmediaciones se crea un campo
magnético, que es una zona en la que se ejercen fuerzas magnéticas.
Hay que imaginarse el espacio recorrido por líneas de un campo
magnético, las cuales solo son para nosotros una forma de
representación. (La existencia de estas líneas del campo magnético
puede visualizarse, por ejemplo, colocando limaduras de hierro sobre
una placa de cristal). La totalidad de las líneas del campo constituyen el
flujo magnético (comúnmente llamad “Fi”). La densidad de las líneas del
campo magnético, es decir la cantidad de líneas que hay por unidad de
superficie, da a conocer la intensidad en el punto considerado.
74
El flujo magnético por unidad de superficie se llama intensidad de flujo
magnético o inducción magnética. El flujo magnético establecido
alrededor de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica, es
representado mediante líneas. Dichas líneas de campo son concéntricas
respecto a su eje. Se ha convenido decir que las líneas de campo
magnético circundan al conductor en sentido horario cuando se mira en
el mismo sentido de paso de la corriente. Por lo tanto la intensidad del
campo magnético decrece a medida que se aleja del eje del conductor,
puesto que cada unidad de superficie contiene menos líneas de fuerza.
El campo magnético que se establece en el aire circundante a un solo
conductor recorrido por una corriente eléctrica, es muy débil. En los
generadores eléctricos se necesita (normalmente) fuertes campos
magnéticos, esto se podría conseguir:
Elevando la intensidad de la corriente que pasa por un conductor a
arrollando el conductor recto para formar varias s que constituyen una
bobina, esta es una forma de conseguir una gran longitud de conductor y
por lo tanto, siendo igual la intensidad de la corriente, un fuerte flujo
magnético concentrado en un lugar. Utilizando un núcleo de hierro, una
bobina magnética está formada por varias espiras (w) de un conductor
eléctrico. Un conductor arrollado de esta forma de le llama un solenoide
(bobina con núcleo de aire). La causa de la amplificación del flujo
magnético mediante una bobina radica en la adición de los campos
magnéticos de cada una de las espiras. Si se eleva el número de espiras
se refuerza todo el campo magnético de la bobina.
Fuera del solenoide se ensancha y se vuelve a cerrar en sí mismo
formando arcos de mayor p menor extensión alrededor del arrollamiento.
El sentido del campo magnético de una bobina, dependiente del sentido
de paso de la corriente, se puede determinar siguiendo la regla de la
mano derecha. Un conductor eléctrico dispuesto formando espiras para
constituir una bobina, cuando está recorrido por una corriente eléctrica,
adquiere propiedades magnéticas similares a las formas de
comportamiento generales de un imán permanente.
75
El punto de salida del campo magnético de una bobina se designa, al
igual que con los imanes permanentes, polo norte (N) Y el de entrada
como polo Sur (S). Mientras en el interior de la bobina magnética no
haya más que aire, el flujo magnético que recorre es reducido puesto
que el aire es un mal conductor magnético. Por el contrario, hay otros
materiales que presentan una buena conductividad magnética y se
llaman ferromagnéticos en los que figuran, el hierro, níquel, cobalto y
diversas aleaciones. Para los generadores eléctricos se pueden utilizar
planchas de aleaciones y chapa de acero. Un núcleo de material
ferromagnético, colocado en el interior de una bobina, puede aumentar
la magnitud del flujo magnético sin tener que elevar la intensidad de la
corriente ni el número de espiras. La causa de este incremento del flujo
radica en la alineación que experimentan los imanes elementales en el
núcleo de hierro, como consecuencia del campo de la bobina magnética.
La combinación de un núcleo de hierro con un solenoide se llama
electroimán. El electroimán se diferencia del imán permanente en que al
desconectar la corriente desaparecen sus propiedades magnéticas
(salvo un magnetismo residual llamado “remanente”). Los electroimanes
encuentran aplicación, en los polos que sirven para excitar las máquinas
de corriente continua, generadores eléctricos monofásicos y trifásicos.
Por lo tanto aprovechando las propiedades magnéticas de los materiales
ferromagnéticos, y dando la forma apropiada al núcleo de hierro, se
puede dirigir convenientemente el flujo magnético, aspecto esencial el
óptimo funcionamiento de todo generador eléctrico. Siguiendo este
principio se construyen las partes esenciales de hierro de los
generadores eléctricos, con el fin de que conduzcan el flujo magnético
en la forma adecuada. (4)
(5) Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte energía
mecánica en energía eléctrica. Mantiene por tanto una diferencia de
potencial entre dos puntos denominados polos.
76
Por la ley de Faraday, al hacer girar una espira dentro de un campo
magnético, se produce una variación del flujo de dicho campo a través
de la espira y por tanto se genera una corriente eléctrica.
En la figura anterior, la espira rectangular rota dentro de un campo
magnético, por lo que el flujo del campo a través de ella varía. Se crea
una corriente que circula por la espira, por lo que entre los bornes
(representados en verde) aparece una diferencia de potencial ΔV (fuerza
electromotriz inducida). En las centrales de generación de energía
eléctrica (nucleares, térmicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el
generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de
una turbina, accionada dependiendo del tipo de central por vapor de
agua, aire o agua. En la figura inferior se ha representado
esquemáticamente el sistema de generación de energía eléctrica de una
central hidráulica. (5)
CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN ELÉCTRICA (6)
El calentamiento por inducción es un proceso que se utiliza para
endurecer, unir o ablandar metales u otros materiales conductivos. En
procesos modernos de fabricación, el calentamiento por inducción ofrece
una atractiva combinación de velocidad, consistencia, control y eficiencia
energética. Los principios básicos del calentamiento por inducción se
han aplicado a la fabricación desde los años 20.
77
Durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología se desarrolló
rápidamente para cumplir con los requisitos urgentes en tiempos de
guerra: crear procesos fiables y rápidos para endurecer las piezas
metálicas del motor. Recientemente, el foco sobre las técnicas de
eficiencia productiva (“lean manufacturing”), y el énfasis sobre el control
de calidad mejorado han liderado el redescubrimiento de la tecnología
de inducción en paralelo al desarrollo de sistemas de potencia para
inducción de estado sólido con un control preciso. Cuando una corriente
alterna se aplica al primario de un transformador, se genera un campo
electromagnético. Según la Ley de Faraday, si el secundario del
transformador se coloca dentro del campo magnético, se induce una
corriente eléctrica.
En una configuración básica de calentamiento por inducción, una fuente
de alimentación genera una corriente alterna que atraviesa un inductor
(normalmente una bobina de cobre) y la pieza a calentar se sitúa dentro
de dicho inductor. El inductor actúa de primario del transformador y la
pieza de circuito secundario. Cuando la pieza metálica es atravesada por
el campo magnético, se inducen corrientes de Foucault en dicha pieza.
Tal y como se muestra en la imagen anterior, las corrientes de Foucault
fluyen contra la resistividad eléctrica del metal, generando un calor
localizado y preciso sin ningún contacto directo entre la pieza y el
inductor.
78
Este calentamiento ocurre con piezas magnéticas y no-magnéticas, y a
menudo se conoce como “Efecto Joule” que hace referencia a la primera
ley de Joule (fórmula científica que expresa la relación entro calor
producido y corriente eléctrica a través de un conductor).
Beneficios del calentamiento por inducción
¿Por qué elegir calentamiento por inducción en lugar otros métodos
como convección, radiación o llama? A continuación se resumen las
principales ventajas que el calentamiento por inducción ofrece para la
fabricación:
- Productividad máxima
Las tasas de productividad pueden maximizarse porque la inducción es
muy rápida: el calor se genera directa e instantáneamente en la pieza
(ejemplo, más de 1000ºC en menos de un segundo en algún caso). El
arranque para el calentamiento es virtualmente instantáneo, no es
necesario precalentar ni enfriar. El proceso de calentamiento por
inducción se completa en la planta de fabricación, próximo a la
máquina de deformación fría o caliente, en lugar de enviar lotes de
piezas a un horno remoto o subcontrata.
- Eficiencia energética
Este proceso es el único realmente eficiente desde el punto de vista
energético. Convierte la energía consumida en calor útil en hasta un
90%; los hornos por lotes lo hacen generalmente hasta un 45%.
Además como no necesita ni precalentamiento ni enfriamiento en los
ciclos de trabajo, las pérdidas de calor en stand-by (cuando no trabaja)
se reducen a mínimos.
- Control y automatización del proceso
El calentamiento por inducción elimina las inconsistencias y los
problemas de calidad que se producen con llama, soplete u otros
métodos.
79
Una vez el sistema está calibrado y en marcha, no hay lugar a las
desviaciones, los patrones de calentamiento son repetibles y
consistentes. Con las fuentes de alimentación de GH se consiguen
temperaturas precisas que proporcionan resultados uniformes; la
fuente se puede arrancar y apagar instantáneamente. Con un lazo
cerrado de control de temperatura, los sistemas avanzados de
calentamiento por inducción tienen la capacidad de medir la
temperatura de cada pieza individualmente.
- Calidad del producto
Con inducción, la pieza tratada nunca entra en contacto directo con
llama u otro elemento de calor, el calor se induce en la pieza
directamente a través de una corriente alterna. Como resultado, las
tasas de alabeo del producto, la distorsión y el rechazo se reducen al
mínimo. Para maximizar la calidad del producto, la pieza se puede
aislar en una cámara cerrada con atmósfera controlada con vacío,
inerte o reducida para eliminar los efectos de la oxidación.
- Energía verde
Los sistemas de calentamiento por inducción no se queman como los
combustibles fósiles tradicionales. La inducción es un proceso limpio,
no contaminante que ayuda a proteger el medioambiente. Un sistema
de inducción ayuda a mejorar las condiciones de trabajo para los
empleados ya que elimina el humo, el calor excesivo, las emisiones
tóxicas y el ruido. El calentamiento es seguro porque no pone en
peligro al operador, y al no utilizar llama abierta, no oscurece el
proceso. Los materiales no conductivos no se ven afectados por lo que
pueden situarse próximos a la zona donde se está calentando sin
ningún daño.
Utilizar soluciones de inducción de GH significa mejorar la operación y
el mantenimiento de la instalación de inducción ya que se minimizan
paradas de producción, se reduce el consumo energético y se
incrementa el control de la calidad de las piezas. (6)
80
BOBINA INDUCTORA (7)
Los inductores son elementos pasivos como las resistencias y
capacitores pero, que tienen la característica de almacenamiento de
energía en forma de campo magnético. La forma más simple de inductor
es una bobina de alambre que tiene tendencia a mantener su campo
magnético una vez establecido. Las características del inductor son
resultado directo de la ley de inducción de Faraday, la cual establece:
Donde lambda (𝜆) es el flujo magnético total a través de los devanados
de la bobina debido a la corriente. El flujo magnético se mide en webers
(Wb). En la Figura se muestran las líneas de campo magnético que
rodean a un inductor. La dirección sur a norte de las líneas del campo
magnético, que se muestra con puntas de flecha en la Figura, se
encuentra usando la regla de la mano derecha para una bobina. La
regla establece que, si se enrollan los dedos de la mano derecha en la
dirección del flujo de corriente a través de la bobina, el pulgar apuntará
en la dirección del norte magnético.
Para una bobina ideal, el flujo es proporcional a la corriente:
λ= LI
Donde 𝐿 es la inductancia de la bobina, que se supone es constante. La
unidad de medición de inductancia es el Henry (𝐻=𝑊𝑏/𝐴). Al usar las
anteriores dos ecuaciones, la relación voltaje-corriente de un inductor se
puede expresar como:
81
Dónde:
V es la tensión en el inductor [Volt]
L es la inductancia del inductor [Henry]
dI/dt es la velocidad de cambio de la transformación de corriente
[(Volt)(seg)/Ampere].
El inductor al estar formado de espiras de cable, el campo magnético
circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.
Una característica interesante del inductor es que se oponen a los
cambios bruscos de la corriente que circula por ellos. Esto significa que,
a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser
conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente
continua) ésta intentará mantener su condición anterior. Los
componentes inductores típicos varían en valor de 1 𝜇𝐻 a 100 𝑚𝐻. La
inductancia es importante a considerar en los motores, relevadores,
solenoides, algunas fuentes de poder y circuitos de alta frecuencia.
Aunque algunos fabricantes tienen sistemas de codificación para los
inductores, no hay un método estándar. Con frecuencia, el valor se
imprime directamente en el dispositivo, por lo general en 𝜇𝐻 o 𝑚𝐻. La
inductancia es la oposición al cambio de la corriente que fluye por el
inductor, su valor depende de las dimensiones físicas del inductor y de la
permeabilidad del material con que está hecho el núcleo.
