Asignatura “Control de motores eléctricos”

1
Universidad Tecnológica de San Luis Rio, Colorado
Ingeniería Mecatrónica
Asignatura
“Control de motores eléctricos”
MCI. Jorge Adalberto Barreras García
San Luis Río Colorado, Sonora
Enero del 2012
2
Introducción
Este manual Teorico-práctico se realiza con el proposito de eficientar y agilizar el
proceso de enseñanza-aprendizaje de los alumnos que cursan la carrera de TSU
en Mecatrónica, unidad San Luis Río Colorado.
El presente material proporciona las herramientas necesarias para que los
alumnos adquieran las habilidades para el diseño y simulación de circuitos
electricos, asi como el manejo y control de motores electricos a través de
componentes de control, protección y de fuerza, de tal modo que puedan
desarrollar y conservar sistemas automatizados y de control, utilizando tecnología
adecuada, de acuerdo a normas, especificaciones técnicas y de seguridad, para
mejorar y mantener los procesos productivos.
En la unidad 1, el alumno identificará las características de los sistemas
monofásicos, bifásicos y trifásicos para la alimentación de cargas eléctricas
empleando la normatividad vigente.
En la unidad 2, identificará las características de funcionamiento y construcción
de un transformador, motor CD, motor CA para su correcta selección y conexión
acorde a la normatividad vigente.
En la unidad 3, el alumno desarrollará un sistema de control, fuerza y protección
para la operación de un motor eléctrico bajo las normas de seguridad vigentes.
En la unidad 4, el alumno ejecutará acciones de mantenimiento preventivo y
correctivo a transformadores y sistemas de control de motores eléctricos mediante
la detección de fallas.
Por ultimo hago especial enfasis sobre el manual, éste ha sido elaborado en base
al nuevo modelo por competencias que han adoptado todas las universidades
tecnológicas del país, como consecuencia de los cambios constantes tecnológicos
de nuestra era.
3
Control de motores electricos
Objetivo general: El alumno realizará la instalación de sistemas eléctricos de
control y fuerza, para manipular motores eléctricos, a través de la utilización de
software de diseño y simulación, manteniendo la continuidad del funcionamiento y
cumpliendo la normatividad de seguridad vigente.
Unidad 1: Sistemas de alimentación eléctrica
Objetivo: identificará las características de los sistemas monofásicos, bifásicos y
trifásicos para la alimentación de cargas eléctricas empleando la normatividad
vigente.
1. Fuentes de Voltaje.
1.1. Tipos de fuentes de alimentación de CA y CD y sus características
(RMS, V pico a pico y promedio).
En electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de
generar una diferencia de potencial (d. d. p.) entre sus bornes o proporcionar una
corriente eléctrica.
Clasificación: Una posible clasificación de las fuentes eléctricas es la siguiente:
Fuentes reales: A diferencia de las fuentes ideales, la d. d. p. que producen o la
corriente que proporcionan fuentes reales, depende de la carga a la que estén
conectadas.
Fuentes de tensión: Una fuente de tensión real se puede considerar como una
fuente de tensión ideal, Eg, en serie con una resistencia Rg, a la que se denomina
resistencia interna de la fuente (figura 1a). En circuito abierto, la tensión entre los
bornes A y B (VAB) es igual a Eg (VAB=Eg), pero si entre los mencionados bornes
se conecta una carga, RL, la tensión pasa a ser:
4
Figura 1
que como puede observarse depende de la carga conectada. En la práctica las
cargas deberán ser mucho mayores que la resistencia interna de la fuente (al
menos diez veces) para conseguir que el valor en sus bornes no difiera mucho del
valor en circuito abierto.
La potencia se determina multiplicando su fem por la corriente que proporciona.
Se considera positiva si la corriente sale por el ánodo y negativa en caso contrario.
Como ejemplos de fuentes de tensión real podemos enumerar los siguientes:
a)
b)
c)
d)
Batería
Pila
Fuente de alimentación
Célula fotoeléctrica
Fuentes de intensidad: De modo similar al anterior, una fuente de corriente real
se puede considerar como una fuente de intensidad ideal, Is, en paralelo con una
resistencia, Rs, a la que se denomina resistencia interna de la fuente (figura 1b).
En cortocircuito, la corriente que proporciona es igual a Is, pero si se conecta una
carga, RL, la corriente proporcionada a la misma, IL, pasa a ser:
que como puede observarse depende de la carga conectada. En la práctica las
cargas deberán ser mucho menores que la resistencia interna de la fuente (al
menos diez veces) para conseguir que la corriente suministrada no difiera mucho
del valor en cortocircuito.
La potencia se determina multiplicando su intensidad por la diferencia de potencial
en sus bornes. Se considera positiva si el punto de mayor potencial está en el
terminal de salida de la corriente y negativa en caso contrario.
Al contrario de la fuente de tensión real, la de intensidad no tiene una clara
realidad física, utilizándose más como modelo matemático equivalente a
determinados componentes o circuitos.
Fuentes ideales: Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de
circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el
comportamiento de componentes electrónicos o circuitos reales. Pueden ser
independientes, si sus magnitudes (tensión o corriente) son siempre constantes, o
5
dependientes en el caso de que dependan de otra magnitud (tensión o corriente).
Sus símbolos pueden observarse en la figura 2. El signo + en la fuente de tensión,
indica el polo positivo o ánodo siendo el extremo opuesto el cátodo y E el valor de
su fuerza electromotriz (fem). En la fuente de intensidad, el sentido de la flecha
indica el sentido de la corriente eléctrica e I su valor. A continuación se dan sus
definiciones:
Fuente de tensión ideal: Aquella que genera una d. d. p. entre sus terminales
constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es
infinita se dirá que la fuente está en circuito abierto, y si fuese cero estaríamos en
un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de tensión ideal no puede
estar en cortocircuito.
Fuente de intensidad ideal: Aquella que proporciona una intensidad constante e
independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es cero se dirá
que la fuente está en cortocircuito, y si fuese infinita estaríamos en un caso
absurdo, ya que según su definición una fuente de intensidad ideal no puede estar
en circuito abierto.
Figura 2
En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la
tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente
continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se
conecta (laptop, televisor, impresora, celulares, etc.).
Figura 3
Clasificación: Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden
clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las
lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más
6
complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su
regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma
potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será
más compleja y por tanto más susceptible a averías.
Fuentes de alimentación lineales
Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro,
regulación y salida.
En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona
aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en continua se
llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como
un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor
establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión.
La salida puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la
energía del circuito, esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos
puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.
Figura 4
Transformador de entrada:
El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a
otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con
corrientes alternas. Esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de
salida también.
Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos
arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la
energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía
magnética a través del núcleo. El esquema de un transformador simplificado es el
siguiente:
Figura 5
7
Rectificador a diodos
El rectificador es el que se encarga de convertir la tensión alterna que sale del
transformador en tensión continua. Para ello se utilizan diodos. Un diodo conduce
cuando la tensión de su ánodo es mayor que la de su cátodo. Es como un
interruptor que se abre y se cierra según la tensión de sus terminales:
Figura 6
El rectificador se conecta después del transformador, por lo tanto le entra tensión
alterna y tendrá que sacar tensión continua, es decir, un polo positivo y otro
negativo:
Figura 7
El filtro
La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En
un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de
pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua
que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una
tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de
tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.
El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de
los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser
suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales.
Filtro con condensador a la entrada: RL
Este es el filtro más común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un
condensador en paralelo con la carga (), de esta forma:
Figura 8
8
El regulador:
Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de
proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. En esta
sección nos centraremos en los reguladores integrados de tres terminales que son
los más sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casos son la mejor
opción.
Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos
reguladores:
Figura 9
Fuentes de alimentación conmutadas
Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía
eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de
tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las
fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas
frecuencias (20-100 Kilohercios típicamente) entre corte (abiertos) y saturación
(cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores
con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas
frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA)
que luego son rectificados (Con diodos rápidos) y filtrados (inductores y
condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las
ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor
eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con
fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta
frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar
interferencias a equipos próximos a estas fuentes.
Las fuentes conmutadas tienen por
transformador, otro rectificador y salida.
esquema:
rectificador,
conmutador,
La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (Pulse
Width Modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del
transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es
diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del
9
transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de
condensador o uno del tipo LC.
Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores
características EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor
rendimiento, menor costo y tamaño.
Características: Valor eficaz (RMS), valor pico-pico y valor promedio.
La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la continua
circula en un solo sentido. La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula
durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a
repetir el mismo proceso. La siguiente gráfica aclara el concepto:
V()=Vpsen()
Figura 10
El voltaje se puede especificar con diferentes valores, estos son: valor pico, valor
RMS y valor medio. Cada uno identifica una característica diferente.
Valor eficaz o RMS (Root Mean Square)
Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente
continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla
sobre una misma resistencia. Por ejemplo si el valor RMS de un voltaje de CA es
de 100v, significa que produce la misma potencia de 100v de CD
Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0).
Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre
ella.
A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma
potencia sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz
de la primera corriente (la alterna).
El valor RMS es la raíz cuadrada del promedio de la suma de los cuadrados de los
valores instantáneos del voltaje en una alternancia de CA.
10
Para una señal sinusoidal, el valor eficaz de la tensión es:
VRMS=0,707Vp
Y del mismo modo para la corriente:
La potencia eficaz resultaría:
Es decir que es la mitad de la potencia máxima (o potencia de pico)
La tensión o la potencia eficaz, se nombran muchas veces por las letras RMS.
O sea, el decir 10 VRMS ó 15 W RMS significarán 10 voltios eficaces ó 15 watios
eficaces, respectivamente.
Valor pico-pico (Vpp). De la gráfica anterior se observa que hay un voltaje
máximo y un voltaje mínimo. La diferencia entre estos dos voltajes es el llamado
voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico (Vp).
El valor pico no produce la misma potencia que el mismo valor cd, debido a que el
voltaje de CA varía constantemente de amplitud, mientras que el voltaje de CD
mantiene un nivel constante.
Valor promedio o medio
Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética
de todos los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto
intervalo de tiempo.
En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en
efecto, los valores positivos se compensan con los negativos. Vm = 0
Figura 11
En cambio, durante medio periodo, el valor medio es:
11
Siendo V0 el valor máximo.
Figura 12
En corriente directa, el valor medio VDC o DC, es el promedio de la señal en el
tiempo. Es el valor indicado por un multímetro en la escala DC y se puede calcular
también por la siguiente ecuación:
Sustituyendo la corriente por el voltaje en las ecuaciones anteriores se obtienen
los valores de corriente alterna: IRMS, Ip, IM
Resumen:
Valor RMS o efectivo: es una medida para poder utilizar las formulas originales
de corriente continua con la alterna.