Para un inductor, la inductancia está expresada por:
82
Dónde:
N corresponde al número de vueltas
ℓ es la longitud
A es el área de la sección transversal
μ es la permeabilidad del núcleo
El valor de la inductancia puede aumentar por tres factores:
Una mayor área de la sección transversal o menor longitud de la
bobina.
Un mayor número de vueltas de la bobina
Una mayor permeabilidad del material conductor que la del núcleo
Símbolos del Inductor
Tal como las resistencias eléctricas y los capacitores, los inductores
también pueden ser tipo fijo o variable, la simbología de éstos se
presenta en las siguientes figuras:
El símbolo de núcleo de aire
El símbolo para el núcleo de hierro
El símbolo para núcleo de ferrita
El símbolo para núcleo variable de hierro
83
Valor de un Inductor
Teóricamente los inductores adoptan cualquier valor como las
resistencias eléctricas o capacitores, pero en el mercado solo se
adoptan ciertos valores que normalmente van en el rango de los
microHenrys a los Henrys, así como el material con el que está
construido el núcleo puede ser aire, plástico, hierro.
Un inductor no ideal tiene un modelo con una resistencia de devanado
en serie debida al material conductor así como una capacitancia de
devanado debida al acoplamiento capacitivo entre las bobinas
conductoras. Por su valor tan pequeño pueden despreciarse en la
mayoría de las aplicaciones, excepto la capacitancia para altas
frecuencias.
Tipos de Inductores:
- Según el núcleo o soporte:
Núcleo de aire
Núcleo de hierro
Núcleo de ferrita
- Según la frecuencia de la corriente aplicada:
Alta frecuencia
Baja frecuencia
84
- Según el recubrimiento:
Plástico
Resina
Metal
- Según la característica de su valor:
Fijos
Ajustables
- Según el tipo de montaje:
Inserción
SMD
Valor de un Inductor
Los valores importantes que debemos conocer son la inductancia
eléctrica, y tolerancia. Estos valores se indican en el encapsulado
dependiendo del tipo de éste. El primer paso para la lectura de un
inductor, es la comprensión de lo que significa cada banda:
- La primera banda que corresponde al extremo izquierdo es la que
representa el dígito más significativo del inductor.
- La segunda banda representa el segundo dígito más significativo
- La tercera banda representa el tercer dígito más significativo del
inductor.
- La cuarta banda representa la potencia de 10 elevada al color
correspondiente y multiplicado por la primera, segunda y tercer
banda.
- La quinta banda representa la tolerancia del inductor (7)
TIPOS DE BOBINAS INDUCTORAS (8)
La palabra bobina proviene del francés “bobine”. Se define como una
pieza cilíndrica de algún tipo de material como cartón o plástico, que
está rodeada de un cable, hilo o cordel. También se llama de esta forma
a los rollos de papel que utilizan las imprentas.
85
En el campo de la electricidad se conoce como bobina a un componente
de los circuitos eléctricos, constituido por un componente conductor con
forma de hélice hueca. Este elemento, el cual funciona de forma pasiva,
se conoce con el nombre de inductor. Sirve para la acumulación de
energía en un campo magnético. El uso de estas bobinas, hechas
normalmente de alambre aislado, se emplea en el perfeccionamiento de
diferentes tipos de luces fluorescentes y fuentes de alimentación. Su
creador fue el inventor e ingeniero Nikola Tesla, quien en el siglo XIX
efectuó grandes adelantos en relación a las descargas eléctricas.
Bobinas fijas
Son aquellas cuyo valor está determinado y no es variable. Se dividen a
su vez en dos sub-tipos:
Con núcleo de aire: aquellas cuyo interior está hueco. Visualmente
son similares a una especie de muelle. Se usan para frecuencias
elevadas, en radios, televisores, transmisores, etc. Se caracterizan
por tener una inductancia baja. Dependiendo de lo que midan, de su
grosor y la cantidad de giros que presenten, variará su valor. Este
valor será limitado.
Solenoide: similar al tipo anterior, con la única diferencia es que el
aislamiento de las curvas que forman estas bobinas es diferente, y su
soporte no tiene por qué tener forma cilíndrica. Esta variante se usa
cuando se necesitan muchas espirales, e incluso pueden
considerarse como si fueran dos bobinas fijas que estuvieran ligadas.
De núcleo sólido: estas presentan permeabilidad magnética, lo que
las dota de elevados valores de ductividad o inductancia. Su núcleo
suele estar formado por ferrita o ferroxcube, aunque serviría que
fuera de cualquier material ferromagnético.
86
Bobina de ferrita y de ferrita para SMD
Que tiene aplicaciones importantes y prácticas en radio, puesto que
pueden funcionar como antenas, si se las sitúa junto al receptor.
Bobina de ferrita de nido de abeja
Usadas para sintonizar aparatos de radio de ondas medias y largas.
Esto es posible gracias a su forma, que permite obtener altos valores
inductivos a un volumen muy bajo.
Bobinas con núcleo toroidal
Que presentan una gran precisión y rendimiento gracias al flujo
magnético cerrado que se genera según su forma.
Bobinas variables
También denominadas bobinas ajustables. Estas presentan variaciones
en sus valores de inductancia según los movimientos producidos en su
núcleo.
Bobinas blindadas
Esta tipología hace referencia tanto a bobinas fijas como variables. Estas
son encerradas en el interior de un revestimiento metálico con forma
cuadrangular o cilíndrica.
87
El objetivo de esta cubierta en delimitar la potencia del flujo
electromagnético que se crea por la propia bobina en sí, y que puede
tener consecuencias negativas para los elementos del circuito que estén
cerca de ella.
Tipos de bobinas blindadas:
Bobinas generales o simples
Bobinas de núcleo variable
Bobina con núcleo de hierro-silicio
Con núcleo de ferrita
Bobina con tomas fijas de corriente
Bobina variable
Bobina variable escalonada
Bobina de polaridad de enrollado
Bobina ajustable
Bobina de inductancia
Bobina de accionamiento
Funcionamiento
Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un
campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el
que establece la ley de la mano derecha. Al estar el inductor hecho de
espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y
cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de
los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente
que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente
que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una
fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su
condición anterior.
Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a
una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que
se le aplica y la corriente que circula por ella.
88
Inductancia
La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la
corriente y se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de
MiliHenrios (mH). El valor depende de:
El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor
inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o
sea mayor valor en Henrios).
La longitud del cable de que está hecha la bobina
El tipo de material de que está hecho el núcleo, si es que lo tiene
Bobinas / inductores en serie
En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas o
inductores que están conectadas en serie o paralelo. Se presenta de
seguidamente el método a seguir para su simplificación. El cálculo del
inductor o bobina equivalente (LT) de inductores en serie es similar al
método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es
necesario sumarlas.
En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie la fórmula
a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores)
LT = L1 + L2 + L3
Bien para este caso particular. Pero si se quisiera poner más de 2 o 3
inductores, se usaría la siguiente fórmula:
LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN
Donde N es el número de bobinas colocadas en serie
Bobinas / inductores en paralelo
El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es
similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con capacitores. El caso
que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente
fórmula:
1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3
89
Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de
inductores, con la siguiente fórmula
1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 +.... 1/LN
Donde N es el número de inductores que se conectan en paralelo (8)
CARACTERÍSTICAS DE BOBINAS INDUCTORAS (9)
Los inductores o bobinas son elementos lineales y pasivos que pueden
almacenar y liberar energía basándose en fenómenos relacionados con
campos magnéticos. Una aplicación de los inductores, consistente en
bloquear ("choke" en inglés) las señales de AC de alta frecuencia en
circuitos de radio, dio origen a que con dicho término (choque) se haga
referencia a los inductores que se emplean en aplicaciones donde su
valor no es crítico y que por lo tanto admiten grandes tolerancias.
Básicamente, todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo
conductor. La inductancia resultante es directamente proporcional al
número y diámetro de las espiras y a la permeabilidad del interior del
arrollamiento, y es inversamente proporcional a la longitud de la bobina.
Permeabilidad magnética (m)
Es una característica que tiene gran influencia sobre el núcleo de las
bobinas respecto del valor de la inductancia de las mismas. Los
materiales ferromagnéticos son muy sensibles a los campos magnéticos
y producen unos valores altos de inductancia, sin embargo, otros
materiales presentan menos sensibilidad a los campos magnéticos. La
permeabilidad magnética nos indica con qué facilidad atraviesa el campo
magnético la materia, o sea si esta es buena conductora o no del campo
magnético. La permeabilidad es una característica magnética de la
materia (por ejemplo del aire, cartón, aluminio, hierro). La permeabilidad
como se verá es baja en el vacío y es elevada en materiales como el
hierro.
Permeabilidad magnética de un material = µ = Pr * µo
90
Unidades
m = metro
A = amperio
T = tesla
Wb = weber
H = Henrio
La permeabilidad magnética del aire y del vacío, es aproximadamente
igual.
Materiales diamagnéticos son aquellos que tienen valores para "Pr"
ligeramente menores que la unidad (por ejemplo, 0.999 984 para el
plomo sólido). Estos hacen disminuir ligeramente el valor de B en el
solenoide o toroide.
Materiales paramagnéticos son los que tienen valores para "Pr"
ligeramente mayores que la unidad (por ejemplo, 1.000 021 para el
aluminio sólido). Estos materiales incrementan ligeramente el valor de
"B" en el solenoide o toroide.
Materiales ferro magnéticos, como el hierro y sus aleaciones, cuentan
con valores para "Pr", de alrededor de 5000 o mayores y, por lo tanto,
aumentan dramáticamente el valor del campo B en un solenoide o
toroide.
Material permeabilidad relativa (Pr)
Aire 1.00
Aluminio 1.000023
Cobre 0.99999
Oro 0.999964
Plomo 0.999983
Plata 0.999974
Hierro dulce 5000
Permalloy 80 000 (9)
91
Factor de calidad (Q) (10)
Relaciona la inductancia con el valor óhmico del hilo de la bobina. La
bobina será buena si la inductancia es mayor que el valor óhmico debido
al hilo de la misma. El factor Q, también denominado factor de calidad o
factor de selectividad, es un parámetro que mide la relación entre la
energía reactiva que almacena y la energía que disipa durante un ciclo
completo de la señal. Un alto factor Q indica una tasa baja de pérdida de
energía en relación a la energía almacenada por el resonador. Es un
parámetro importante para los osciladores, filtros y otros circuitos
sintonizados, pues proporciona una medida de lo aguda que es su
resonancia.
Los sistemas resonantes responden a una frecuencia determinada,
llamada frecuencia natural, frecuencia propia o frecuencia de
resonancia, mucho más que al resto de frecuencias. El rango de
frecuencias a las que el sistema responde significativamente es el ancho
de banda, y la frecuencia central es la frecuencia de resonancia
eléctrica. También se define el factor de calidad para componentes, en
particular, para los varactores y cristales. El factor de calidad de circuitos
pasivos formados con resistencias, bobinas y condensadores es bajo,
inferior a 100, por el efecto de la resistividad del hilo de las bobinas,
principalmente, ya que para valores elevados de inductancia se
necesitan grandes longitudes de hilo. El uso de circuitos activos, que
funcionan como multiplicadores de inductancia o capacidad puede
mejorar el Q. Los cristales, que son resonadores piezoeléctricos, llegan
a valores de Q de varios miles.
En microondas, dependiendo de la frecuencia, las cavidades resonantes
pueden llegar a valores de Q extraordinariamente altos, debido a que las
únicas partes disipativas son las paredes de la cavidad. Estas pérdidas
se minimizan recubriendo de plata la parte interior de la cavidad. El
Comité Internacional de Protección Radiológica (ICRP) ha definido el
factor de calidad, denotado por el símbolo $Q$.
92
Este parámetro es una aproximación a los factores RBE. Está tabulado
en función del LET de la radiación.
Factor de calidad en función del LET
Al evaluar la efectividad biológica de la radiación nos encontramos con
incertidumbres a la hora de asignar los valores numéricos. De ahí que
los valores de Q se redondeen a, como mucho, dos decimales, puesto
que no es posible una cuantificación más precisa. (10)
SISTEMAS DE CALENTAMIENTO (11)
Los sistemas de calentamiento consisten en un circuito que combina las
tecnologías necesarias para aportar calor de forma eficaz a un
determinado proceso de producción industrial, garantizando la calidad
del producto final, la maximización de la productividad y la minimizando
de los costes energéticos. La eficacia de un sistema de calentamiento
industrial se determina por su capacidad para cumplir con los
requerimientos de calidad en un proceso de fabricación de un
determinado producto. Dichos sistemas incluyen todos los elementos y
tecnologías necesarias para calentar o derretir un determinado producto.
La eficiencia energética de un sistema de calentamiento industrial es un
aspecto clave, ya que dicho sistema debería ser capaz de fabricar un
producto con los estándares de calidad esperados y con el menor
consumo energético.
93
Los sistemas de calentamiento industrial eficientes permiten poner en
marcha un proceso productivo con menores necesidades energéticas
para cada unidad de producto calentada a una determinada temperatura.
Los sistemas de calentamiento industrial acostumbran a diseñarse en
torno a 4 fuentes principales de energía:
Tecnologías basadas en combustibles térmicos (aceite térmico)
Tecnologías basadas en la electricidad
Tecnologías basadas en agua-vapor
Procesos híbridos (11)
Calentadores eléctricos (12)
Los calentadores de agua eléctricos, que usan elementos resistivos,
tienen eficiencias de transferencia de calor de prácticamente el 100%, lo
que significa que toda la energía que requieren la convierte en calor.
Esto podría hacernos pensar que es un sistema perfecto, hasta que
vemos el precio de la energía eléctrica, un factor desmotiva su uso,
sobre todo en aplicaciones donde se requiere un consumo importante de
agua caliente. Desde el punto de vista de la ecología, debemos revisar
de donde proviene esta electricidad que alimenta los calentadores, pues
si la misma es generada con motores a combustión interna, la
contaminación es mayor que si usáramos directamente el combustible
para generar el agua cliente. Si la energía eléctrica que alimenta a los
calentadores proviene de una generación con fuentes renovables
(hidroeléctrica, eólica, geotérmica, etc.), el impacto ambiental será
prácticamente nulo.
Sin embargo, se puede añadir que éste posee grandes ventajas, pues
puede ser conseguidos los de tipo instantáneo, o sea que calientan el
agua en forma inmediata al hacer contacto con un elemento resistivo, o
como un tanque en el que se almacena agua a una temperatura
determinada por un termostato.
94
Bombas de calor
Otra familia la constituyen los generadores de agua caliente que utilizan
el circuito de refrigeración. Funcionan como un equipo de aire
acondicionado o un refrigerador, pero en lugar de usar en su operación
el evaporador del refrigerante (intercambiador frío), usan el
condensador, como el medio para transferir la temperatura al agua.
Entre los beneficios importantes encontramos además de la reducción
del consumo eléctrico, el aire de rechazo se puede volver a aprovechar
enfriando algún recinto o como renovación en el aire acondicionado,
pasa por un intercambiador, que lo enfría y lo seca parcialmente. Entre
sus desventajas se puede señalar que definen claramente el mercado
meta, pues estos equipos no alcanzan temperaturas muy altas en
comparación con otros sistemas, son un poco más ruidosos, debido a
que su operación requiere motores, ventiladores y compresores; los que
además ocupan más espacio que otros con capacidades parecidas y su
mantenimiento es similar al de los sistemas de aire acondicionado, lo
que implica un gasto mayor.
Calentadores de agua por combustión
Los sistemas que queman combustibles son, y serán probablemente, los
más utilizados por mucho tiempo, pues aunque su precio inicial es más
alto que el de los eléctricos, tienen un costo de operación muy bajo y
una capacidad de respuesta a la demanda muy rápida, sin mayor
instalación eléctrica que tener disponible un tomacorriente.
Entre sus mayores deficiencias está la contaminación que pueden
provocar al tomar su energía de un combustible fósil, pero podemos
realizar subdivisiones de un mismo tipo de calentador, pues algunos
usan combustibles que son menos contaminantes que otros, como por
ejemplo, el gas natural y el licuado (butano-propano o LPG). La dureza
del agua debe ser analizada con cuidado, pues los calentadores tipo
tanque sedimentan esas partículas haciendo al equipo menos eficiente
durante la transferencia de calor, mientras que los calentadores con
almacenamiento en tanque separado ya superaron este inconveniente,
95
pues calientan el agua en un punto y la almacenan en otro, por lo cual
los sedimentos se aglomeran en el tanque donde no hay transferencia
de calor.
Calentamiento con recuperación de calor de desecho
Se puede afirmar que una de las formas más recomendables de calentar
agua, por su beneficioso impacto ecológico, es la que funciona mediante
la recuperación del calor de cualquier proceso que deseche la energía
térmica. Un ejemplo es el de los aires acondicionados y/o chillers, que
usan el vapor como parte de su operación, con motores de combustión
interna, que usan intercambiadores; extrusoras que trabajan a alta
temperatura, que deben ser enfriadas por agua; generadores eléctricos.
Estas propuestas pueden llevar la temperatura del agua a las
condiciones deseadas o simplemente calentarla lo suficiente como para
que cualquier otro sistema la eleve al punto de diseño o a la necesidad
del cliente, lo que nos brinda un ahorro económico y la sensación de que
“estamos haciendo lo correcto” respecto a nuestra responsabilidad
ambiental, al recuperar energía que iba a ser desperdiciada. Otro
aspecto que se debe tomar en cuenta es que para aprovechar el calor
de desecho de cualquier proceso, es necesario usar circuitos cerrados
de agua, glicol (líquido de bajo punto de ebullición) o cualquier otro
refrigerante; para no contaminar el agua potable que se calienta y
afectarla con la “dureza” que trae el agua fría que viene de la calle.
Cuando la disponibilidad de energía no sea permanente, debe agregarse
al sistema un calentador paralelo que opere en ausencia de la fuente
generadora.
Calentadores solares
Respecto a este tipo de calentadores es posible decir muchas cosas y
muy positivas, como su ahorro energético y el bien que le hacen al
medioambiente, por usar este tipo de intercambiadores de calor, que es
una energía 100% renovable y por demás gratis.
96
Pero si todo esto es cierto, ¿por qué no la usamos en todas las
instalaciones? El costo de los mismos es el primer culpable, pues aún no
son “muy comerciales” y el periodo de retorno de la inversión, que varía
en función del tipo, del uso y el diseño, normalmente alcanza a entre 5 y
10 años. Es importante advertir que por ser un producto relativamente
nuevo a nivel comercial, hay casos en los que sus suplidores los instalan
en proyectos que no aprovechan eficientemente la energía disponible o
venden equipos que, incluso antes de alcanzar el periodo de retorno de
la inversión, no operan como debe ser a causa de las incrustaciones u
otros deterioros. En este caso es recomendable la asesoría técnica de
profesionales y de los fabricantes, los cuales cuentan con la experiencia
necesaria. Al igual que con los sistemas que recuperan la energía de
desecho, se debe contar con una buena capacidad de almacenamiento,
la que generalmente ocupa un espacio importante. (12)
MOTORES ELÉCTRICOS (13)
El motor eléctrico es la máquina destinada a transformar energía
eléctrica en energía mecánica. 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. Los tipos más comunes de motores eléctricos
son:
a) Motores de corriente continua
Son motores de costo más elevado y, además de eso, precisan una
fuente de corriente continua, o un dispositivo que convierta la
corriente alterna común en continua. Pueden funcionar con velocidad
ajustable, entre amplios límites y se prestan a controles de gran
flexibilidad y precisión. Por eso, su uso es restricto a casos
especiales en que estas exigencias compensan el costo mucho más
alto de la instalación y del mantenimiento.
97
b) Motores de corriente alterna
Son los más utilizados, porque la distribución de energía eléctrica es
hecha normalmente en corriente alterna. Los principales tipos son:
Motor síncrono: Funciona con velocidad fija, o sea, sin interferencia
del deslizamiento; utilizado normalmente para grandes potencias
(debido a su alto costo en tamaños menores).
Motor de inducción: Funciona normalmente con una velocidad
constante, que varía ligeramente con la carga mecánica aplicada al
eje. Debido a su gran simplicidad, robustez y bajo costo, es el motor
más utilizado de todos, siendo adecuado para casi todos los tipos de
máquinas accionadas, encontradas en la práctica.
Conjugado
El conjugado (también llamado par o momento) es la medida del
esfuerzo necesario para girar un eje. Por la experiencia práctica se
observa que para levantar un peso por un proceso semejante al
usado en pozos (figura) la fuerza F que es precisa aplicar a la
manivela, depende de la longitud E de la misma. Cuanto mayor sea
la manivela, menor será la fuerza necesaria. Si doblamos el tamaño
E de la manivela, la fuerza F necesaria será disminuida a la mitad.
98
Energía y Potencia Mecánica La potencia mide la “velocidad” con
que la energía es aplicada o consumida. En el ejemplo anterior, si el
pozo tiene 24,5 metros de profundidad, la energía gastada, o trabajo
(W) realizado para traer el balde desde el fondo hasta la boca del
pozo, es siempre la misma, valiendo: 20 N x 24,5 m = 490 Nm.
Energía y Potencia Eléctrica
Aunque la energía sea una sola cosa, la misma puede presentarse
de formas diferentes. Se conectamos una resistencia a una red
eléctrica con tensión, pasará una corriente eléctrica que calentará la
resistencia. La resistencia absorbe energía eléctrica y la transforma
en calor, que también es una forma de energía. Un motor eléctrico
absorbe energía eléctrica de la red y la transforma en energía
mecánica disponible en la punta del eje.
Resistencia En el caso de las “resistencias”, cuanto mayor sea la
tensión de la red, mayor será la corriente y más deprisa la resistencia
se calentará. Esto quiere decir que la potencia eléctrica será mayor.
La potencia eléctrica absorbida de la red, en el caso de la resistencia,
es calculada multiplicándose la tensión de la red por la corriente, si la
resistencia (carga), es monofásica. P = Uf. If (W) En el sistema
trifásico, la potencia en cada fase de la carga será Pf = Uf x If, como
si fuese un sistema monofásico independiente.
Cargas reactivas Para las “cargas reactivas”, o sea, donde existe
desfasaje entre el ángulo de la tensión y de la corriente, como es el
caso de los motores de inducción, este desfasaje tiene que ser
considerado y la expresión queda: P = 3. U. I. cos ϕ (W) Donde: U =
Tensión de línea I = Corriente de línea cos ϕ = Ángulo de desfasaje
entre la tensión y la corriente de fase
La unidad de medida usual para potencia eléctrica y el Watt (W),
correspondiente a 1 Volt x 1 Amper, o su múltiple, el kilowatt = 1.000
Watts.
99
Factor de Potencia
El factor de potencia, indicado por cos ϕ, donde ϕ y el ángulo de
desfasaje de la tensión en relación a la corriente, es la relación entre
la potencia activa (P) y la potencia aparente (S) P P (kW). 1.000 cos
ϕ = = S 3. U. I Así, g Carga Resistiva: cos ϕ = 1 g Carga Inductiva:
cos ϕ atrasado g Carga Capacitiva: cos ϕ adelantado. Los términos,
atrasado y adelantado, se refieren al ángulo de la corriente en
relación a la tensión. Un motor no consume solamente potencia
activa, que luego es convertida en trabajo mecánico y calor
(pérdidas), sino que también consume potencia reactiva, necesaria
para la magnetización que no produce trabajo. En el diagrama de la
figura 1.3, el vector P representa la potencia activa y el Q la potencia
reactiva, que sumadas resultan en la potencia aparente S.
(13)
RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS (14)
El engrase de los rodamientos de un motor es necesario siempre que la
vida útil de la grasa sea menor que la vida útil del rodamiento. Las
informaciones sobre los periodos de engrase, tipo de grasa y calidad
aparecen en la placa de identificación de su motor. Seguir la información
de la placa de identificación es una condición necesaria para alcanzar la
vida útil que se espera del rodamiento y del motor eléctrico. La misma
información que aparece en la placa de identificación del motor también
está disponible en manual de engrase del equipamiento, que aparece en
los manuales técnicos o disponibles directamente del fabricante.
100
Preparación para el engrase del rodamiento del motor eléctrico
Al verificar que el motor ha alcanzado la cantidad de horas de trabajo
indicadas por el fabricante, es preciso preparar todo para el engrase del
rodamiento del motor eléctrico. Para el proceso de engrase son
necesarios ciertos materiales y pasos que indicamos a continuación:
En necesario disponer de una bomba de engrase
La grasa apropiada para el rodamiento de motor y dentro del plazo
de validez.