Valor pico: es el valor que va desde cero hasta el máximo valor.
VPICO=VRMS/0,707
Valor pico pico: diferencia entre máximo positivo y su pico negativo.
Valor medio: el valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero.
si se toma solo un semiciclo, el valor medio es Vm=Vpico*0,636
1.2. Medición de voltajes en fuentes de alimentación.
Medición del valor eficaz de una señal alterna.
En este punto se pretende aclarar de alguna manera la verdadera medición del
valor eficaz de una señal alterna AC, a dicho valor eficaz como se mencionó
anteriormente también se le suele llamar valor RMS por sus siglas en ingles Root
Mean Square.
El valor RMS de una señal AC, es el valor de tensión DC que deberíamos aplicar a
una carga resistiva para que produzca la misma disipación de energía que si
conectáramos esa misma carga resistiva a la señal AC en cuestión. En otras
12
palabras y a modo de ejemplo ilustrativo, si a una resistencia le conectamos una
tensión continua de 220 volts, dicha resistencia disipara la misma cantidad de
energía que si le conectamos una tensión alterna de 220 volts eficaces o RMS.
El valor RMS no debe interpretarse como un valor promedio de la señal AC y su
cálculo es complejo dependiendo a su vez de la forma en que dicha señal varia en
el tiempo.
El voltímetro o multímetro que nos dará una medición exacta es llamado de “valor
real eficaz” o “True RMS”. En su mayoría los instrumentos de medición no son
True RMS por lo que para toda señal que no sea DC o perfectamente senoidal la
medición será errónea.
El manual de usuario de dicho instrumento deberá indicar que tipo de medición
realiza sobre señales alternas, pudiendo encontrar tres tipos de mediciones.
1) Instrumentos del tipo rectificador: Estos voltímetro indican valores RMS
para ondas senoidales solamente. Toda medición que se realice sobre una
señal que no sea de este tipo será errónea. Para indicar el valor utilizan un
sensor de valor medio que luego de ser multiplicado por 1.11 da por
resultado el valor RMS de la señal.
2) Instrumentos del tipo promedio: Son generalmente del tipo digital y
también utilizan un circuito sensor de valor medio. Una vez medido dicho
valor lo multiplican por distintas constantes para obtener el valor RMS, el
valor pico o el valor promedio. Al igual que el tipo anterior de instrumento,
todas estas indicaciones son válidas si se mide sobre una señal senoidal.
3) Instrumentos True RMS: Estos tipos de instrumentos son los más
costosos y a su vez precisos. Utilizan procesamientos de señales digitales
lo que asegura una medición exacta. No importa que tan extraña sea la
señal AC a medir, el valor RMS que indicara siempre será el correcto.
Si utilizamos un instrumento que no es True RMS y medimos una señal senoidal
de 220 volts RMS, la medición que obtendremos será de 220 volts RMS. La
medición es correcta ya que para este tipo de onda no hay inconvenientes. Pero si
utilizamos el mismo instrumento para medir el valor RMS de una señal senoidal
modificada o una señal de onda cuadrada la indicación que obtendremos será de
unos 180-210 volts. Esto no sucede con un instrumento True RMS el cual para
ambas señales indicara 220 volts.
Para verificar que la indicación no es la verdadera, y que en realidad existen 220
volts RMS en la señal lo que se puede hacer es conectar una lámpara común y
comprobar que el brillo sea el normal. Si existieran 180 volts en la línea el brillo
será considerablemente menor.
13
Como se ha mencionado, los voltímetros TrueRMS son en su mayoría costosos,
pero es la única forma de medir en forma fehaciente el valor RMS de una señal.
Solo cuando la señal es senoidal, existen relaciones entre sus valores que pueden
ser calculados en forma simple, utilizando:
Modelos de instrumentos de medicion
F
Figura 13
14
Ejercicio práctico 1: Realizar mediciones en diferentes fuentes de alimentación,
anotando los valores obtenidos y elaborar un reporte de la actividad utilizando el
formato establecido.
2. Sistemas monofásicos, bifásicos y trifásicos.
2.1. Sistemas monofásicos, bifásicos y trifásicos con conexión delta y
estrella con puesta a tierra.
Sistema monofásico: En ingeniería eléctrica, un sistema monofásico es un
sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por
una única corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma
forma. La distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las
cargas son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños
motores eléctricos. Un suministro monofásico conectado a un motor eléctrico de
corriente alterna no producirá un campo magnético giratorio, por lo que los
motores monofásicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son poco
usuales para potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la frecuencia de esta
corriente dependen del país o región, siendo 230 y 115 Voltios los valores más
extendidos para el voltaje y 50 o 60 Hertzios para la frecuencia.
Figura 14. Voltaje en un sistema de corriente monofásico
Sistema bifásico: Es un sistema de producción y distribución de energía eléctrica
basada en dos tensiones eléctricas alternas desfasadas en su frecuencia 90º. En
un generador bifásico, el sistema está equilibrado y simétrico cuando la suma
vectorial de las tensiones es nula (punto neutro) que ocurre cuando las tensiones
son iguales y perfectamente desfasadas 90º
Figura 15
15
Por ejemplo en una instalación doméstica, supongamos que tenemos 120V y
240V para acometidas a residencias, ahora bien, no tenemos problemas con los
120V, eso es directamente monofásico, pero, ¿240V es monofásico o bifásico?,
veamos los hechos, primeramente vamos a obtener esta tensión de un
trasformador usualmente ubicado en el poste, el secundario de este transformador
tiene una derivación central de donde se obtiene el neutro.
Figura 16
El transformador puede tener dos devanados separados en el secundario o tener
una derivación como se mencionó antes, para fines prácticos, se consideran
unidos en N, ahora bien, cuando alimentamos una residencia con servicio
“monofásico” usamos, o bien L1-N o L2-N, con lo que obtenemos 120V según
nuestro ejemplo. Se ha de acotar en este punto que, los devanados del
secundarios están dispuesto de tal manera, que la suma fasorial del voltaje L1-L2
sea aditiva, es decir 120V + 120V = 240V, pero esto ocurre de esta forma, si y solo
si, los voltajes L1-N y L2-N, están en fase, lo cual es verdad puesto que están en
el mismo núcleo e inducidos por el mismo devanado primario.
Así pues, lo que en realidad parecen dos fases, es en realidad una, siendo un
término más apropiado a fase, LÍNEA, es decir tenemos servicios monofásicos de
1 línea y un neutro y de 2 líneas y un neutro.
Figura 17
También se les suele llamar sistemas monofásicos de 2 hilos (L1+N) y 3 Hilos
(L1+L2+N).
16
En conclusión antes de llamar a un sistema Bifásico, debemos verificar que en
efecto, no se trate de un arreglo de la misma fase y lo que veamos sea el
resultado de una suma prácticamente escalar, como en caso antes expuesto.
Nota: En una línea bifásica se necesitan cuatro conductores, dos por cada una de
las fases.
Actualmente el sistema bifásico está en desuso por considerarse más peligroso
que el actual sistema monofásico a 230 V, además de ser más costoso al
necesitar más conductores.
Sistema trifásico: Un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y
consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de
igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente, valor eficaz) que presentan una
cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden
determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se
designa con el nombre de fase.
Figura 18.Voltaje de las fases de un sistema
trifásico cada una de las fases hay un desfasamiento de 120º.
:
Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes
son iguales y están desfasados simétricamente.
Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o
distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es un desequilibrado o más
comúnmente llamado un sistema desbalanceado.
Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de
impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de
amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque
las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas.
El sistema trifásico presenta una serie de ventajas como son la economía de sus
líneas de transporte de energía (hilos más finos que en una línea monofásica
equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento
de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con
potencia constante y no pulsada, como en el caso de la línea monofásica.
Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la
conexión a la red eléctrica debe ser trifásica (salvo para centrales de poca
17
potencia). La trifásica se usa mucho en industrias, donde las máquinas funcionan
con motores para esta tensión.
Figura 19.Alimentacion trifásica
Sistema triangulo y sistema estrella.
Existen dos tipos de conexión; en triángulo y en estrella.
En la siguiente figura cada fuente representa la bobina de un generador trifásico
donde se inducen las tres tensiones del sistema trifásico.
Figura 20.
Estas tres fuentes se pueden conectar en una de las dos formas que se
presentarán a continuación.
Conexión en triangulo (Delta).
La conexión de las tres fuentes se realiza de la siguiente manera:
Figura 21. Conexión delta o triangulo
18
Conexión en estrella.
La conexión de las tres fuentes se realiza de la siguiente forma:
Figura 22. Arreglo en estrella
En estrella, el neutro es el punto de unión de las fases.
Puesta a tierra: Los sistemas y los conductores de circuito son puestos a tierra
para limitar las sobretensiones eléctricas debidas a descargas atmosféricas,
transitorios en la red o contacto accidental con líneas de alta tensión, y para
estabilizar la tensión eléctrica a tierra durante su funcionamiento normal. Los
conductores de puesta a tierra del equipo se unen al conductor puesto a tierra del
sistema para que ofrezcan un camino de baja impedancia para las corrientes
eléctricas de falla, y que faciliten el funcionamiento de los dispositivos de
protección contra sobrecorriente en caso de falla a tierra.
Los materiales conductores que rodean a conductores o equipo eléctricos o que
forman parte de dicho equipo, son puestos a tierra para limitar la tensión a tierra
de esos materiales y para facilitar el funcionamiento de los dispositivos de
protección contra sobrecorriente en caso de falla a tierra.
En general:
Sistema monofásico.
Como su nombre indica está formado por una sola fase activa y su uso es propio
para equipos con esta característica.
¿Cómo lograr un sistema monofásico? hay grupos monofásicos pero no es
comercial, solo para potencias bajas potencias.
El sistema comercial es el trifásico y puede ser transmitido al usuario en dos
formas:
1) tres líneas vivas desfasadas 120º y un neutro,(cada línea y neutro pueden
ser usados en sistemas monofásicos)
2) tres líneas vivas desfasadas 120º sin neutro: aquí también puede funcionar
un sistema monofásico si es que la tensión entre dos líneas es la
19
necesitada. Esto debido a que las tensiones son fasores y el resultado de
dos
fasores
es
otro
fasor.(no
es
esto
tensión
bifásica)
Esto se puede aplicar en el sistema anterior (con neutro) si la tensión entre
dos líneas es la necesitada para un sistema monofásico.