Balanza digital para pesar la grasa para el engrase
Se necesita limpiar la cabeza de la bomba injertora de grasa
Observar si el contenido de la bomba esta nivelado, con el fin de
evitar que la presión de trabajo en la bomba, separe el aceite de los
demás componentes de la grasa.
La boca engrasadora del motor eléctrico de estar limpia y tapada
para evitar la contaminación de la grasa.
Proceso de engrasado del rodamiento del motor eléctrico
Para llevar a cabo el engrase es importante conocer la cantidad de
grasa, en gramos, que la bomba utilizada libera cada vez que se
acciona. Para eso se debe utilizar la balanza digital, para que nos
indique esta cantidad. Con este procedimiento es posible determinar
cuántas veces la bomba debe ser accionada, hasta liberar la cantidad de
grasa necesaria, conforme a lo descrito en la placa de identificación del
motor eléctrico. Una vez hecho el paso anterior, es hora de desobstruir
el purgador, porque allí puede haber grasa reseca. Retire la protección
de la boca de engrase, limpie la boca y el área alrededor.
101
Coloque la cantidad de grasa indicada en la placa de identificación y,
preferiblemente, con el motor funcionando. Al terminar el engrase ponga
de vuelta la protección en la cabeza del engrasador y haga las debidas
anotaciones en el plan de mantenimiento.
Automatización
Existen sistemas de engrase automático que hacen la vida más como da
al usuario. (14)
(15) Entre el 50% y 70% de las reparaciones de motores eléctricos están
asociadas a los rodamientos. Esta proporción es dependiente del tipo de
industria y procesos donde operen los motores eléctricos, sin embargo el
anterior permite comprender que mediante prácticas correctas y
aplicación de rodamientos y lubricación adecuados es posible aumentar
de forma apreciable la confiabilidad de los motores eléctricos al entender
los modos de falla comunes asociados y sus soluciones.
Las razones más comunes de daño en rodamientos en motores
eléctricos son:
Lubricación inadecuada
Erosión eléctrica
Daños por vibración
Carga insuficiente en el rodamiento
Fatiga de material
Estos factores pueden presentarse de forma individual o combinada, o
ser encadenados como causa o consecuencia.
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Por ejemplo, los motores que utilizan variadores de frecuencia son
propensos al paso de corriente eléctrica a través de los rodamientos lo
que causa erosión de la superficie de rodadura y rápida degradación de
lubricante, que puede confundirse con falta de lubricación al realizar
análisis por vibraciones, y la acción de relubricar el rodamiento no
atacara la causa raíz, ya que la fricción y/o temperatura que se está
detectando será generada por el daño de la superficie de rodadura y a la
pérdida de eficacia del lubricante debida a la degradación por el arco
eléctrico.
Dependiendo de la intensidad del paso de corriente, la degradación de
lubricante puede ser tan severa que llevara a un daño catastrófico del
rodamiento, donde las huellas particulares de erosión eléctrica quedaran
borradas y no serán evidentes al realizar un análisis de falla del
rodamiento, y se puede concluir que la única causa del fallo fuese falta
de lubricación. El paso de corriente eléctrica puede evitarse utilizando
rodamientos aislados eléctricamente tipo Insocoat, que pueden
combinarse con distintos métodos que deriven el fuljo de corriente o
protejan directamente. La norma técnica Icontec GTC 124 – máquinas
eléctricas rotatorias, guía para el diseño y desempeño de motores de
C.A diseñados específicamente para alimentación mediante
convertidores provee una descripción detallada de los métodos de
protección para motores con variador de frecuencia. Los modos de falla
atribuibles a lubricación deficiente, no solamente están relacionados a
falta de engrase, si no a la selección de la grasa apropiada, el exceso de
lubricación o al ingreso de contaminantes al rodamiento.
Puede considerase el uso de rodamientos sellados, para la protección
del rodamiento, y su vida útil dependerá de la vida de la grasa contenida
para las condiciones de velocidad, carga y temperatura de operación, y
de los requerimientos de mantenibilidad asociados a la estrategia de
lubricación utilizada en planta. Hay que considerar también las
condiciones en que se prueba un motor después de su reparación.
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Si las pruebas del motor se realizan sin cargar los rodamientos, estos
pueden presentar daños como adherencias entre los elementos rodantes
y los caminos de rodadura debido al deslizamiento de los componentes,
lo que podrá generar ruido en la operación y desarrollar daños más
avanzados en el tiempo. Para evitar esto debe tenerse en cuenta la
carga mínima necesaria para el rodamiento, que es dependiente de la
velocidad y el lubricante, y realizar la prueba utilizando dispositivos de
carga para la ejecución de las pruebas.
También se pueden inducir daños en los rodamientos durante el
transporte de los motores si no se fijan correctamente los ejes, ya que la
vibración producida en el movimiento puede hacer que los elementos
rodantes se deslicen en su línea de contacto produciendo vibro
corrosión, los rodamientos de rodillos cilíndricos son más susceptibles a
este fenómeno. Este riesgo también está presente en el almacenamiento
de los motores si están expuestos a una fuente de vibración externa.
Debe tenerse también en consideración aspectos básicos de montaje
como el adecuado control de ajustes y tolerancias para ejes y
alojamientos, lo que tiene relación directa con bajos niveles de ruido y
vibración, y conocer los métodos y herramientas apropiadas para el
montaje de los rodamientos, así como técnicas de alineación y balanceo
apropiadas para los equipos conducidos.(15)
MONTAJE DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS (16)
Antes del montaje o del desmontaje de rodamientos deben hacerse
todos los preparativos necesarios para un trabajo continuado. Con ayuda
del dibujo de taller conviene estudiar la construcción y el orden a seguir
para montar las diferentes piezas. Ya antes de comenzar el montaje
debe prepararse un esquema de los distintos procesos de trabajo y
aclarar a qué temperatura ha de calentarse, cual es la magnitud de las
fuerzas para montar o desmontar los rodamientos y cuanta grasa será
necesaria.
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Si durante el montaje o el desmontaje de los rodamientos fuese
necesario tomar medidas especiales, hay que poner a disposición del
montador instrucciones detalladas en las que se especifiquen todas las
particularidades del montaje: métodos de transporte, dispositivos de
montaje y de desmontaje, instrumentos de medición, instalaciones de
calentamiento, tipo y cantidad de lubricante, etc.
El rodamiento “correcto”
El montador, antes de comenzar con el montaje, debe cerciorarse de
que la denominación abreviada marcada en la envoltura coincida con las
indicaciones en el dibujo y en la lista de piezas. Por esta razón conviene
que esté habituado con el siguiente orden que se sigue en la
denominación de rodamientos. Los rodamientos se designan con las
denominaciones abreviadas indicadas en las normas alemanas DIN y en
los catálogos de rodamientos. Estas denominaciones abreviadas
constan de un grupo de cifras o de letras y cifras. El primer grupo indica
el tipo de rodamiento y la serie de diámetros a los que corresponde,
algunas veces también la serie de anchuras. El segundo grupo está
formado por el número característico del agujero: en la zona de agujeros
comprendida entre 20 y 480 mm, se obtiene el diámetro del agujero
multiplicando este número por 5. Si las condiciones de servicio exigen
una ejecución especial del rodamiento, se añade a la denominación
abreviada una serie de signos adicionales. Rodamientos no
normalizados se reconocen por la denominación abreviada FAG 500 000
u 800 000
Tratamiento de los rodamientos antes del montaje
Los rodamientos FAG se conservan en sus envolturas originales con un
aceite anticorrosivo. Al montarlos, no es necesario lavar este aceite. Se
mezcla, durante el servicio, con el lubricante y garantiza, al arrancar, una
lubricación suficiente antes de que comience a fluir el aceite en una
lubricación por circulación. En las superficies de asiento y de contacto se
limpiará el aceite anticorrosivo antes del montaje.
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En los rodamientos con agujero cónico deberá lavarse el anticorrosivo
antes del montaje para garantizar un asiento seguro y fijo en el eje y en
el casquillo. Después de un lavado con detergente en frío se engrasa el
agujero con poco aceite de máquina de viscosidad mediana. Los
rodamientos utilizados y ensuciados, antes de proceder al montaje, se
lavarán cuidadosamente en petróleo o detergente en frío, e
inmediatamente a continuación se aceitarán o engrasarán nuevamente.
Los rodamientos no deben mecanizarse posteriormente. Así, p. e. no
deben practicarse taladros para el lubricante ni ranuras o chaflanes, ya
que podría producirse un desequilibrio del estado de tensiones en los
aros, que conducirá a su vez a un deterioro prematuro del rodamiento.
Además existe el peligro de que penetren en el rodamiento virutas o
polvo abrasivo.
Limpieza durante el montaje
Los rodamientos han de protegerse a toda costa contra suciedad y
humedad, ya que incluso las partículas más pequeñas que penetren en
el rodamiento deterioran las superficies de rodadura. Por esta razón el
lugar de montaje ha de permanecer limpio y seco. No debe encontrarse,
p. e., cerca de máquinas rectificadoras. Debe evitarse el uso de aire
comprimido. También el eje y el alojamiento, así como las restantes
piezas deben estar limpios. Piezas fundidas han de estar exentas de
arena de moldear.
Conviene aplicar una capa protectora a las superficies interiores del
alojamiento, tras haberlas limpiado. Esta capa evita el desprendimiento
de partículas minúsculas durante el servicio. En los asientos de los
rodamientos en el eje y en el alojamiento deberán eliminarse las capas
anticorrosivas y residuos de pintura. En las piezas torneadas hay que
eliminar las rebabas y rebordear las aristas.
Piezas anexas
Es necesario controlar la exactitud de las medidas y formas de todas las
piezas que vayan a montarse en una aplicación de rodamientos.
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Así, asientos de rodamientos mecanizados fuera de la tolerancia,
alojamientos y ejes descentrados u ovalados, superficies de tope
inclinadas, etc. repercuten desfavorablemente en el giro correcto de un
rodamiento y pueden originar un deterioro prematuro. Muchas veces es
difícil averiguar que tales errores fueron causa de una avería, una vez
que ésta se haya producido. Al buscar el origen de estas causas, se
pierde un tiempo costoso.
Ajustes
Para conseguir que un rodamiento gire en perfectas condiciones es
decisivo observar los ajustes de los aros. Es necesario saber que la
cuestión de ajuste “correcto” no puede resolverse con datos simples,
válidos para todos los casos. Los ajustes deben estar adaptados a las
condiciones de servicio de la máquina y a la construcción del conjunto.
Como regla general cabe decir que los aros deben apoyarse lo mejor
posible sobre sus asientos, es decir, estar ajustados lo más fuertemente
posible. Sin embargo, esto no siempre es posible, bien porque con ello
se dificulta el montaje o el desmontaje, bien porque el aro de los
rodamientos libres ha de poder deslizar con facilidad. El apriete
originado por ajustes fuertes produce una dilatación del aro interior o una
contracción del aro exterior y con ello una disminución del juego radial
interno. Por ello, el juego radial interno ha de estar adaptado a los
ajustes elegidos. El montador ha de controlar las tolerancias del eje y
del alojamiento. Si el asiento tiene demasiada holgura, el aro girará con
relación al eje. Esto podría ocasionar un deterioro del aro y del eje.
Además disminuye la precisión de la máquina, o la duración a la fatiga
del camino de rodadura del aro es menor, por no estar suficientemente
apoyado. Por otro lado, un asiento fuerte puede ser causa de una
tensión previa demasiado grande y de un sobrecalentamiento. Debido a
las paredes relativamente delgadas de los aros de los rodamientos, los
errores de forma de eje y del alojamiento se transmiten a los caminos de
rodadura. Por ello es necesario controlar no sólo las tolerancias de los
diámetros de las superficies de asiento sino también su redondez. En los
asientos cilíndricos se controla la forma cilíndrica (DIN ISO 1101).
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Control del asiento del rodamiento
Con todas las mediciones hay que tener en cuenta que el aparato de
medición tenga aproximadamente la misma temperatura que las partes a
medir.
Asientos cilíndricos
Para medir los ejes se usa generalmente un micrómetro de exteriores,
cuya exactitud de medida debe controlarse mediante contraste.
Asientos cónicos
Para conseguir un asiento fijo del aro interior sobre el eje, el cono del eje
ha de coincidir exactamente con el cono del agujero del aro interior. El
cono de los aros interiores está fijado por una norma. En la mayoría de
las series de rodamientos es de 1:12, en algunas series anchas de 1:30.