Sistemas bifásicos: Como su nombre lo indica, está formado por 2 líneas vivas
perpendiculares entre si y, sus tensiones están desfasadas 90º.No es un sistema
comercial.
Sistema Trifásico: Es el sistema eléctrico comercial y como se indicó consta de 3
fases vivas desfasados 120º , como se indicó en la primera parte, operando con
dos bornes vivos, cualquiera de los tres se puede alimentar un sistema
monofásico si la tensión entre ellos es la solicitada.
En un sistema trifásico el consumo de corriente es menor que en un
monofásico si los dos equipos entregan la misma potencia.
Es decir:
Sistema monofásico: 1 Fase o vivo y neutro.
Sistema bifásico: 2 Fases o vivos, y puede o no poseer neutro.
Sistema trifásico: 3 Fases o vivos, y puede o no poseer neutro.
2.2. Efectuar mediciones de voltaje con secuencia de fase.
Secuencia de fases. El orden en que las tensiones o corrientes adquieren sus
valores máximos se denomina secuencia de fases. Así la secuencia ABC significa
que la tensión Va presenta su máximo antes que la tensión Vb y a su vez esta lo
hace antes que la tensión Vc. Esto es válido para cualquier otra secuencia y para
las corrientes.
La siguiente figura ilustra la secuencia ABC.
Figura 23. Secuencia de fases
20
De acuerdo a la secuencia de fases se definen:
Secuencia directa: cuando respecto a un punto fijo los tres vectores de tensión
girando en sentido antihorario pasan por el punto fijo en el siguiente orden: A, B,
C.
Secuencia Inversa: cuando respecto a un punto fijo los tres vectores de tensión
girando en sentido antihorario pasan por el punto fijo en el siguiente orden: C, B,
A.
Figura 24. Secuencia directa e inversa
Ejercicio práctico 2: Realizar mediciones de Tensión en secuencia de fases,
describiendo el procedimiento en el formato establecido.
3. Conexiones eléctricas.
3.1. Identificar las normas en empalmes y conexiones (NOM-001-SEDE-2005)
Conexiones eléctricas. Debido a las diferentes características del cobre y del
aluminio, deben usarse conectadores o uniones a presión y terminales soldables
apropiados para el material del conductor e instalarse adecuadamente. No deben
unirse terminales y conductores de materiales distintos, como cobre y aluminio, a
menos que el dispositivo esté identificado para esas condiciones de uso. Si se
utilizan materiales como soldadura, fundentes o compuestos, deben ser
adecuados para el uso y de un tipo que no cause daño a los conductores, sus
aislamientos, la instalación o a los equipos.
NOTA: En muchas terminales y equipo se indica su par de apriete máximo.
a) Terminales. Debe asegurarse que la conexión de los conductores a las
terminales se realice de forma segura, sin deteriorar los conductores y debe
realizarse por medio de conectadores de presión (incluyendo tornillos de fijación),
conectadores soldables o empalmes a terminales flexibles. Se permite la conexión
21
por medio de tornillos o pernos y tuercas de sujeción de cables y tuercas para
conductores con designación de 5,26 mm2 (10 AWG) o menores.
Las terminales para más de un conductor y las terminales utilizadas para conectar
aluminio, deben estar identificadas para ese uso.
b) Empalmes. Los conductores deben empalmarse con dispositivos adecuados
según su uso o con soldadura de bronce, soldadura autógena, o soldadura con un
metal de aleación fundible. Los empalmes soldados deben unirse primero, de
forma que aseguren, antes de soldarse, una conexión firme, tanto mecánica como
eléctrica. Los empalmes, uniones y extremos libres de los conductores deben
cubrirse con un aislamiento equivalente al de los conductores o con un dispositivo
aislante adecuado.
Los conectadores o medios de empalme de los cables instalados en conductores
que van directamente enterrados, deben estar listados para ese uso.
c) Limitaciones por temperatura. La temperatura nominal de operación del
conductor, asociada con su capacidad de conducción de corriente, debe
seleccionarse y coordinarse de forma que no exceda la temperatura de operación
de cualquier elemento del sistema como conectadores, otros conductores o
dispositivos que tengan la temperatura menor de operación. Se permite el uso de
los conductores con temperatura nominal superior a la especificada para las
terminales, mediante ajuste o corrección de su capacidad de conducción de
corriente o ambas. Asegurando que la temperatura de operación no exceda a la
del elemento de menor temperatura de operación.
1) Terminales de equipo. La determinación de terminales de equipo debe
basarse en normas. A menos que el equipo esté aprobado o marcado de otra
forma, la capacidad de conducción de corriente usada para determinar las
terminales de equipo debe basarse en la tabla 310-16 con las modificaciones
indicadas en 310-15.
a. Las terminales de equipos para circuitos de 100 A nominales o menos o
marcadas para conductores con designación de 2,08 mm2 a 42,4 mm2 (14 AWG
a 1 AWG), deben utilizarse solamente para los casos siguientes:
1. Conductores con temperatura de operación del aislamiento máxima de
60ºC.
2. Conductores con temperatura de operación del aislamiento, mayor,
siempre y cuando la capacidad de conducción de corriente de tales
conductores se determine basándose en la capacidad de conducción de
corriente de conductores para 60ºC.
3. Conductores con temperatura de operación del aislamiento, mayor, si el
equipo está identificado para tales conductores.
22
4. Para motores marcados con las letras de diseño B, C, D o E, se permite el
uso de conductores que tienen un aislamiento con temperatura de
operación de 75ºC o mayor siempre y cuando la capacidad de conducción
de corriente de tales conductores no exceda de la capacidad de conducción
de corriente para 75ºC.
b. Las terminales de equipo para circuitos de más de 100 A nominales o
identificadas (aprobadas conforme con lo establecido en 110-2) para conductores
mayores de 42,4 mm2 (1 AWG), deben utilizarse solamente para los siguientes
casos:
1. Conductores con temperatura nominal de operación del aislamiento de
75ºC.
2. Conductores con temperatura de operación nominal de 75ºC, siempre y
cuando la capacidad de conducción de corriente de tales conductores no
exceda de la correspondiente a 75ºC o con temperatura de operación
mayor que 75ºC, si el equipo está identificado para utilizarse con tales
conductores.
3) Conectadores de compresión separables. Los conectadores de
compresión separables deben utilizarse con conductores cuya capacidad
de conducción de corriente no exceda la capacidad de conducción de
corriente del conectador a la temperatura nominal.
NOTA: De acuerdo con lo indicado en NOM-001-SEDE-2005, la información que
aparezca en el equipo puede restringir adicionalmente la sección transversal
nominal y la temperatura de operación de los conductores conectados.
3.2. Realizar empalmes y conexiones eléctricas aplicando las normas
vigentes.
Para la realización de uniones, empalmes o amarres en conexiones eléctricas es
de suma importancia la práctica de pelar cables, si bien puede parecer que pelar
un cable (alambre) no tiene dificultad alguna, la verdad es que siempre es bueno
conocer la forma correcta de hacerlo.
Antes de conectar un cable a un dispositivo o unirlo a otro cable, se debe primero
pelarlo, es decir retirar el aislamiento o cubierta exterior del mismo. Los cables se
pelan generalmente en las puntas, aunque existen ciertas situaciones que
requieren remoción del aislamiento en un punto intermedio.
23
Ejemplo práctico 1: Retirar el aislamiento o cubierta exterior de cables.
1.- Debemos comenzar con las herramientas adecuadas, siendo las más
comunes el cuchillo cartonero (navaja), las pinzas eléctricas y pinzas pelacables.
Estás últimas proporcionan los resultados más rápidos, limpios y seguros.
Figura 25
2.- Para pelar un tramo del cable con el cuchillo, se debe comenzar por marcar los
puntos entre los cuales se debe retirar la capa de aislante, cuidando de no dañar
el metal.
Figura 26
3.- A continuación, con el cuchillo inclinado, retirar el tramo de aislante marcado,
cuidando de no herirse ni de dañar el metal.
Figura 27
4.- Finalmente, raspar o pulir con lija de agua el cable expuesto y limpiarlo con la
parte sin filo (lomo) del cuchillo hasta que quede brillante.
Figura 28
5.- Para pelar una punta del cable con una pinza eléctrica, comienza por ejercer
una ligera presión sobre el aislante con el fin de suavizar la parte que debe salir.
Figura 29
24
6.- A continuación, marcar la franja a partir de la cual debe retirarse el aislamiento.
Para hacer esto simplemente colocar las cuchillas sobre el conductor y girarlo
alrededor del mismo, ejerciendo en cada movimiento una presión suficiente para
cortar el aislante sin tocar el metal.
Figura 30
7.- Por último, sin dañar el metal, empujar el aislante hacia afuera hasta que salga
por completo. Una vez realizado esto, raspar o pulir con lija de agua la punta del
cable hasta que quede brillante.
Figura 31
8.- Para pelar un cable utilizando las pinzas pelacables, comenzar por colocar las
cuchillas de esta última alrededor de la franja desde donde deseas pelarlo. A
continuación, seleccionar el diámetro correcto para el cable en cuestión.
Figura 32
9.- A continuación, apretar las pinzas y retirar al mismo tiempo el aislante del cable
sin maltratarlo. Si las pinzas no tienen capacidad de sujeción, apretarlas para
cortar y moverlas hacia afuera hasta que el tramo del aislante cortado salga
completamente.
Figura 33
25
Las uniones, empalmes o amarres se utilizan con mucha frecuencia en las
instalaciones eléctricas para prolongar conductores y realizar derivaciones.
A continuación, te mostramos la forma que usan los profesionales para hacer este
tipo de labores.
El tipo de empalme requerido para una situación dada depende del calibre y
número de hilos de los conductores involucrados, y del propósito de la unión. La
unión cola de rata, en particular, permite empalmar dos o más conductores dentro
de cajas metálicas y se utiliza en todo tipo de instalaciones basadas en conduit
(tubería metálica o plástica).
Figura 34. Empalme cola de rata
Ejemplo práctico 2: Realización de empalme cola de rata con dos conductores.
1.- Para realizar una unión cola de rata, comienza por pelar las puntas de los
cables o alambres en una longitud de aproximadamente 20 veces su diámetro.
Para alambres Nº 14 que tienen un diámetro de 1,62 mms, esto significa retirar un
tramo de aislamiento del orden de 3 a 4 cms.
Figura 35
2.- A continuación, cruza los cables o alambres en V y asegúralos en la
intersección con una pinza mecánica universal.
Figura 36
3.- Manteniendo fija la pinza mecánica, enrolle manualmente los cables o
alambres uno sobre otro al mismo tiempo. Tuerza las puntas desnudas como si se
tratara de una cuerda.
Figura 37
26
4.- Sin soltar la pinza de sujeción coloque una pinza mecánica universal adicional
en el otro extremo y continúe el giro con este último hasta que la unión quede
apretada. Son suficientes unas cuatro o cinco vueltas de cada cable o alambre.
Figura 38
5.- Una vez asegurada la unión, dobla hacia atrás lo que queda de las puntas con
el fin de evitar que rompan la cinta aislante (tape negro). Este tipo de amarre no
debe emplearse cuando los conductores están sometidos a tensión mecánica.
Para este tipo de situaciones es mejor recurrir a una unión western.
Figura 39
Por último, una vez realizada la unión o empalme, este debe estañarse con
soldadura para protegerlo de la corrosión y cubrirse con cinta aislante para
prevenir accidentes eléctricos.
Unión de conductores (alambres, cables) tipo western.
Las uniones Western se utilizan en todo tipo de instalaciones para prolongar líneas
eléctricas. Se realizan con alambres (cables) de hasta 5,2 mm² de sección (calibre
Nº 10) . Este tipo de uniones entregan mucha resistencia a la tensión mecánica
(estirar cables sin que se desarme o corte la unión).
Ejemplo práctico 3: Realizar extensión de alambres (cables) con unión western.
1.- Para comenzar, debes pelar y limpiar las puntas de los alambres en una
longitud de aproximadamente 50 veces su diámetro, dividido por 10 para obtener
el largo en cms.
Formula: (Diámetro alambre en mms x 50) / 10 = Largo a pelar en cms.
27
2.- Una vez pelada la punta de ambos cables, debes doblar ambas puntas a unir
en forma de L a unos 2,5 cms. del plástico aislante y cruzar los alambres como se
muestra en la imagen.
Figura 40
3.- Para realizar la unión, debes sujetar los alambres con una pinza universal en
el punto de cruce y manualmente o con la ayuda de otra pinza mecánica, enrollar
completamente una punta sobre la otra, apretando las espiras de modo que
queden muy juntas. Repite el mismo procedimiento con la otra punta, enrollando el
alambre en la dirección contraria.
Figura 41
El resultado es el que se muestra en la imagen, como puedes ver queda bastante
firme, lo que da seguridad a la hora de realizar trabajos eléctricos.
Figura 42
Para finalizar cortar el alambre excedente, estañar la unión y cubrirla con cinta
aislante .
Ejercicio práctico 3: Realizar empalmes y amarres de conductores eléctricos
(cables), elaborando un reporte.
28
Unidad 2: Maquinas de inducción y de corriente directa
Objetivo: El alumno identificará las características de funcionamiento y
construcción de un transformador, motor CD, motor CA para su correcta selección
y conexión acorde a la normatividad vigente.
1. Transformadores
1.1 Tipos, características de funcionamiento, construcción y aplicación.
Definición: Es un dispositivo que cambia potencia eléctrica alterna de un nivel de
voltaje a potencia eléctrica alterna a otro nivel de voltaje mediante la acción de un
campo magnético. Consta de dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un
núcleo ferromagnético común. Esta bobinas no están (usualmente) conectadas en
forma directa la única conexión entre las bobinas es el flujo magnético común que
se encuentra dentro del núcleo.
Uno de los devanados del transformador se conecta a una fuente de energía
eléctrica alterna y el segundo ( y quizás el tercero) suministra energía eléctrica a
las cargas. El devanado del transformador que se conecta a la fuente de potencia
se llama devanado primario o devanado de entrada, y el devanado que se conecta
a las cargas se llama devanado secundario o devanado de salida.
Figura 43. Transformador
¿Cuál es la importancia de los transformadores en la vida moderna?
La importancia de los transformadores se debe a que gracias a ellos ha sido
posible el enorme desarrollo en la utilización de la energía eléctrica, haciendo
posible la realización práctica y económica del transporte de la energía a grandes
distancias. Un transformador cambia, idealmente, un nivel de voltaje alterno a otro
nivel de voltaje sin afectar la potencia que se está suministrando. Si un
29
transformador eleva el nivel de voltaje de un circuito, debe disminuir la corriente
para mantener igual la potencia que sale de él. De esta manera, la potencia
eléctrica alterna puede ser generada en determinado sitio, se eleva su voltaje para
transmitirlas a largas distancias con muy bajas pérdidas y luego se reduce para
dejarlo nuevamente en el nivel de utilización final. Puesto que las pérdidas de
transmisión en las líneas de un sistema de potencia son proporcionales al
cuadrado de la corriente, elevando con transformadores el voltaje de transmisión
en un factor de 10 con lo cual se reduce la corriente con el mismo factor, las
pérdidas de transmisión se reducen en un factor de 100. Sin el transformador,
simplemente, no sería posible utilizar la potencia eléctrica en muchas de las
formas en la que se utiliza hoy.
En un sistema moderno de potencia, se genera potencia eléctrica a voltajes de 12
a 25 kva. Los transformadores elevan el voltaje hasta niveles comprendidos entre
100kva y cerca de 1000kva para transmisión a grandes distancias con pocas
pérdidas y, nuevamente, los transformadores bajan el voltaje entre 12 kva a 34.5
kva para distribución local, y para permitir que la potencia eléctrica se utilizada con
seguridad en los hogares, oficinas y fabricas a voltajes tan bajos como 120 volts.
2. Motores de corriente directa CD (DC)
3. Motores de corriente alterna CA (AC)
Figura 44. Utilización del trasformador en la distribución de energía eléctrica
Tipos de transformadores:
Los transformadores (de potencia) reciben variedad de nombres, dependiendo de
su utilización en los sistemas de potencia. UN transformador conectado a la salida
de un generador utilizado para elevar el voltaje hasta niveles de transmisión
(110kva y mayores) a veces se denomina transformador de unidad. El
transformador situado al otro extremo de la línea de transmisión a los niveles de
distribución (2.3 a 34.5 kva) se denomina transformador de subestación. Por
30
último, el transformador que reduce el voltaje de distribución al voltaje final a que
se utiliza la potencia (110, 208, 220v, etc.) es llamado transformador de
distribución. Todos estos dispositivos en esencia son los mismos, la única
diferencia entre ellos es la utilización que se les da.
Según sus aplicaciones estos se clasifican en:

Transformador de aislamiento: Suministra aislamiento galvánico entre el
alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o
señal "flotante". Su relación es 1:1.

Transformador de alimentación. Estos poseen uno o varios alambres
secundarios y suministran las tensiones necesarias para el funcionamiento del
equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito
primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme.

Transformador trifásico. Poseen un trío de bobinados en su primario y un
segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o
triángulo (Δ), sus mezclas pueden ser: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. A pesar de tener
una relación 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones se modifican.

Transformador de pulsos: Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos
debido a su rápida respuesta.

Transformador de línea o flyback: Estos son transformadores de pulsos. Con
aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta
tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Entre otras
propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo.

Transformador con diodo dividido: Su nombre se debe a que está
constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y
conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una
tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente
al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia: Usado como adaptador de antenas y líneas
de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para
adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Transformador Electrónico: Se caracteriza por ser muy utilizados en la
actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un
Corrector de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de
fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.
Según su construcción existen diversos tipos como:
31

Transformador de grano orientado, Auto transformador. El primario y el
secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que
un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a
125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.

Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se
confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas
pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de
hierro de grano orientado, que se envuelve en sí misma, siempre con la misma
dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las
pérdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados,
pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son
destinados.
Construcción:
Los transformadores (de potencia) se construyen de dos maneras: Un tipo de
transformador consta de una pieza de acero rectangular, laminada, con los
devanados enrollados sobre dos de los lados del rectángulo. Este tipo de
construcción es conocido como transformador tipo núcleo o de columnas.
Figura 45. Transformador tipo núcleo o columna.
El otro consta de un núcleo laminado de tres columnas cuyas bobinas están
enrolladas en la columna central. Este tipo de construcción se conoce como
transformador tipo acorazado.
Fi
Figura 46.Transformador acorazado
32
Generalmente los transformadores constan de las siguientes partes principales:
a) Núcleo: El núcleo se construye con delgadas láminas (acero al silicio) en frio
(grano orientado) aisladas eléctricamente unas de otras para minimizar las
corrientes parasitas. El núcleo del transformador es el sistema que forma el
circuito magnético, está compuesto por las columnas, que son las partes donde se
montan los devanados y las culatas, que son las partes que realizan la unión entre
las columnas. Los espacios entre las columnas y las culatas, por los cuales pasan
los devanados, se llaman ventanas del núcleo. Según sea la posición relativa
entre el núcleo y el devanado es el tipo de transformador: de columna o
acorazado.
Las uniones de las columnas con las culatas se denominan juntas, y deben de
tener un espesor lo más pequeño posible con objeto de reducir al máximo la
reluctancia del circuito magnético. La culata superior se tiene que poder abrir para
colocar las bobinas y los aislantes.
b) Devanados: Constituyen el circuito eléctrico del transformador; se realizan por
medio de conductores de cobre, en forma de hilos redondos (para diámetros
inferiores a 4mm.) o de sección rectangular (pletinas de cobre) cuando se
requieren secciones mayores. Los conductores están recubiertos por una capa
aislante, que suele ser de barniz en los pequeños transformadores y que en en el
caso de pletinas está formada por una o varias capas de fibra de algodón o cinta
de papel. Según sea la disposición relativa entre los enrollamientos de AT y BT,
los devanados pueden ser concéntricos o alternados. En los devanados
concéntricos los embobinados tienen forma de cilindros coaxiales; generalmente
se coloca más cerca de la columna enrollamiento de BT, ya que es más fácil de
aislar que el devanado de AT, y entre ambos embobinados se intercala un cilindro
aislante de cartón o papel baquelizado. En los devanados alternados os
enrollamientos se subdividen en secciones, de tal forma que las partes de los
devanados de AT y BT, se suceden alternativamente a lo largo de la columna.
Para disminuir el flujo de dispersión, es frecuente que en cada extremo se coloque
media bobina, que por razones obvias pertenecen al enrollamiento de BT.
Figura 47
33
c) Sistema de refrigeración: En un transformador, como en cualquier maquina
eléctrica, existen una serie de pérdidas que se transforman en calor y que
contribuyen al calentamiento de la máquina. Para evitar que se consigan altas
temperaturas que puedan afectar la vida de los aislamientos de los devanados es
preciso dotar al transformador de un sistema de refrigeración adecuado. Para
potencias pequeñas, la superficie externa de la maquina es suficiente para lograr
la evacuación de calor necesario, lo que da a lugar a los transformadores en seco.