El instrumento de medición más sencillo para pequeños asientos cónicos
de rodamientos es un anillo-calibre cónico. Aplicando una capa de tinta
se comprueba si el eje y el anillo-calibre coinciden y se corrige hasta que
el anillo-calibre se apoye en toda su anchura. FAG suministra anillos-
calibre para diámetros cónicos de 25 a 150 mm.
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Los aros interiores de los rodamientos no deben utilizarse como anillos-
calibre. Para controlar exactamente los asientos cónicos FAG ha
diseñado y construido los instrumentos de calibre cónico FAG MGK 133
y FAG MGK 132.
Con ayuda de un cono o un segmento de comparación se mide
exactamente el cono y el diámetro del asiento del rodamiento. Ambos
instrumentos son de fácil manejo; y la pieza a medir puede permanecer
durante la operación en la máquina que la mecaniza.
(16)
ESTÁNDARES DE MONTAJES DE RODAMIENTOS (17)
Los rodamientos son elementos de máquina de alta exigencia, con una
precisión elevada; para garantizar su máxima potencia el constructor
tiene que elegir tipo y ejecución adecuados y combinar de forma
apropiada las características de los rodamientos con las partes
adyacentes. Además tiene que tener en cuenta la lubricación, la
obturación y el mantenimiento durante el montaje y desmontaje. La
aplicación de medios apropiados durante el montaje y desmontaje de
rodamientos así como exactitud y limpieza en el lugar de montaje son
condiciones previas para una duración de servicio larga. Esta
publicación pretende dar, tanto al personal de servicio como al
montador, unas instrucciones sobre el correcto tratamiento y el
conveniente montaje y desmontaje de los rodamientos.
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Un capítulo especial trata de los deterioros de los rodamientos y sus
causas. Las tablas contienen denominaciones, tolerancias y partes
adyacentes de los rodamientos, valores sobre el juego interno y un
cuadro sinóptico de las grasas para rodamientos FAG Arcanol.
Almacenamiento de rodamientos
Durante su almacenamiento los rodamientos deben permanecer en su
embalaje original; sólo en el lugar de montaje y en el mismo momento de
comenzar éste puede abrirse la envoltura. En caso contrario existe el
peligro de que los rodamientos se ensucien y se oxiden.
Los rodamientos están impregnados con aceite anticorrosivo. Este aceite
no se resinifica ni se endurece y su comportamiento ante grasas
comerciales para rodamientos es totalmente neutro. Los rodamientos en
sus envolturas originales están protegidos eficazmente contra toda clase
de influencias exteriores. Durante el almacenamiento, los rodamientos
no deben exponerse a los efectos de los medios agresivos como gases,
neblinas o aerosoles de soluciones ácidas, alcalinas o sales. Debe
evitarse la radiación solar directa.
La formación de agua de la condensación se evita bajo las siguientes
condiciones:
- Temperaturas de + 6 a + 25 °C, durante corto tiempo 30 °C.
- Diferencia de temperatura día/ noche ≤8 K, humedad relativa del aire
≤65%.
Con la preservación estándar, los rodamientos pueden almacenarse
hasta 5 años si se mantienen las condiciones indicadas. Si se excede el
período del almacenamiento permisible, se recomienda verificar el
estado de la preservación y corrosión de los rodamientos antes de
utilizarlos. Bajo consulta, le ayudará a juzgar el riesgo de un
almacenamiento más largo o el uso de viejos rodamientos.
110
Preparativos para el montaje y el desmontaje
Esquema de trabajo Antes del montaje o del desmontaje de rodamientos
deben hacerse todos los preparativos necesarios para un trabajo
continuado. Con ayuda del dibujo de taller conviene estudiar la
construcción y el orden a seguir para montar las diferentes piezas. Ya
antes de comenzar el montaje debe prepararse un esquema de los
distintos procesos de trabajo y aclarar a qué temperatura ha de
calentarse, cual es la magnitud de las fuerzas para montar o desmontar
los rodamientos y cuanta grasa será necesaria.
Si durante el montaje o el desmontaje de los rodamientos fuese
necesario tomar medidas especiales, hay que poner a disposición del
montador instrucciones detalladas en las que se especifiquen todas las
particularidades del montaje: métodos de transporte, dispositivos de
montaje y de desmontaje, instrumentos de medición, instalaciones de
calentamiento, tipo y cantidad de lubricante, etc.
Procedimientos térmicos
En caso de que con los asientos cilíndricos se prescriban ajustes fijos en
el montaje, generalmente se calientan los rodamientos para el montaje.
Un ensanchamiento suficiente de los rodamientos se consigue con 80
hasta 100 ºC. Al calentar los rodamientos ha de ser controlada
exactamente la temperatura.
En ningún caso se pueden superar los 120 ºC, ya que entonces existe el
peligro de que la estructura de las piezas del rodamiento se altere. La
dureza disminuye y las dimensiones varían. Para rodamientos con jaulas
macizas de poliamida reforzada de fibra de vidrio valen los mismos
límites de temperatura que para los demás rodamientos. Los
rodamientos con tapas de protección y con tapas de obturación ya están
con grasa. Se pueden calentar durante el montaje hasta el límite de 80
ºC; sin embargo no en un baño de aceite.
111
Calentamiento sobre una placa de calentamiento
De manera provisional los rodamientos se pueden calentar sobre una
placa de calentamiento, posiblemente con un regulador de temperatura,
dándole varias vueltas al rodamiento para que se caliente
uniformemente. En caso de que una placa de calentamiento supere
desmesuradamente los 120 ºC, las jaulas de poliamida no deberán tener
contacto con la placa de calentamiento. Esto se evita colocando un anillo
o un disco entre placa y aro interior.
Calentamiento en un baño de aceite
Por regla general los rodamientos se calientan en un baño de aceite con
regulador de temperatura. Este método garantiza un uniforme
calentamiento, y el mantenimiento de la temperatura de montaje de 80 a
100 ºC queda asegurado. En el fondo del recipiente de aceite debiera
hallarse una rejilla o una malla para que el rodamiento no se caliente
irregularmente desde abajo y para que las partículas de suciedad que se
hayan decantado en el baño de aceite no penetren en el rodamiento (fig.
39). También puede meterse el rodamiento en el baño de aceite (fig. 40).
Después del calentamiento, ha de escurrir bien el aceite. Todas las
superficies de ajuste y de contacto se limpian esmeradamente.
Calentamiento en un horno de aire caliente
Es un método seguro y limpio de calentar los rodamientos en un horno
de aire caliente. La temperatura se mantiene estable utilizando un
termostato. Un ensuciamiento queda prácticamente excluido.
112
Es una desventaja que el calentamiento en aire caliente tarde mucho
tiempo. En caso de montajes en serie han de preverse grandes hornos
de aire caliente.
Dispositivo de calentamiento por inducción
Los rodamientos se calientan a la temperatura de montaje de forma
rápida segura y limpia con los dispositivos de calentamiento por
inducción, que operan bajo el principio del transformador. Los
dispositivos se utilizan, sobre todo, para montajes en serie. Con los seis
dispositivos de calentamiento por inducción FAG, puede calentarse
cualquier tipo de rodamiento, incluso los lubricados y obturados. El
dispositivo más pequeño AWG.MINI se usa para rodamientos con
agujero a partir de 20 mm. El peso máximo es aproximadamente 20 kg.
El campo de aplicación del dispositivo más grande AWG40 empieza en
agujeros de 85 mm. El peso máximo puede alcanzar aproximadamente
800 kg. (17)
GENERACIONES DE MOTORES ELÉCTRICOS (18)
Probablemente, el primer motor eléctrico fue un motor electrostático
simple, construido por el benedictino escocés Andrew Gordon en 1740.
Werner von Siemens patentó en 1866 la dinamo. Con ello no sólo
contribuyó al inicio de los motores eléctricos, sino también introdujo el
concepto de Ingeniería Eléctrica, creando planes de formación
profesional para los técnicos de su empresa.
A mediados de la década de 1880, gracias al avance en el
electromagnetismo, con contribuciones como las desarrolladas por
Nikola Tesla, Michael Faraday o al éxito de Werner von Siemens, la
ingeniería eléctrica se introdujo como disciplina en las universidades. En
1886, el ingeniero español Isaac Peral, desarrollaría el primer sumergible
(el Submarino Peral), empleando motores eléctricos. La fascinación por
la electricidad aumentó con la invención de la dinamo. Karl Marx predijo
que la electricidad causaría una revolución de mayores alcances que la
que se vivía en la época con las máquinas de vapor.
113
Antonio Pacinotti inventó el inducido en forma de anillo en una máquina
que transformaba movimiento mecánico en corriente eléctrica continua
con una pulsación, y dijo que su máquina podría funcionar de forma
inversa. Ésta es la idea del motor eléctrico de corriente continua. Los
primeros motores eléctricos técnicamente utilizables fueron creados por
el ingeniero Moritz von Jacobi, quien los presentó por primera vez al
mundo en 1834.
Los primeros motores eléctricos fueron simples dispositivos
electrostáticos descritos en experimentos realizados por el monje
benedictino escocés Andrew Gordon y el inventor estadounidense
Benjamin Franklin en la década de 1740. El principio teórico detrás de
ellos, la Ley de Coulomb, fue descubierto por el inglés Henry Cavendish
en 1771, aunque no fue publicado. Esta ley fue descubierta
independientemente por el francés Charles-Augustin de Coulomb en
1785, quien sí la publicó. La invención de la pila electroquímica por el
italiano Alessandro Volta en 1799 hizo posible la producción de
corrientes eléctricas persistentes. Después de que el danés Hans
Christian Ørsted descubriera en 1820 la interacción entre tal corriente y
un campo magnético (interacción electromagnética), pronto se hicieron
muchos progresos. El francés André-Marie Ampère tardó sólo unas
semanas en desarrollar la primera formulación de la interacción
electromagnética y presentar la Ley de Ampère, que describe la
producción de fuerza mecánica por la interacción de una corriente
eléctrica y un campo magnético.
La primera demostración del efecto con un movimiento rotativo fue
realizada por el inglés Michael Faraday en 1821. Se sumergió un
alambre colgante en mercurio, sobre el cual se colocó un imán
permanente. Cuando una corriente pasaba a través del alambre, este
giraba alrededor del imán, mostrando que la corriente daba lugar a un
campo magnético circular cercano alrededor del mismo. Sin duda, un
científico fundamental en la historia del motor eléctrico.
114
Este motor se muestra a menudo en experimentos físicos, sustituyendo
el mercurio (tóxico) por salmuera. El inglés Peter Barlow se basó en esto
en 1822 para su Rueda de Barlow, aunque estos y otros motores
homopolares similares no pudieron ser utilizados para su aplicación
práctica hasta finales de siglo. En 1827, el físico húngaro Ányos Jedlik
comenzó a experimentar con bobinas electromagnéticas. Después de
que resolviera los problemas técnicos de rotación continua con la
invención del conmutador, llamó a sus primeros dispositivos "auto-
rotores electromagnéticos". Aunque sólo se utilizaban para la
enseñanza, en 1828 Jedlik mostró el primer dispositivo que contenía los
tres componentes principales de los motores de corriente continua
prácticos: el estator, el rotor y el conmutador. El dispositivo no empleaba
imanes permanentes, ya que los campos magnéticos de los
componentes estacionarios y giratorios eran producidos únicamente por
las corrientes que fluyen a través de sus devanados.
Historia del motor eléctrico de corriente continúa
El primer motor eléctrico de corriente continua capaz de hacer girar
maquinaria fue inventado por el científico inglés William Sturgeon en
1832. Siguiendo su obra, el inventor estadounidense Thomas Davenport
construyó un motor eléctrico de corriente continua tipo conmutador que
patentó en 1837. Estos motores funcionaban a 600 revoluciones por
minuto, gracias a una potente maquinaria y a una imprenta. Sin
embargo, no tuvieron éxito comercial debido al alto costo de la energía
de la batería primaria, lo que arruinó a Davenport.
115
Además, en aquel momento no se disponía de ningún sistema de
distribución de electricidad, por lo que no surgió ningún mercado
comercial práctico para estos motores. Tras muchos intentos más o
menos exitosos con aparatos rotativos y alternativos relativamente
débiles, el alemán Moritz von Jacobi creó el primer motor eléctrico
rotativo real en mayo de 1834, que desarrolló una notable potencia
mecánica de salida. Cuatro años más tarde mejoró su creación, con un
motor lo suficientemente potente como para conducir un barco con 14
personas a través de un río ancho.