Para potencias elevadas se emplea como medio refrigerante el aceite, resultando
los transformadores en baño de aceite. El aceite tiene una doble misión de
refrigerante y aislante, ya que posee una capacidad térmica y una rigidez
dieléctrica superior a la del aire.
Actualmente, se ha impulsado el uso de aceites de siliconas, que representa un
nuevo avance tecnológico para intentar aunar las misiones aislantes y
refrigerantes con un reducido impacto ambiental.
Figura 48. Aspectos constructivos de un transformador
34
Tarea: investigar tipos de sistemas de refrigeración, funcionamiento y la
forma de identificar el tipo de enfriamiento del transformador. (Libro de
máquinas eléctricas, Jesús Fraile Mora 5ta. Edición, capitulo 3).
d) Aisladores pasantes de salida: Los bornes de media tensión se llevan al
exterior de la cuba mediante unos aisladores pasantes de porcelana, rellenos de
aire o aceite. Cuando se utilizan altas tensiones aparece un fuerte campo eléctrico
entre el conductor terminal y el borde del orificio en la tapa superior de la cuba, y
para evitar la perforación del aislador, este se realiza con una serie de cilindros
que rodean el borne metálico dentro del espacio cerrado que contiene el aceite.
Los pasatapas de AT y BT en un transformador se distinguen por su altura, siendo
tanto más altos cuanto mayor es la tensión. Otro elemento que suelen llevar los
transformadores de gran potencia es el llamado relé, que protege a la máquina de
sobrecargas peligrosa, fallos de aislamientos, etc.
Este relé se coloca en el tubo que une la cuba principal con el depósito de
expansión, y funciona por el movimiento del vapor de aceite producido por un
calentamiento anómalo del transformador que hace bascular un sistema de dos
flotadores; el primero es sensible a las sobrecargas ligeras y al descender de la
posición mostrada en la figura provoca la activación de una alarma acústica; el
segundo es sensible a las sobrecargas elevadas, que dan lugar a una forma
tumultuosa de gas en la tuba principal, que al empujar al flotador, provoca el cierre
del circuito de unos relés que controlan el disparo de unos disyuntores de entrada
y salida del transformador.
Figura 49. Relé y esquema eléctrico de protección.
35
e) Placa de características del transformador: Es una placa metálica
serigrafiada que incluye los datos de potencia asignada, tensiones asignadas,
impedancias y frecuencias equivalentes en tano porciento o caída de tensión
relativa de cortocircuitos. Si el transformadores tiene tomas variadoras de tensión,
se incluyen asimismo las tensiones de las diferentes variaciones. También se
indica el esquema de conexiones, nombre del fabricante, especificación del tipo de
transformador, clase de refrigeración, serie, código y en algunos casos referencias
sobre instrucciones de funcionamiento.
Las tensiones asignadas o nominales son aquellas para los cuales se ha
proyectado el transformador y serán los valores base empleados en la práctica. La
potencia asignada siempre se refiere a la potencia aparente y se aplica tanto al
devanado primario como al secundario.
Características de funcionamiento
Comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de
construcción más elemental.
Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el
que han sido enrollados dos circuitos eléctricos:
- Uno, constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de
corriente alterna y recibe el nombre de primario.
- Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes
un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.
Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el
bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza
magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno
(Ф1) en el circuito magnético del transformador.
Figura 50
36
El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado
secundario una fuerza electromotriz (E2).
Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. Por lo
tanto en ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se opone al
voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de
corriente l1
Figura 51
Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por él la intensidad
de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Ф2, opuesto al Ф1, por lo tanto
reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza
contraelectromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente.
Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un
aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre
ambos bobinados.
Figura 52
Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo
inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento
en la corriente I1.
37
Funcionamiento del Transformador ideal: Relación de voltaje, corrientes y
potencias.
Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y
Bobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.
La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una
corriente alterna.
Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el
bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo
magnético circulará a través de las espiras de éste.
Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se
generará por el alambre del secundario un voltaje.
En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el
secundario conectado por ejemplo a una resistencia).
Figura 53
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el
"Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de
vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de
voltaje. La fórmula:
Entonces: Vs = Ns x Vp / Np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de
espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (La
potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las
pérdidas por calor y otras), entonces:
Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps
Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar
su potencia usando la siguiente fórmula.
38
Potencia = voltaje x corriente
P = V x I (en watts)
Aplicando este concepto al transformador y como
P(bobinado pri) = P(bobinado sec)
Entonces...
La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que
cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y
viceversa. Entonces:
Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:
- Ip (la corriente en el primario),
- Np (espiras en el primario) y
- Ns (espiras en el secundario)
se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns
En general el funcionamiento de un transformador es que, si se aplica una fuerza
electromotriz alterna en el devanado primario, circulará por éste una corriente
alterna que creará a su vez un campo magnético variable. Este campo magnético
variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza
electromotriz en los extremos del devanado secundario.
Figura 54
Aplicaciones:
Su principal aplicación y/o función es elevar o disminuir las tensiones, o sea los
voltajes, de acuerdo a los valores normalizados para su consumo, para el caso de
la generación-distribución, los valores de voltaje vienen de aproximadamente de
6000 volts, y lo van elevando a 13.8,85,115, 230 y 400 mil volts, de ahí se va
reduciendo de manera inversa con transformadores hasta llegar a las áreas de
consumo que suelen ser de 23000 volts a 220 volts y/o 13800 volts a 220 volts,
estos son algunas aplicaciones, de las demás el transformador es el alma de los
39
sistemas de la ingeniería eléctrica, sin él, prácticamente no podríamos utilizar los
voltajes adecuados para la operación de todos los sistemas eléctricos/electrónicos
y la capacidad para operar la potencia que consumen las industrias y los usuarios
en general.
Figura 55
Hay otras aplicaciones de los transformadores, por ejemplo en antiguos aparatos
de audio, había transformadores de salida, drivers, adaptadores de impedancia,
etc.
En equipos transmisores de amplitud modulada, usaban los llamados
transformadores de modulación. En los receptores de radio, era muy común el
llamado vulgarmente transformador de parlante el cuál adaptaba la impedancia de
salida de la válvula amplificadora a la impedancia del parlante. El llamado fly back
en los televisores son transformadores a una tensión muy alta (25.000 V.), en los
mismos televisores hay transformadores llamados chopper en la fuente de
alimentación, al igual que en las fuentes de alimentación de las computadoras.
Todos ellos usan núcleo, que pueden ser de hierro silicio o de ferrita.
En la red de energía, se usan transformadores que son de gran aporte para
manejar las potencias requeridas.
Ahora, si se convierte corriente alterna a continua se utiliza un rectificador o
fuente rectificada (electrónica); es decir, si el transformador tiene un rectificador
puede utilizarse como adaptador de corriente alterna a corriente continua, y lo que
se usa para crear alterna a partir de continua es un ondulador (inversor).
Figura 56
40
Actividad para entregar: Realizar un ensayo de transformadores en el formato
correspondiente con un mínimo de 2 hojas.
2. Motores de corriente directa (CD o DC)
1.1. Tipos, características de funcionamiento, construcción y aplicación.
El Motor eléctrico: Es un dispositivo (maquina eléctrica) que puede convertir
energía eléctrica en energía mecánica. Cuando este dispositivo es utilizado para
convertir energía mecánica en eléctrica, se denomina, generador.
Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea
o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor.
Figura 57
Motor eléctrico elemental de corriente continua: Un motor eléctrico elemental
dc de 2 polos tiene las siguientes partes:
 Una armadura o rotor (Núcleo de hierro, eje de metal y bobina de hilo de
cobre que forman el rotor): El hilo de cobre va enrollado sobre un núcleo de
hierro, esto va ensamblado en el eje de metal que puede ser de diferentes
medidas dependiendo del motor, y es de un acabado fino con ayuda del
torno... Todo ello forma el rotor, llamado imbricado por que consta de
bobinas.
 Un conmutador: es un tipo de interruptor que cambia la dirección del flujo
de corriente en la bobina según vaya girando, va acomodado de tal forma
que tenga contacto con las escobillas; pero que no pegue con las dos a la
vez.
 Escobillas: están colocadas en la base del motor y son de una mezcla de
grafito y cobre, hay dos una de cada polo. Allí es donde hay que conectar la
pila.
 Un Imán de campo o estator: es la parte fija del motor dentro de la cual gira
el rotor, puede ser un estator o simplemente un imán que tiene forma de
media luna.
41


Una fuente de poder DC de algún tipo: Es el dispositivo que proporciona la
fuerza electromotriz, para que se realice acción mecánica.
Carcasa: Es la vestimenta del motor y tiene forma de cilindro, sujeta a las
tapas, que estas a la vez tienen baleros que sostienen al rotor.
Figura 58
Teoría del Funcionamiento: El principio de funcionamiento de un motor se basa
en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno)
en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos
por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida
será lo único que gire.
Al introducir un voltaje a las escobillas de un motor de CC. estas los comunican al
conmutador que es el que magnetiza a la bobina que se encuentra en el rotor, la
cual se atrae del polo norte al estator y del polo sur se repele (+) y (-), el
conmutador al dar la media vuelta invierte la polaridad de la bobina y hace que el
polo (+) pase a ser negativo y el negativo pase a ser (+), y esto se repite así
sucesivamente, esto hace que la bobina gire, y sea empleada para diversos
trabajos de poleas o engranajes.
La potencia absorbida de la red por un motor varía automáticamente, para
acomodarse a la carga mecánica. Inicialmente cuando el motor parte del reposo,
el inducido tendrá una corriente de Ia = Ea / Ra, debido a que la fcem Eb = 0.
Cuando el motor aumenta la velocidad, la fcem = E b aumentará también, por lo
tanto, Ia = (Ea - Eb) / Ra disminuye. El motor dejará de acelerar cuando la corriente
haya descendido hasta un valor tal, que el par motor sea igual a la suma del par
de rozamiento y del par de frenado ocasionado por la carga mecánica. Si la carga
mecánica aumenta. La velocidad disminuye, la fcem también disminuye y la Ia
aumenta. Al aumentar la corriente, aumenta el par motor
La velocidad del motor dejará de disminuir cuando el par motor se haga igual al
par resistente. Si disminuye la carga, la velocidad aumenta, la fcem aumenta, la
42
corriente Ia disminuye y el par motor disminuye. El motor dejará de acelerar
cuando el par motor y resistente se igualen.
ECUACIONES DEL MOTOR DE CC.
Par motor = Kφ Ia hp = 2𝝅 x par motor x rpm/33000
Fem = Kφ rpm. 1 hp = 746w
K y φ son constantes que dependen de la construcción y del sistema de unidad
adoptado.
Dirección de giro: Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente
Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor.
Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que
el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no
perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de
pulsos (pwm) con una salida a transistor de más o menos potencia según el motor
utilizado.
Si se aplica un voltaje en los bornes de un motor de c.c. circula por los
conductores del inducido una corriente que al estar en un campo magnético se
produce una fuerza que hace girar los conductores y por lo tanto al inducido, la
fuerza ejercida sobre un conductor es proporcional al campo magnético y a la
corriente, por lo tanto, el momento del par, llamado "par motor" se puede expresar
como sigue:
Par motor = Kφ Ia
Donde Ia es la corriente del inducido.
Al girar los conductores con el inducido, cortan líneas de fuerza y en el
arrollamiento se induce una fem que se opone al voltaje aplicado en los bornes.
Por esta razón, la fem inducida en un motor se llama "fuerza contra electromotriz"
f.c.e.m. la corriente en el inducido es igual a:
Ia = (Ea - Eb)/Ra entonces Ea = Eb + IaRa
Dónde:
Eb = f.c.e.m.
Ea = voltaje aplicado
Ia = corriente en el inducido
Ra = Resistencia del inducido y escobillas.
El colector desempeña un papel muy importante en el funcionamiento de un motor
de c.c. y consiste en invertir el sentido de la corriente en la espira en el instante en
que están enfrentados los polos de nombre contrario. Esto hace que se invierta la
polaridad del campo, con lo que hay repulsión en lugar de atracción, y la espira
43
continúa girando. En la siguiente figura (a), se observa que el polo N del campo
principal repele al polo N del campo del inducido.
Al completar media revolución, figura (b), el colector invierte la corriente en el
inducido, por lo tanto el sentido del campo del inducido se invierte. Esta inversión
hace que el polo S del campo principal y del inducido se repelen de nuevo y
continúe así la rotación.
a)
b
Figura 59
En un inducido de varias espiras, se mantiene sobre él un par motor uniforme y
continuo. Como las espiras están próximas entre sí, el campo resultante producido
por le inducido permanece en la misma posición, resultando por tanto en "campo
magnético estacionario".
Tipos de motores DC
1). Motor Shunt o paralelo
Para el motor shunt de la figura, tenemos:
Figura 60
If = Ea/Rf
Ia = (Ea - Eb)/Ra
44
Inicialmente la fcem es cero, debido a que el inducido está en reposo, por lo tanto,
la Ia = Ea / Ra que es de un valor elevado. Como la corriente es elevada,
entonces el par motor también lo es, ya que par = Kφ Ia.
Esto hace que aumente la velocidad, por consiguiente Eb aumenta. Al aumentar
Eb disminuye el par motor que se hace constante cuando el motor adquiere
finalmente una velocidad constante.
Si se impidiese el giro del inducido, la corriente de arranque sería muy intensa,
continuaría circulando y quemaría el inducido en poco tiempo. En la práctica los
motores se protegen generalmente con fusibles que, al fundirse, abren el circuito
antes de que se queme el inducido.
Como la corriente de arranque es elevada (varias veces el valor de la corriente
nominal de carga) es necesario intercalar una resistencia Rs en serie para
disminuir la corriente de arranque.
Esta resistencia se suprime paulatinamente cuando el motor adquiere velocidad.
La fig ¿?. Representa la corriente con y sin el reóstato de arranque.
Figura 61
Curvas características.
Las curvas características de un motor indican como varían el par motor y la
velocidad con la corriente en el inducido, siendo constante el voltaje aplicado.
Par motor = KφIa
Como Ea = constante, entonces, If es también constante, por lo tanto, el flujo par
polo también lo es.
Par motor = Kφ Ia = K x constante x Ia = K Ia, que representa la ecuación de una
recta que pasa por el origen.
Fem = Eb = K φ rpm rpm = (Ea - IaRa) / K
Rpm = constante x (Ea - Ia Ra)
45
Como la resistencia Ra es pequeña el valor Ia Ra es pequeño comparado con Ea,
por lo tanto, al aumentar la corriente, disminuye muy poco la velocidad. Por lo
tanto el motor shunt es un motor de velocidad constante.
Figura 62
Control de velocidad
Aunque el motor shunt es de velocidad constante, su característica más importante,
es la de ser un motor de velocidad regulable.
Utilizando la ecuación de la velocidad, tenemos:
Rpm = (Ea - Ia Ra) / Kφ
La velocidad se puede aumentar, disminuyendo el flujo por polo (φ) . Para esto, es
necesario colocar un reóstato en el circuito de campo, tal como se indica en la figura.
Figura 63
Intercalando un reóstato en el circuito del inducido podemos disminuir la velocidad
nominal. Esto es debido a que al aumentar la resistencia en el circuito en el
inducido el voltaje Ea disminuye.
Figura 64
46
Inversión de giro
El sentido de rotación de un motor shunt se puede invertir, cambiando la dirección
de la corriente, ya sea en el circuito de campo o en el circuito del inducido.
Parada del motor.
Para parar el motor se introducen todas las resistencias del reóstato de arranque
antes de cortar la corriente.
Propiedades:




Par de arranque débil
No soportan grandes sobrecargas.
Velocidad constante cualquiera sea la carga.
No se disparan en vacío.
Utilización
La velocidad constante de estos motores los hace adecuados para el
accionamiento de máquinas - herramientas (tornos, taladros) y aparatos de
elevación.
2). Motor serie.
El motor serie se conecta a la red como se indica en la figura. El voltaje aplicado
Ea es constante, mientras que el campo de excitación aumenta con la carga,
puesto que la corriente Ia es la misma corriente de excitación.
Arranque del motor:
Como en el caso del motor shunt se debe intercalar un reóstato de arranque en
serie con el inducido. Esta resistencia se reduce gradualmente cuando el motor
adquiere velocidad.
Inversión del sentido de rotación:
La rotación se puede invertir cambiando la dirección de la corriente, ya sea del
campo en serie o del inducido.
47
Parada del motor:
Para parar un motor serie, es preciso introducir progresivamente las resistencias
del reóstato de arranque y cortar luego la alimentación, para evitar una fuerte
corriente de ruptura que sería peligrosa para los arrollamientos.
Control de velocidad:
La velocidad se puede variar, cambiando el voltaje aplicado E a, colocando un
reóstato en serie con la bobina de campo. De esta manera se disminuye la
velocidad. Se puede aumentar la velocidad, disminuyendo el flujo por polo. Esto se
puede realizar, colocando un reóstato en paralelo con la bobina de campo, de
modo que la corriente total Ia solo se permita circular una parte por la bobina de
excitación.
Propiedades:
- Gran par de arranque.
- Velocidad variable con la carga.
- Tendencia al aceleramiento excesivo.
- Soporta bien las sobrecargas.
- Se dispara fácilmente en vacío o cuando la carga decrece.
Utilización
Se usa en los aparatos de elevación: Montacargas, ascensores, grúas, frenos
eléctricos.
3.) Motor Compound
Comparando las ventajas de los motores serie y shunt se encuentra que:
1) El motor shunt tiene una velocidad más constante, pero
2) Un motor serie del mismo régimen de capacidad puede ejercer un par mucho
mayor, cuando sea necesario, sin aumentar terriblemente la corriente.
48
Estas dos características pueden obtenerse en un mismo motor colocando dos
bobinados de campo: Uno en serie y otro shunt, en los polos del motor, y que se
llamará motor compound. Las características de velocidad y par motor para un
motor compound se dan en la siguiente figura.
La velocidad de un motor compound se puede disminuir por debajo de la normal
por medio de un reóstato colocado en el circuito del inducido y aumentarse por
encima de la normal mediante un reóstato en el circuito de campo.
A diferencia de los motores en serie, el motor compound tiene una velocidad
definida sin carga y no alcanzará velocidades destructivas si ésta se suprime.
La regulación de la velocidad es inferior a la de un motor shunt y mayor a la de
uno serie. La rotación se invierte cambiando la dirección de la corriente del circuito
de campo o del circuito del inducido. Puesto que si se invierte el campo shunt se
debe invertir el serie, el procedimiento más sencillo es invertir la corriente en el
inducido.
Si las conexiones del arrollamiento serie de un motor compound se
permutan para invertir el sentido de circulación de corriente en el mismo, las
bobinas serie se opondrán al flujo y este decrecerá, en lugar de crecer cuando
aumente la carga. Esto obligará al motor a acelerar, en lugar de decrecer cuando
aumenta la carga. Este motor se conoce con el nombre de "motor compound
diferencial".
49
4). MOTOR PASO A PASO
Los motores paso a paso (PAP), son un tipo especial de motores que permiten el avance
de su eje en ángulos muy precisos y por pasos en las dos posibles direcciones de
movimiento, izquierda o derecha. Aplicando a ellos una determinada secuencia de
señales digitales, avanzan por pasos hacia un lado u otro y se detienen exactamente en
una determinada posición.
Cada paso tiene un ángulo muy preciso determinado por la construcción del motor, lo que
permite realizar movimientos exactos sin necesidad de un sistema de control por lazo
cerrado.
A un motor paso a paso se le puede ordenar por medio del control, que avance cinco o
diez pasos hacia la derecha, luego un determinado número de pasos hacia atrás o
simplemente que no gire, lo cual permite el control de posición, velocidad, y sentido
(dirección).
Este sistema ha simplificado enormemente la implementación de automatismos y las
aplicaciones de la robótica.
Los motores paso a paso presentan grandes ventajas con respecto a la utilización de
servomotores debido a que se pueden manejar digitalmente sin realimentación, su
velocidad se puede controlar fácilmente, tiene una larga vida, son de bajo costo, la
interfase es sencilla y su mantenimiento es mínimo debido a que no tienen escobillas.
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de los motores paso a paso se basa en el simple principio de atracción
y repulsión que ocurre entre los polos magnéticos. Como ya sabemos un imán tiene dos
polos llamados Norte y Sur.
El principio básico del magnetismo establece que polos iguales se repelen y polos
diferentes se atraen.
Para lograr un movimiento mucho más suave, los motores paso a paso se fabrican
aumentando el número de polos del estator y se les practican una serie de ranuras tanto
en el rotor como en el estator. Así se logran movimientos que van hasta 1.8° por paso.