En 1855, Jedlik construyó un dispositivo con principios similares a los
utilizados en sus auto-rotores electromagnéticos que era capaz de hacer
un trabajo útil. Ese mismo año construyó un modelo de vehículo
eléctrico. Un punto de inflexión importante se produjo en 1864, cuando el
italiano Antonio Pacinotti describió por primera vez la armadura de anillo
(aunque inicialmente fue concebida en un generador de corriente
continua, es decir, un dínamo), que incluía bobinas agrupadas
simétricamente cerradas sobre sí mismas y conectadas a las barras de
un conmutador, cuyos cepillos suministraban corriente prácticamente sin
fluctuaciones. La historia del motor eléctrico sigue con los primeros
motores de corriente continua comercialmente exitosos, que seguían el
desarrollo del belga Zénobe Gramme. Este reinventó en 1871 el diseño
de Pacinotti y adoptó algunas soluciones del alemán Werner von
Siemens.
Y es que un gran avance fue el descubrimiento de la reversibilidad de la
máquina eléctrica, anunciada por Siemens en 1867 y observada por
Pacinotti en 1869. Gramme lo demostró accidentalmente con ocasión de
la Exposición Universal de Viena de 1873, cuando conectó dos de estos
dispositivos de corriente continua a una distancia de hasta 2 km uno del
otro, utilizando uno de ellos como generador y el otro como motor. El
rotor cilíndrico fue introducido por el alemán Friedrich von Hefner-
Alteneck para reemplazar la armadura de anillo de Pacinotti en 1872,
mejorando así la eficiencia de la máquina.
116
El rotor laminado fue introducido al año siguiente, logrando reducir las
pérdidas de hierro y aumentar las tensiones inducidas. En 1880, el
sueco Jonas Wenström dotó al rotor de ranuras para alojar el devanado,
aumentando aún más la eficiencia. En 1886, el estadounidense Frank
Julian Sprague inventó el primer motor de corriente continua práctico, un
dispositivo sin chispas que mantenía una velocidad relativamente
constante bajo cargas variables. Otras invenciones eléctricas de
Sprague en esta época mejoraron enormemente la distribución eléctrica
de la red. Así, consiguió que la energía de los motores eléctricos volviera
a la red, distribuyendo la misma a los carros a través de cables aéreos y
los postes de los carros, estableciendo sistemas de control para las
operaciones eléctricas. Esto permitió utilizar motores eléctricos para
inventar el primer sistema de trolebuses eléctricos en 1887-88 en la
ciudad estadounidense de Richmond. Estos últimos fueron instalados
por primera vez en 1892 en Chicago. El motor de Sprague y las
invenciones relacionadas llevaron a una explosión de interés y uso en
motores eléctricos para la industria. El desarrollo de motores eléctricos
de aceptable eficiencia se retrasó durante varias décadas debido a que
no se reconoció la extrema importancia de un espacio de aire entre el
rotor y el estator.
Historia del motor eléctrico de corriente alterna
En 1824 el físico francés François Arago formuló la existencia de
campos magnéticos rotatorios. En 1879 el estadounidense Walter Baily,
al encender y apagar manualmente los interruptores, logró el primer
motor de inducción primitivo. En la década de 1880 muchos inventores
intentaban desarrollar motores de corriente alterna, puesto que las
ventajas de la corriente alterna en la transmisión de alta tensión a larga
distancia se veían contrarrestadas por la imposibilidad de hacer
funcionar los motores en corriente alterna. El primer motor de inducción
sin conmutador de corriente alterna fue inventado por el italiano Galileo
Ferraris en 1885.
117
En 1888, la Real Academia de Ciencias de Turín publicó su investigación
detallando los fundamentos del funcionamiento del motor, al tiempo que
concluía que "el aparato basado en ese principio no podía tener ninguna
importancia comercial como motor". El posible desarrollo industrial fue
concebido por el serbio Nikola Tesla, quien inventó independientemente
su motor de inducción en 1887 y obtuvo una patente en mayo de 1888.
En el mismo año, Tesla presentó su trabajo Un nuevo sistema de
motores de corriente alterna y transformadores al Instituto
Estadounidense de Ingenieros Eléctricos.
En 1896, General Electric y Westinghouse firmaron un acuerdo de
licencia cruzada para el diseño del rotor de bobinado en barra, más tarde
llamado rotor en jaula de ardilla. Las mejoras en el motor de inducción
que surgieron de estos inventos e innovaciones fueron tales que un
motor de inducción de 100 CV tiene actualmente las mismas
dimensiones de montaje que un motor de 7,5 CV de 1897. En definitiva,
la historia del motor eléctrico es apasionante. Y es que los motores
eléctricos revolucionaron la industria, puesto que como hemos visto los
procesos industriales ya no estaban limitados por la transmisión de
potencia mediante ejes de línea, correas, aire comprimido o presión
hidráulica. (18)
TEMPERATURAS DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS
(19)
Una vez que se ha calculado la vida útil, se estima la del mismo, para lo
cual se recurre a tres fuentes principales de información. En base a la
inspección periódica de condición, mediante termografía y ultrasonido en
los equipos de refrigeración, se detecta que la temperatura en el
rodamiento lado libre del motor del compresor presenta alta temperatura
lo cual hace necesario conocer el origen de esta diferencia.
Temperatura Óptima de Trabajo
Una vez que se ha calculado la vida útil, se estima la del mismo, para lo
cual se recurre a tres fuentes principales de información:
118
- Registros internos de pruebas de motores
- Recomendaciones nacionales e internacionales
- Investigaciones o análisis técnicos
Como información básica se considera que un incremento de
temperatura máxima (DT), adecuada en el rodamiento del lado de la
flecha debe ser entre 60 ºC y 65 ºC, esto es, cuando se mide la
temperatura con un termómetro en ese punto y se tiene una temperatura
ambiente de 20 ºC, las lectura esperada oscilarán entre 80 ºC y 85 ºC.
No existe una regla general que se aplique a todos los rodamientos, pero
en diferentes investigaciones se ha encontrado que los rodamientos
pueden alcanzar incrementos de temperatura entre el 65% al 78% del
incremento de temperatura de los devanados. Esto es, si un motor clase
F con un incremento clase B registra en devanados una DT= 80ºC, se
esperaría que el rodamiento presente una DT entre 52 ºC y 62,4 ºC,
dependiendo de factores como la velocidad y la forma de acoplamiento
de la carga. Este razonamiento coincide con el criterio indicado
anteriormente. La temperatura ambiente es un factor importante, sobre
todo en la selección del sistema de lubricación y el lubricante en sí
mismo. Se debe tener un especial cuidado cuando los motores operarán
en condiciones extremas de temperatura, como puede ser -40ºC u
+80ºC. Los motores de uso general no se proyectan para operar bajo
este tipo de condiciones ambientales, sin embargo en algunos casos
puede lograrse un buen desempeño siempre y cuando la carga haya
sido evaluada con respecto al desempeño del motor.
Lubricación
El lubricante es la sustancia que se aplica entre dos elementos que
tienen un movimiento entre ambos, con el fin de disminuir la fricción. El
sistema de lubricación comúnmente utilizado en motores de uso general
es la adición de grasa, que funciona adecuadamente en rangos de
temperaturas que van desde los -4ºC hasta los 120ºC.
119
Existen otros sistemas oil mist, aceite- que se emplean en aplicaciones
especiales. Actualmente se ha tenido un avance muy importante en la
tecnología de lubricantes sintéticos, los cuales permiten mayor
capacidad de trabajo sin que se demeriten sus características. Una de
las principales características de los lubricantes es la viscosidad, la cual
varía inversamente con la temperatura y directamente con la presión.
Para determinarla, se debe recurrir a tablas de características de grasas
de fabricantes para hacer los comparativos necesarios. En general, es
importante que la grasa elegida no pierda sus características principales
bajo las condiciones de carga, velocidad y temperatura con las que
trabajará el motor.
En la práctica industrial la relubricación constituye una de las actividades
básicas de los departamentos de mantenimiento, y se aplica sobre todo
a motores grandes, pues generalmente los motores chicos (hasta unos
15kW) tienen rodamientos cerrados que no necesitan reengrase. En
términos generales, la vida de un rodamiento puede ser prolongada con
un correcto esquema de mantenimiento que garantice la limpieza de la
grasa. Las metodologías de cálculo de vida de la grasa son más
complicadas que la utilizada para determinar la vida útil del rodamiento,
y de forma similar, no existe un dato único sobre el intervalo de
relubricación de rodamientos, sin embargo es aceptado un rango de
2000 a 4000hrs de trabajo continuo como válido. Internamente el motor
debe ser proyectado para que cuando se realice este reengrase, la
grasa vieja pueda ser reemplazada por la nueva sin dificultad, se impida
la entrada de esta grasa al interior del motor y disminuya al máximo la
entrada de contaminantes o agua al alojamiento donde se encontrará el
rodamiento. Dentro de la literatura especializada se recomienda que al
momento que se diseñe el sistema de lubricación se tome en cuenta las
condiciones de operación del rodamiento deseadas (ruido, nivel de
vibración, temperatura de operación, protección contra contaminación de
polvos o agua, corrosión, etc.).(19)
120
Vida útil de un rodamiento (20)
Para que esté garantizada la vida útil de un rodamiento, es fundamental
mantener su temperatura de trabajo dentro de lo recomendado por el
fabricante. En general, para rodamientos a bolas o rodillos estándar,
podemos decir que deben superarse los 100ºC en funcionamiento
continuo.
Las causas del calentamiento del rodamiento, y como evitarlo, son:
- Lubricación insuficiente; menor cantidad de aceite o grasa de la
recomendada.
- Lubricación inadecuada; aceites no adecuados a carga, velocidad o
tipo de rodamiento.
- Lubricación excesiva; puede complicar el rodaje o disipación del
calor. De hecho, es habitual que los rodamientos se calienten
después del engrase por este hecho.
- Carga o velocidad excesiva; uso inadecuado o rodamiento mal
calculado o elegido.
- Montaje incorrecto, daños sellados, que provocan roces excesivos.
- Suciedad en pistas de rodadura, partículas extrañas
Es importante destacar que una alta temperatura en el rodamiento
acortará la vida del mismo, no sólo por el daño a propio material del
rodamiento y a los sellos-retenes contiguos, sino que puede dejar
inservible el aceite o grasas usados para su lubricación, lo que acelerará
su degradación, forzando una avería y la necesidad de su sustitución. La
condición básica para ello es un almacén cerrado, sin ninguna influencia
de medios agresivos, como gases de escape de vehículos, otros gases,
nieblas, aerosoles de ácidos, lejías o sales. Debe evitarse la exposición
directa a la luz solar, que puede conducir a una radiación UVA perjudicial
y a grandes variaciones de temperatura en el embalaje. La temperatura
debe ser constante y la humedad relativa del aire, tan baja como sea
posible. Las variaciones de temperatura y una elevada humedad del aire
conducen a la formación de agua de condensación.
121
Deben observarse las siguientes condiciones:
- Almacén libre de heladas, es decir, una temperatura > +5 °C (evitar
la formación de escarcha, hasta 12 horas al día y hasta máximo +2
°C).
- Temperatura máxima +40 °C (para evitar las pérdidas excesivas de
los aceites de protección contra la corrosión).
- Humedad relativa del aire < 65% (para variaciones máximas de
temperatura, hasta 12 horas al dia, hasta 70%).
La temperatura y la humedad del aire deben ser controladas
permanentemente, esto puede llevarse a cabo mediante datalogger, las
mediciones no deben efectuarse a más de 2 horas entre las mismas. Los
rodamientos no deben almacenarse más de 3 años. Esto es válido tanto
para los rodamientos abiertos como también para los rodamientos
engrasados, con tapas de protección u obturaciones. En especial, los
rodamientos engrasados no deben almacenarse demasiado tiempo, ya
que las propiedades físicas y químicas de la grasa lubricante pueden
modificarse durante el almacenaje. Incluso cuando un rendimiento
mínimo se mantiene, pueden reducirse los márgenes de seguridad del
lubricante. En general, los rodamientos pueden aún emplearse incluso
después de sobrepasar el período admisible de almacenaje, siempre
que se hayan respetado las condiciones durante el transporte y el
almacenaje. Si estas condiciones no se alcanzan, cabe esperar un
período de almacenaje más corto. Si se sobrepasa el período de
almacenaje, antes de la utilización de los rodamientos se recomienda
efectuar una comprobación de la corrosión del rodamiento, del estado
del aceite anticorrosivo y de la grasa lubricante. (20)
INNOVACIONES EN LA DURABILIDAD DE RODAMIENTOS DE
MOTORES ELÉCTRICOS (21)
En 1997, Schaeffler KG introdujo el “Cálculo ampliado de la duración de
vida modificada”.
122
Este procedimiento se normalizó por primera vez en DIN ISO
281suplemento 1 y es desde 2007 que forma parte de las normas
internacionales ISO 281. En el contexto de la normalización
internacional, el coeficiente de duración de vida aDIN se ha convertido
en aISO, a pesar de ello, el cálculo no se modifica.
Teoría de la fatiga como fundamento
La base para el cálculo de la duración de vida, normalizada según ISO
281, es la teoría de la fatiga de Lundberg y Palmgren, que conduce
siempre a la duración final de vida. Sin embargo, los modernos
rodamientos, de alta calidad, en condiciones favorables de
funcionamiento, pueden superar considerablemente los valores
calculados de la duración de vida nominal. A este respecto, Ioannides y
Harris han desarrollado un modelo sobre la fatiga en el contacto de
rodadura, que amplía la teoría de Lundberg y Palmgren y describe mejor
el rendimiento de los modernos rodamientos.
El procedimiento “Cálculo ampliado de la duración de vida modificada”
tiene en cuenta las siguientes influencias:
- La magnitud de la carga
- El límite de fatiga del material
- El grado de separación de las superficies por el lubricante
- La limpieza de la película de lubricante
- Los aditivos del lubricante
- La distribución interior de la carga y las condiciones de rozamiento en
el rodamiento.
Dimensionado de los rodamientos
El tamaño necesario de un rodamiento depende de los siguientes
requisitos:
- Duración de vida
- Capacidad de carga (carga máxima permisible)
- Seguridad de funcionamiento
123
Capacidad de carga dinámica y duración de vida
La medida de la posibilidad de cargar un rodamiento es la capacidad de
carga dinámica. Las capacidades de carga dinámica se basan en DIN
ISO 281. Las capacidades de carga dinámica para rodamientos, se han
adaptado al nivel de prestaciones acreditado en la práctica y publicado
en anteriores catálogos de INA y FAG. El comportamiento del material
frente a la fatiga determina la capacidad de carga dinámica de un
rodamiento. La capacidad de carga de un rodamiento se describe
mediante la capacidad de carga dinámica y la duración de vida nominal.
La duración de vida a la fatiga depende de:
- La carga
- La velocidad de funcionamiento
- La probabilidad estadística de que se produzca la primera avería
Para rodamientos rotativos se aplica la capacidad de carga dinámica C.
Ésta es:
- Para rodamientos radiales, una carga radial constante Cr
- Una carga axial constante Ca, aplicada en el centro de los
rodamientos axiales.
La capacidad de carga dinámica C es la carga de magnitud y dirección
constantes, bajo la cual una cantidad suficientemente grande de
rodamientos idénticos alcanza una duración de vida nominal de un millón
de revoluciones.
Cálculo de la duración de vida
Los métodos para el cálculo de la duración de vida son:
- La duración de vida nominal L10 y L10h según ISO 281.
- La duración de vida modificada Lna según DIN ISO 281:1990 (no
forma parte de ISO 281).
- La duración de vida modificada y ampliada Lnm según ISO 281
124
Duración de vida nominal
Las duraciones de vida nominal L10 y L10h resultan de:
Carga dinámica equivalente
La carga dinámica equivalente P es un valor que se obtiene por cálculo.
Este valor es una carga radial de magnitud y dirección constante para
rodamientos radiales y una carga axial centrada de magnitud y dirección
constantes para rodamientos axiales.
Una carga P da como resultado la misma duración de vida que el
colectivo de cargas combinadas que actúa en la realidad.
La relación de viscosidades κ se determina según la ecuación
Relación de viscosidades
La relación de viscosidades κ sirve para la formación de la película de
lubricante:
La viscosidad nominal ν1 se deduce con la ayuda del diámetro medio del
rodamiento dM = (D + d)/2 y de la velocidad de funcionamiento n. La
viscosidad nominal del aceite a +40 °C se deduce de la viscosidad de
funcionamiento requerida ν y de la temperatura de funcionamiento ϑ. En
el caso de las grasas lubricantes, ν es la viscosidad de funcionamiento
del aceite base.
125
En los rodamientos sometidos a grandes cargas con grandes partes
deslizantes, la temperatura en el área de contacto de rodadura es hasta
20 K más alta que la temperatura medible en el anillo en reposo (sin
influencia de ningún calentamiento externo).
Duración de vida modificada y ampliada
El cálculo de la duración de vida modificada y ampliada Lnm estaba
normalizado en DIN ISO 281 hoja 1. Desde 2007, dicho cálculo está
ahora normalizado internacionalmente en ISO 281. El cálculo asistido
por ordenador según DIN ISO 281 hoja 4 está especificado, desde 2008,
en ISO/TS 16 281. Lnm se puede calcular según:
Los valores del coeficiente de duración de vida a1 han sido fijados de
nuevo en ISO 281:2007 y difieren de los datos utilizados hasta ahora.
126
Coeficiente de duración de vida aISO
El procedimiento de cálculo estandarizado para el coeficiente de
duración de vida aISO tiene en cuenta, las siguientes influencias:
- La carga sobre el rodamiento
- El estado de la lubricación (tipo y viscosidad del lubricante, aditivos,
velocidad, tamaño del rodamiento)
- El límite de fatiga del material
- El tipo de rodamiento
- La tensión propia del material
- Las condiciones ambientales
- Las impurezas en el lubricante (21)
INNOVACIONES EN EL MOMENTO DE FRICCIÓN DE
RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS (22)
La fricción del rodamiento no es constante y depende de determinados
fenómenos tribológicos que tienen lugar en la película de lubricante entre
los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas.
Modelo de fricción del rodamiento
En el modelo para calcular la fricción del rodamiento, el momento total
de fricción, M, se obtiene de cuatro fuentes:
M = Mrr + Msl + Msello + Mpérdida de energía
Dónde:
127
El cálculo de los valores correspondientes a estas cuatro fuentes de
fricción es complejo. Si se conoce el momento de fricción total del
rodamiento, M, se puede calcular la pérdida de potencia por fricción del
rodamiento de la siguiente manera
Ppérdida = 1,05 x 10–4 M n
Donde
Par de arranque
El par de arranque de un rodamiento se define como el momento de
fricción que el rodamiento debe superar para empezar a girar, a una
temperatura ambiente de 20 a 30 °C (de 70 a 85 °F). Por lo tanto, solo
se considera el momento de fricción deslizante y el momento de fricción
de los sellos, si corresponde.
Marranque = Msl + Msello
Donde:
Los cojinetes y los rodamientos son componentes mecánicos cuya
función consiste en apoyo o guía para piezas mecánicas que giran,
oscilan o deslizan. Las principales ventajas que ofrecen son mejorar la
eficiencia, precisión, los intervalos de mantenimiento, fiabilidad y
velocidad de operación, reduciendo los costes. Estos componentes
dependiendo de su diseño pueden resistir cargas axiales, cargas
radiales, o una combinación de ambas. Existen dos tipos principales de
cojinetes: cojinetes de fricción o rodamientos.
128
Cojinetes de fricción: también llamados casquillos, bujes o cojinetes
lisos. Es un tipo de rodamiento donde se produce el movimiento de
deslizamiento entre dos superficies móviles. Debido a la fricción entre el
cojinete y el eje pueden producirse problemas de sobrecalentamiento o
desgaste. Por esta razón es importante tener en cuenta la lubricación de
estas partes para mejorar la vida útil y el rendimiento del cojinete.
Los cojinetes se pueden clasificar en tres grupos dependiendo de su
sistema de lubricación:
- Clase I. Son cojinetes que requieren la aplicación de un lubricante de
una fuente externa (aceite, grasa, etc.).
- Clase II. Este tipo de cojinetes contienen lubricante dentro de las
paredes del rodamiento (bronce, grafito, etc.). Normalmente, estos
cojinetes requieren un lubricante externo para conseguir el máximo
rendimiento.
- Clase III. Cojinetes hechos de materiales que son lubricantes. Estos
cojinetes son considerados auto-lubricantes y pueden funcionar
correctamente sin lubricante externo. Los lubricantes típicos para esta
clase son el PTFE, grafito, etc.
Rodamientos: es un cojinete que utiliza elementos rodantes (bolas o
rodillos) para mantener la separación entre las pieza en movimiento.
Este mecanismo permite reducir la fricción y lo generación de calor,
permitiendo también funcionar a mayores velocidades que los cojinetes
de fricción.
129
Rodamiento de bolas: estos rodamientos emplean bolas de acero (o
incluso cerámicas para aplicaciones especiales) para reducir la fricción
entre el aro interno y el externo. Los tres tipos principales son:
rodamientos de bolas de ranura profunda, rodamientos de bolas axiales
y rodamiento de bolas de contacto angular.
Rodamiento de bolas de ranura profunda: es el rodamiento más común.
Gracias a su diseño este rodamiento puede soportar cargas radiales
bajas o medias y pequeñas cargas de carácter axial en ambas
direcciones. También requieren poco mantenimiento y permiten trabajar
a altas velocidades. (ISO 15, ISO 8443) (22)
7. Antecedentes de la investigación
- Informe de Suficiencia “RECALCULO DE MAQUINAS ELECTRICAS
ROTATIVAS DE CORRIENTE ALTERNA”, del Ingeniero Electricista
César Augusto Ayma Visa, de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima
- Perú, 2010, cuyas conclusiones más importantes son: “Los motores
eléctricos asíncronos, por su principio sencillo y construcción robusta,
constituyen en la actualidad las maquinas eléctricas más empleadas en la
industria y no exigen grandes requisitos de mantenimiento para evitar
costosas interrupciones en el servicio que prestan y los gastos
consiguientes de reparación, si se tiene el cuidado de emplearlos
correctamente. Las empresas o talleres dedicados a la reparación de
motores, y en general de cualquier maquina eléctrica, debe estar
equipadas convenientemente y contar con el personal idóneo y calificado
para poder garantizar una reparación de alta calidad”. Las que se van a
tomar en cuenta para la investigación.
130
- Tesis “ANALISIS TECNICO del CALENTAMIENTO DE LAS MAQUINAS
ELECTRICAS SEGUN SU PRESTACION DE SERVICIO”, del Ingeniero
Electricista Álvarez Urbano Jerson Enrique, de la Universidad Nacional del
Centro, de Huancayo - Perú, 2013, cuya conclusión más importante es
“Las maquinas construidas para servicio continuo, pueden suministrar
durante un lapso determinado una potencia superior a la nominal sin
perjudicarla. El lapso mencionado es tal que la maquina no llegue a
superar su temperatura admisible. De este modo para otros tipos de
servicio podemos adquirir un motor con una potencia nominal inferior al
que se necesita y hacerlo trabajar sobrecargado durante un tiempo
determinado sin dañar el motor, lo cual nos ahorraría bastante en costos”.
Lo que va a apoyar a la investigación.
8. Objetivos
- Determinar la importancia del sistema de calentamiento por inducción
eléctrica, en un generador de corriente alterna.
- Establecer la influencia de la bobina inductora, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, según sus tipos y características.
- Identificar las generaciones de motores eléctricos, en el montaje de sus
rodamientos.
- Conocer la pertinencia de las innovaciones en el montaje de rodamientos
de motores eléctricos.
9. Hipótesis
Dado que, el tamaño del motor no es en principio un factor técnico limitativo
a la hora de diseñar un sistema de protección, incluso un motor de potencia
muy baja podría protegerse con todos los dispositivos existentes en el
mercado, indudablemente habrá que evaluarse el impacto que un fallo de tal
motor producirá en la red; es probable que, disponiendo de un estudio sobre
la eficiencia del calentamiento por inducción, en la ejecución del montaje de
rodamientos de motores eléctricos de 5 hp hasta 2500 hp, Arequipa - Perú,
2019, se pueda optimizar el mantenimiento de motores eléctricos
industriales.
131
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
1. Metodología de la investigación
Nivel y tipo de investigación
El nivel de investigación, es el explicativo, ya que se va a tratar de dar un
procedimiento de solución al problema planteado, y el tipo es el de una
investigación aplicada, ya que se va a utilizar los resultados obtenidos, en la
práctica, como una solución al problema.