Los grados de avance por paso son una de las características más importantes en este
tipo de motores y generalmente está indicada en su carcaza o cuerpo.
Existen diferentes tipos de motores de pasos, de los cuales se utilizara y veremos el
funcionamiento de uno ellos, el Motor de Magneto Permanente.
En la figura, se muestra un diagrama del Motor paso a paso de Magneto Permanente,
el cual está construido de un rotor que incluye polos magnéticos de polaridad contraria
colocados uno junto al otro. El estator contiene bobinas alineadas de tal forma que
sus energización secuencial provocan que el rotor se desplace a las posiciones de
mínima reluctancia magnética.
50
El número de pasos varía según sea la aplicación. Existen en el mercado desde 0.1 a 120
grados. Los ángulos más comunes son de 1.8, 2.0, 2.5, 5.0, 15 y 30 grados, que
respectivamente dan 200, 180, 144, 72, 24 y 12 pasos/revolución. Estos motores son
alimentados con fuentes de corriente directa y manejados con circuitos digitales.
51
En la figura anterior se presenta el principio de funcionamiento. La bobina A-A’ se
energiza haciendo circular la corriente de A hacia A’ por lo cual el polo inferior se polariza
positivamente, atrayendo al polo sur del rotor (parte inferior del rotor), y el superior
negativamente el cual atrae, al polo norte del rotor, (parte superior del rotor), de tal
manera que se realiza el primer paso.
Para que realice un segundo paso en el mismo sentido consideremos, ahora, la
desactivación de la bobina A-A’ y la activación de las bobinas B-B’, al circular la corriente
la bobina B polariza negativamente lo que atrae al polo positivo del rotor (N) y la bobina B’
se polariza positivamente atrayendo al polo negativo (S) del rotor. Esto hace que gire un
otro paso.
Para que gire un tercer paso, se desenergizan las bobinas B-B’ y ahora volvemos a
activar las bobinas A-A’, pero ahora haciendo circular la corriente de A’ hacia A por lo cual
el polo superior se polariza positivamente, atrayendo al polo sur del rotor (parte inferior del
rotor), y el inferior negativamente, el cual atrae, al polo norte del rotor (parte superior del
rotor).
Siguiendo con un cuarto paso en el mismo sentido, sea la bobina B-B’, ahora alimentada
en sentido contrario, es decir haciendo circular la corriente de B’ hacia B, con la bobina AA’ desactivada. El polo de la derecha se polariza positivamente atrayendo al polo sur del
rotor (parte inferior del rotor), y el de la izquierda negativamente, el cual atrae, al polo
norte del rotor, (parte superior del rotor).
Por último para completar el ciclo, volvamos a conectar las cuatro bobinas como al inicio
por lo cual el rotor girará un cuarto de paso. Si el ciclo se vuelve repetitivo podremos
observar el movimiento del rotor en sentido de las manecillas del reloj. La velocidad
dependerá de la activación y desactivación de las bobinas. Como podemos observar 4
pasos fueron necesarios para que el motor girara 90 grados de su posición original, si
quisiéramos que el motor girara una vuelta completa tendríamos que darle 12 pasos, es
decir repetir el ciclo 4 veces.
De aquí se observa que, el número de pasos de un motor está condicionado al número de
polos del imán permanente (rotor), o bien al número de bobinas, (estator). Por ejemplo,
para un motor de 2 bobinas y 200 pasos se requiere que el rotor tenga 50 polos.
MODOS DE OPERACIÓN
Los motores PAP tanto unipolares como bipolares pueden trabajar en dos modos de
operación: de paso completo y de medio paso.
En el primer caso, con cada secuencia el rotor gira un determinado ángulo dado por la
fabricación del motor. En el modo de medio paso, cada secuencia produce un giro en
grados correspondiente a la mitad de su paso normal. En las siguientes tablas podemos
observar la secuencia de señales que se deben aplicar al motor en cada caso.
52
PASO COMPLETO
Un motor de 200 pasos tiene esta secuencia:
MEDIO PASO
El motor recorre 400 pasos con esta secuencia:
5). EL MOTOR DE IMÁN PERMANENTE
En general el campo magnético de un motor de cd se puede producir por bobinas o
imanes permanentes. Los motores de cd de imán permanente se pueden clasificar de
acuerdo con el esquema de conmutación y al diseño de la armadura. Los motores de cd
convencionales tienen escobillas mecánicas y conmutadores. Sin embargo, en una clase
importante de motores de cd la conmutación se hace en forma electrónica; este tipo de
motor se llama motor de cd sin escobillas.
De acuerdo con la construcción de la armadura, el motor de cd de imán permanente tiene
tres tipos de diseño de armadura:
1. de núcleo de hierro
2. de devanado superficial
53
3. de bobina móvil.
de núcleo de hierro
La configuración del rotor y estator de un motor de cd de imán permanente de núcleo de
hierro se muestra en la Fig. (5). El material del imán permanente puede ser bario-ferrita,
Alnico, o un compuesto de ¨ tierras raras ¨. El flujo magnético producido por el imán pasa
a través de la estructura del rotor laminado que tiene ranuras. Los conductores de la
armadura están localizados en las ranuras del rotor. Este tipo de motor está caracterizado
por una inercia del motor relativamente alta (ya que la parte giratoria está formada por las
bobinas de la armadura), una inductancia alta, bajo costo y alta confiabilidad.
De devanado superficial
La Figura muestra la construcción del rotor de un motor de cd de imán permanente de
devanado superficial. Los conductores de la armadura están pegados a la superficie de la
estructura cilíndrica del rotor, la cual está hecha de discos laminados sujetados al eje del
motor. Ya que en este diseño no se emplean ranuras sobre el rotor, no presenta el efecto
de ¨ rueda dentada ¨. Puesto que los conductores están proyectados en el entrehierro de
aire que está entre el rotor y el campo de imán permanente, este campo tiene menor
inductancia que el de estructura de núcleo de hierro.
De bobina móvil
Los motores de bobina móvil están diseñados para tener momentos de inercia muy bajos
e inductancia de armadura también muy baja. Esto se logra al colocar los conductores de
la armadura en el entrehierro entre la trayectoria de regreso del flujo estacionario y la
estructura de imán permanente. En este caso la estructura del conductor está soportada
por un material no magnético normalmente resinas epóxicas o fibra de vidrio - para formar
54
un cilindro hueco. Uno de los extremos del cilindro forma un eje, el cual está conectado al
eje del motor. Una vista de la sección transversal de este tipo de motor se muestra en la
figura abajo. Ya que se han eliminado todos los elementos no necesarios de la armadura
del motor de bobina móvil, su momento de inercia es muy bajo. Como los conductores del
motor de bobina móvil no están en contacto directo con el hierro, la inductancia del motor
es muy baja; valores menores a 100 mH son comunes en este tipo de motor. Las
propiedades de inercia e inductancia bajas hacen que el motor de bobina móvil sea una
de las mejores elecciones de actuadores para sistemas de control de alto desempeño.
3.) Motores de corriente alterna (CA o AC)
Como ya se mencione al inicio de los motores eléctricos de cd, los motores eléctricos
convierten la electricidad en energía mecánica apta para mover los accionamientos de
una variedad de equipos; son utilizados en tornos, ventiladores, extractores, bandas
transportadoras, bombas de agua, compresores, taladros y en múltiples aplicaciones en
las empresas. La Figura ¿? muestra un motor eléctrico con sus partes principales. Estos
artefactos se han convertido en los principales consumidores de energía eléctrica,
representando hasta un 50% del consumo en los sectores comercial e industrial.
El funcionamiento de un motor se logra circulando corriente eléctrica en el embobinado de
cobre de la parte fija (estator), lo cual genera un campo magnético. Al interactuar con el
campo magnético de la parte móvil (rotor), se produce el movimiento de giro. El motor
eléctrico usa los polos magnéticos (que funcionan como imanes) para producir el
movimiento del rotor. Este movimiento es transmitido al exterior por medio de un eje o
echa para accionar equipos mecánicos. La potencia de salida mecánica del motor está
detenida por el torque y la velocidad. El torque se refiere al equivalente de una fuerza por
distancia que es capaz de ejercer un motor en cada giro, la velocidad es la cantidad de
veces que gira el eje del motor en un minuto.
55
Partes principales de un motor eléctrico
Los motores eléctricos están conformados por dos partes principales: un estator fijo y un
rotor móvil.
1. Estator. En este se encuentran los elementos magnéticos del motor, esto es, polos
magnéticos (imanes) y un embobinado de alambres de cobre (Figura ¿?).
2. Rotor móvil. Este es un elemento que gira a gran velocidad y se apoya en cojinetes de
rodamiento. Su velocidad de rotación en revoluciones por minuto es inversamente
proporcional al número de polos magnéticos del estator (Figura ¿?). Dependiendo del
diseño del rotor, puede estar formado por barras conductivas o devanados de cobre.
Además, existen otros elementos importantes en el motor como:
3. Carcaza: Es la parte externa del motor y puede tener formas diferentes según la
aplicación mecánica que éste vaya a tener. En su exterior se encuentran las aletas de
enfriamiento del motor .
4. Entrehierro: Es el espacio uniforme comprendido entre el rotor y estator.
5. Otros elementos complementarios son:
• Caja de conexiones
• Ventilador
• Rodamientos
• Base
• Tapas
• Placa de datos
Motores de corriente alterna:
Por las grandes ventajas que tiene de recibir la corriente alterna de la empresa de
distribución eléctrica, la gran mayoría de los equipos que requieren de un motor eléctrico
utilizan los de corriente alterna, preferentemente en forma trifásica, aunque existen
muchos de baja potencia que reciben sólo una fase eléctrica (denominados monofásicos).
56
Tanto el motor monofásico como el trifásico funcionan basados en el mismo principio.
Este principio es que la c.a. aplicada al motor genera un campo magnético giratorio y a su
vez este campo magnético giratorio hace girar al rotor del motor.
Los motores de corriente alterna también pueden variar la velocidad y torque que
entregan al equipo acoplado, para ello deben instalarse en combinación con un regulador
electrónico de velocidad variable, conocidos en el lenguaje industrial como “drivers”,
“variadores de frecuencia” o “convertidores de frecuencia variable”.
Esta ventaja está haciendo que los motores de corriente directa sean paulatinamente
reemplazados por otros de corriente alterna con variador de velocidad integrado, por lo
que gran parte de los sistemas electromecánicos modernos ya no incluyen motores de
corriente directa. Otra desventaja de éstos es que requieren un mantenimiento mayor que
los motores de corriente alterna.