Diseño de la investigación
El diseño de la investigación es no experimental, con el estudio de algunos
casos reales, utilizando una estrategia de aplicación en el campo donde se
desarrollan los hechos, lo que permitirá lograr los objetivos planteados.
2. Técnicas e instrumentos de recolección de datos
a. Para el indicador “Sistema de calentamiento por inducción eléctrica”, se
utilizará la técnica de la Observación, con la aplicación de la siguiente
Ficha de Observación Documental:
VARIABLE INDICADOR SUBINDICADOR TECNICA INSTRUMENTO
Sistema de calentamiento por inducción
eléctrica
Generador de corriente alterna
Espiras
Observación
Ficha de Observación Documental
Campo magnético
Bobina inductora Tipos
Características
Montaje de rodamientos de motores eléctricos
Generaciones Estándares
Observación Ficha de
Observación de Campo
Temperaturas
Innovaciones
Durabilidad
Momento de fricción
132
FICHA DE OBSERVACIÓN DOCUMENTAL
ASPECTOS EF AC IN
1. El generador de corriente alterna en un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es:
2. La afectación de la corriente alterna, en el calentamiento
por inducción eléctrica, es de manera:
3. Influencia de las espiras del generador de corriente alterna,
en el funcionamiento del equipo.
4. La cantidad de espiras, permite que un generador de
corriente alterna, sea:
5. Afectación del campo magnético, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica.
6. El campo magnético ejerce influencia en el generador de
corriente alterna, de forma:
7. La bobina inductora, en el sistema de calentamiento por
inducción eléctrica, es:
8. La aplicación de la bobina inductora, se considera en la
inducción eléctrica, de manera:
9. La alteración de los tipos de bobina, en el sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, es de manera:
10. Determina un tipo de bobina inductora, el funcionamiento
del calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
11. Las características de la bobina, altera un sistema de
calentamiento por inducción eléctrica, de forma:
12. El tener en cuenta las características de la bobina
inductora, en el calentamiento por inducción eléctrica, es:
EF: Eficiente AC: Aceptable IN: Ineficiente
b. Para el indicador “Montaje de rodamientos de motores eléctricos”, se
utilizará la técnica de la Observación, con la aplicación del instrumento de
recolección de datos de la Ficha de Observación de Campo:
133
FICHA DE OBSERVACIÓN DE CAMPO
CRITERIOS M R P MP
1. El montaje de rodamientos de motores eléctricos, ha
avanzado en las generaciones.
2. Influye las tecnologías de las generaciones, en el
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
3. Los estándares del montaje de rodamientos de
motores eléctricos, se deben a las generaciones.
4. Son adecuados los estándares, acerca del montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
5. Se modifican las temperaturas del equipo, en el
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
6. Las temperaturas con que realizan el montaje de
rodamientos de motores eléctricos, afectan:
7. Las innovaciones ayudan en el proceso de montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
8. Las Innovaciones en montaje de rodamientos de
motores eléctricos, aportan a un buen funcionamiento.
9. La durabilidad afecta el resultado del montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
10. La durabilidad que se conoce, tiene que ver algo con el
montaje de rodamientos de motores eléctricos.
11. El momento de fricción, influye en el montaje de
rodamientos de motores eléctricos.
12. El momento de fricción afecta para que se realice un
buen montaje de rodamientos de motores eléctricos.
M: Mucho R: Regular P: Poco MP: Muy poco
3. Campo de verificación
3.1 Ubicación espacial
La presente investigación se realizará en talleres que tengan relación
con la eficiencia del calentamiento por inducción, en la ejecución del
montaje de rodamientos de motores eléctricos, en la ciudad de Arequipa
- Perú.
134
3.2 Ubicación temporal
El trabajo de investigación se realizará con datos del año 2019, en el
período de 3 semanas, a partir de la aprobación del Proyecto de Trabajo
de Investigación.
3.3 Unidades de estudio
Para la variable “Sistema de calentamiento por inducción eléctrica”, se
utilizará la observación documental (10), a los manuales técnicos,
boletines informativos y datos estadísticos disponibles, sobre el
calentamiento por inducción eléctrica, disponibles en talleres y entidades
relacionadas, de la ciudad de Arequipa, 2019. Para la variable “Montaje
de rodamientos de motores eléctricos”, se utilizará la observación de
campo (10), a los procedimientos de montaje de rodamiento de motores
eléctricos de 2 HP hasta 2500 HP, realizados en talleres de la ciudad de
Arequipa, 2019.
4. Estrategias de recolección de datos
Organización
Se coordinará con los dueños y trabajadores, de talleres y entidades
relacionadas al montaje de motores eléctricos, de la ciudad de Arequipa.
Asimismo, con clientes personales e instituciones que puedan necesitar
estos trabajos para su funcionamiento, seleccionadas en la ciudad de
Arequipa.
Se pondrá énfasis en tener un amplio panorama acerca de las distintas
posiciones presentes en el montaje de motores eléctricos, especialmente en
empresas mecánicas e industriales, considerando el apoyo conceptual y
práctico, que han desarrollado algunos autores y entidades, en años
recientes. Se tratará de establecer un procedimiento que permita,
particularmente a los talleres, en los que este problema sea álgido, el logro
de la eficiencia del calentamiento de inducción, para el adecuado montaje de
motores eléctricos, con lo que se logrará comprender de una manera más
clara, lo que significa el uso de este procedimiento innovador.
135
Limitaciones
El área de estudio sobre el montaje de motores eléctricos, se delimitará a
algunos talleres de la ciudad de Arequipa - Perú. La confiabilidad de los
resultados arrojados por la ficha de observación documental y de campo,
será en base a la veracidad y precisión de las observaciones. El estudio de
la propuesta, quedará sujeto a las personas encargadas de llevar a cabo la
estrategia de calidad en el servicio. La estrategia a estudiar será únicamente
para un taller mediano, debido a que se adaptará al tamaño y organización
de la misma. La mayor parte de las referencias a utilizar, no han sido
aplicadas a medianas empresas industriales relacionadas al ahorro del
consumo de energía eléctrica, por lo que resultará difícil adaptarla a éstas.
Las sugerencias que se harán, serán desde un punto de vista técnico y
administrativo, para la correcta aplicación de las mismas y será necesario
que personal especialista las revise. Teniendo en cuenta la delimitación
social, los talleres seleccionados, atienden a sectores de la población
ubicados en casi todos los niveles socioeconómicos del Cercado de la
ciudad de Arequipa, inclusive algunos de ellos trabajan como intermediarios
en el sistema relacionado al mantenimiento de motores eléctricos, de
empresas privadas.
Resultados de la investigación
Se utilizará documentos reales, así como información de procedimientos en
el montaje de motores eléctricos, y para poder realizar con mayor precisión y
detalle el análisis estadístico, se utilizará el lenguaje de programación del
Excel, dentro del paquete informático del Office de Microsoft, aprovechando
las opciones de cálculo estadístico con operaciones y fórmulas, así como los
gráficos estadísticos respectivos. En algunos casos también se utilizará la
herramienta de las tablas del Word.
Análisis de la información
Luego de sistematizar los datos que se obtengan de la realidad, se
procederá a realizar un análisis y discusión detenido de los resultados.
136
De tal manera se dará a conocer lo más real posible, las fortalezas,
amenazas, debilidades y oportunidades de los talleres relacionados al
montaje de motores eléctricos, seleccionados para el trabajo de
investigación. El investigador pondrá todo el esfuerzo, particularmente en la
discusión de los resultados, ya que será fundamental en el trabajo de
investigación, sobre todo porque al operacionalizar las variables, indicadores
y sub-indicadores, lo que permitirá que se pueda determinar su nivel de
medición, de tal manera de considerar aceptable las conclusiones,
sugerencias y propuesta.
Conclusiones
La investigación se terminará, formulando las conclusiones correspondientes
al logro de los objetivos y a la validación de la hipótesis, dando especial
importancia a la discusión que se haya realizado sobre cada sub-indicador,
operacionalizado y analizado con los resultados obtenidos de la realidad.
Sugerencias
Finalmente se propondrán las sugerencias, provenientes principalmente de
cada una de las conclusiones, tratando de realizar un aporte que pueda
servir a aquellos talleres que realicen montaje de motores eléctricos, en la
ciudad de Arequipa, 2019.
Propuesta
Luego de culminar la discusión, se presentará una propuesta de un perfil de
un procedimiento que pueda permitir una eficiencia aceptable del
calentamiento por inducción, en el montaje de motores eléctricos, con las
debidas técnicas y herramientas, que presente un grado de responsabilidad
y compromiso social, buscando la satisfacción de las empresas mecánicas e
industriales comprometidas.
137
FICHAS TÉCNICAS
138
FICHA TÉCNICA 1
Observador: LLeoncio Gumercindo Lima Mamani Registro: Para la variable “Sistema de calentamiento por inducción eléctrica”
Metodología: Observación documental localizada
Diseño muestral: Se realizó a una muestra dirigida a manuales técnicos,
boletines informativos y datos estadísticos disponibles, sobre el calentamiento
por inducción eléctrica, disponibles en talleres y entidades relacionadas, de la
ciudad de Arequipa, 2019.
Observaciones con el texto íntegro de los atributos planteados: En el
instrumento aplicado.
Tasa de respuesta: No se presenta, porque su cálculo no fue contemplado
dentro del proceso, por tratarse de un estudio privado.
Sistema de muestreo: Aplicación directa de la observación Tamaño de muestra: 10 Margen de error: +/- 1% Nivel de representatividad: 100% Procedimiento de selección del observado: Los casos reales tomados de
talleres que realizan este trabajo en motores eléctricos, fueron elegidos de
manera dirigida al interés del investigador.
Nivel de confianza: 95%
Fechas de trabajo de campo: Del 09 al 11 de diciembre del 2019
Lugares donde se ejecutó la observación: Ciudad de Arequipa Universo de los documentos observados: manuales técnicos, boletines
informativos y datos estadísticos disponibles, sobre el calentamiento por
inducción eléctrica, disponibles en talleres y entidades relacionadas, de la
ciudad de Arequipa.
139
FICHA TÉCNICA 2
Observador: Leoncio Gumercindo Lima Mamani
Registro: Para la variable “Montaje de rodamientos de motores eléctricos”
Metodología: Observación de campo localizada Diseño muestral: Se realizó a una muestra aplicada a procedimientos de
montaje de rodamiento de motores eléctricos de 2 HP hasta 2500 HP,
realizados en talleres de la ciudad de Arequipa, 2019.
Respuestas con el texto íntegro de las alternativas planteadas: En el
instrumento aplicado.
Tasa de respuesta: No se presenta, porque su cálculo no fue contemplado
dentro del proceso, por tratarse de un estudio privado.
Sistema de muestreo: Aplicación directa de la observación
Tamaño de muestra: 10
Margen de error: +/- 1%
Nivel de representatividad: 100%
Procedimiento de selección de los observados: Los criterios y alternativas
respectivas, fueron elegidas de manera dirigida al interés del investigador.
Nivel de confianza: 95%
Fechas de trabajo de campo: Del 12 al 14 de diciembre del 2019
Lugares donde se ejecutó la encuesta: Ciudad de Arequipa
Universo de los documentos observados: procedimientos de montaje de
rodamiento de motores eléctricos de 2 HP hasta 2500 HP, realizados en
talleres de la ciudad de Arequipa.
140
MATRICES DE SISTEMATIZACIÓN DE
DATOS
MATRIZ DE SISTEMATIZACION DE DATOS
VARIABLE "SISTEMA DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN ELÉCTRICA"
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12
EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN EF AC IN
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
T 3 6 1 5 4 1 2 6 2 6 3 1 8 1 1 7 2 1 5 4 1 6 2 2 3 4 3 4 4 2 6 3 1 7 2 0
Leyenda:
EF: Eficiente
AC: Aceptable
IN: Ineficiente
142
MATRIZ DE SISTEMATIZACION DE DATOS
VARIABLE "MONTAJE DE RODAMIENTOS DE MOTORES ELÉCTRICOS"
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
M R P MP
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
10
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
T 3 3 2 2 5 2 1 2 6 1 2 1 3 4 2 1 7 1 1 1 6 2 1 1 5 2 1 2 6 2 1 1 7 1 1 1 5 3 1 1 6 2 1 1 7 1 1 1
Leyenda:
M: Mucho
R: Regular
P: Poco
MP: Muy poco
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