Los motores de c.a. son particularmente adecuados para aplicaciones de velocidad
constante, ya que la velocidad está determinada por la frecuencia de c.a. aplicada a los
bornes del motor. No obstante también se construyen motores de c.a. que tienen
características de velocidad variable dentro de ciertos límites.
Motores de corriente alterna: síncronos y asíncronos
Los motores de c.a. se clasifican generalmente en dos tipos:
a) Sincrónicos
b) Asincrónicos.
El motor sincrónico es un alternador al que se le hace funcionar como motor y en el cual
al estator se le aplica corriente alterna y al rotor corriente continua. En los síncronos, el
eje gira a la misma velocidad que lo hace el campo magnético, mientras que en los
asíncronos el eje revoluciona a una velocidad poco menor a la del campo magnético.
Los motores asíncronos basan su funcionamiento en la creación de un campo magnético
giratorio en el entrehierro, que es el espacio comprendido entre el rotor y el estator,
debido a la circulación de corriente alterna por los devanados trifásicos (Figura ¿?) y la
influencia de los polos magnéticos del estator (Figura ¿?).
La velocidad de giro de un motor eléctrico es determinada por el número de polos
magnéticos: cuantos más polos, el motor revolucionará más lentamente. La Tabla 1 indica
la velocidad de giro del campo magnético en función del número de polos para una
frecuencia de alimentación de 60 Hertz. En el motor asincrónico el rotor no está
conectado a fuente alguna de energía.
57
De los dos tipos de motores de c.a. el asincrónico es el más empleado.
Los motores monofásicos asincrónicos se clasifican en:
a) Motores monofásicos de inducción,
b) Motores monofásicos de repulsión.
Motor monofásico de inducción
Los motores monofásicos de inducción poseen un bobinado único en el estator. Este
bobinado está devanado generalmente en varias bobinas que se distribuyen en la
periferia del estator, y genera un campo magnético único alternado a lo largo del eje de
los campos.
Estando inmóvil el rotor, las alternancias del campo del estator inducen corriente en el
rotor. Estas corrientes producen a su vez, campos del mismo signo que el estator, que
tienden a hacerlo girar 180º hasta enfrentarlo con los polos opuestos. Pero esta fuerza se
ejerce a lo largo del eje del rotor y por lo tanto la fuerza de giro es igual en ambos
sentidos y el rotor no se mueve. Si en estas condiciones, se da al rotor un impulso con la
mano, éste se pondrá en marcha y girará en la dirección en que se le dio el impulso. Al ir
aumentando la velocidad del rotor, llega a un punto en que aproximadamente cumple
medio giro, es decir, 180º de rotación, por cada alternancia completa de la corriente que
circula por el estator.
Si las velocidades del campo magnético giratorio y la del rotor son iguales, no se inducirá
f.e.m., debido a que no habría movimiento relativo entre los campos del estator y rotor. Al
no haber f.e.m., no existirá corriente inducida y por lo tanto no se inducirá el par motor,
entonces se hace necesario que el rotor gire a una velocidad menor que el campo
magnético giratorio del estator. Esta diferencia de velocidad se llama "resbalamiento".
Deslizamiento del rotor
Se refiere al movimiento relativo del motor con respecto a la velocidad de
deslizamiento
ndes = nsinc - nm
58
Dónde: n des es la velocidad de deslizamiento en la máquina, nsinc es la velocidad de los
campos magnéticos nm es la velocidad mecánica Por tanto el deslizamiento del motor se
define como:
Frecuencia eléctrica en el motor
En el motor se induce tensiones y corrientes eléctricas que conllevan a compararlo con un
transformador rotante, en el que el estator es el primario que induce un voltaje en el rotor
tomado como el secundario.
A diferencia de un transformador normal, la frecuencia del secundario (fr) no es
necesariamente la misma del primario (fe) para el motor.
Si: nm = 0 RPM ⇒ fr = fe ⇒ S = 1
nm = nsinc ⇒ fr = 0 ⇒ S = 0
Para: 0 Hz < f < fe ⇒ fr es proporcional a (nsinc - nm)
fr = S* fe
Entonces,
Como hacer arrancar a mano un motor eléctrico no es muy cómodo, se han ideado
medios que permitan el arranque automático. Según el modo de arranque se distinguen
principalmente los motores de inducción de fase partida y los motores de arranque por
condensador.
El rotor de un motor de inducción consta de un cilindro de chapas de acero o hierro al
silicio, prensadas para formar un solo cuerpo. La superficie de este rotor está ranurada y
por ellas se pasan barras de cobre cuyos extremos se sueldan a las coronas que son
también de cobre. Este tipo de rotor se llama también rotor en Jaula de ardilla o rotor en
corto circuito. Actualmente, las jaulas de ardilla se construyen de aluminio fundido.
59
A) MOTOR DE FASE PARTIDA
El motor de inducción de fase partida consta esencialmente de cinco partes: Estator, rotor,
interruptor centrífugo, escudos y bastidor.
- Estator: Consiste de dos devanados sujetos en su lugar por unas ranuras en el núcleo
de acero laminado, los dos devanados consisten de dos bobinas aisladas dispuestas y
conectadas para que formen dos devanados separados el uno del otro a 90º eléctricos;
uno de estos devanados es el principal y el otro es el de arranque. El devanado principal
es de alambre grueso y colocado en el fondo de las ranuras del estator. El de arranque es
de alambre delgado y situado en lo alto de las ranuras, encima del devanado principal.
- Rotor: Lo constituye un núcleo cilíndrico hecho con piezas de acero laminado. Cerca de
la superficie del rotor hay montadas unas barras de cobre unidas a dos anillos de cobre.
En algunos motores el rotor es una unidad de una sola pieza colada de aluminio. El
mantenimiento de este rotor es relativamente poco, ya que no hay devanados en los que
puedan crearse fallas. Además tampoco hay escobillas, colectores ni conmutadores que
se tengan que cuidar. Por lo general, cerca del rotor hay montado sobre el mismo eje un
ventilador, que hace que circule el aire por el motor y que la temperatura de los
devanados no llegue a ser excesiva.
- Interruptor centrífugo: Consta de una parte estacionaria y una parte giratoria. La parte
estacionaria está montada en uno de los escudos y tiene dos contactos cuya acción es la
misma que la de un interruptor unipolar de una dirección. La parte giratoria va montada en
el rotor.
- Escudos: Va sujeto a la carcasa o bastidor mediante tornillos y tuercas y sirven para
mantener el rotor en la posición adecuada. Cada escudo lleva un orificio para el cojinete.
Los cojinetes sirven para mantener bien centrado el rotor a fin de que no haya roce con el
estator y además reducir el rozamiento al mínimo.
- Bastidor: Es de hierro colado en el que el núcleo del estator está encajado en él a
presión.
Funcionamiento:
La corriente en el devanado principal está retardada 90º eléctricos con respecto al
devanado de arranque. Cuando por estos devanados pasan dos corrientes desfasadas
90º se establece en campo magnético giratorio que gira a una velocidad sincrónica de
polos.
rpm = 120 x f/p
60
f = frecuencia en ciclos / seg. (hertz).
p = número de polos.
Mientras este campo rotatorio gira, se induce un voltaje en el rotor. Este voltaje inducido
crea el campo magnético del rotor. El campo del rotor reacciona con el campo del estator
creando así, el par torsor que hace que el rotor gire. Cuando el rotor alcanza los ¾ de la
velocidad normal el interruptor centrífugo se abre desconectando el devanado de
arranque. El motor sigue funcionando solamente con el devanado principal.
Si por alguna razón, el interruptor centrífugo falla y los contactos no se cierran al pasar el
motor entonces el devanado de arranque quedará desconectado y cuando se active de
nuevo el motor, éste no arrancará. Si se pone en marcha el motor con una carga
demasiado grande, quizá no alcance una velocidad suficiente que haga que el interruptor
centrífugo se abra, también si el voltaje de alimentación al motor es bajo, el interruptor
puede no funcionar.
Si se invierten los conductores del devanado de arranque, se invierte el sentido del campo
establecido por los devanados del estator y por lo tanto, se invierte el sentido de rotación
del rotor.
Los motores monofásicos son por lo general de 110 y 220 voltios. El devanado principal
tiene dos secciones y cada sección funciona a 110V. Por lo tanto, si se conecta 110V los
dos devanados se conectan en paralelo y si se conecta a 220V los devanados se deben
conectar en serie.
61
Propiedades:
- Buena regulación de velocidad.
- Par de arranque pequeño igual a 1 o 2 veces el par en marcha.
- Intensidad de arranque de 5 a 6 veces la nominal.
- Resbalamiento del 4% al 6%.
- Desfasaje entre devanados de 40 a 50 grados eléctricos.
- Se fabrican para potencias menores a 1 ½ hp.
Aplicación:
Lavadoras de ropa, bombas de agua pequeñas, bombas neumáticas etc.
B) MOTOR DE ARRANQUE POR CONDENSADOR.
La construcción de este tipo de motor es prácticamente la misma que la de un motor de
fase partida, salvo que en él hay un condensador conectado en serie con los devanados
de arranque. El condensador proporciona un par de arranque mayor y además limita la
corriente de arranque a un valor menor que el de fase partida.
El funcionamiento de este motor es exactamente igual al de fase partida. La causa
frecuente de dificultades son los condensadores defectuosos. Si el motor se arranca y se
para muchas veces en un corto tiempo, es muy posible que entren en corto circuito los
condensadores. Por lo tanto, este motor se utiliza en aplicaciones domésticas e
industriales en las que hay pocos arranques en cortos periodos.
El sentido de rotación se invierte, intercambiando los terminales del devanado de
arranque. También funcionan para dos régimen de voltaje 110V y 220V.
Existe otra clase de motor que es el de arranque y marcho con condensador, el cual no
tiene interruptor centrífugo, por lo tanto, el condensador siempre estará conectado y así el
factor de potencia es del 100%.
62
Propiedades:
- Buena regulación de velocidad.
- Par de arranque muy fuerte igual a 3 0 4 veces al par de marcha.
- Intensidad de arranque menor que el de fase partida.
- Factor de potencia igual a 1,0.
- No están hechos para arranques y paradas frecuentes.
- Se fabrican desde 1/3 hp hasta 5 hp.
- La ventaja de los de arranque y marcha por condensador es que casi no requieren
mantenimiento.
- Son los más populares donde no se usa la trifásica.
Aplicación:
Bombas unidades de refrigeración, compresores de aire y sierras.
MOTOR MONOFÁSICO DE REPULSIÓN
Los motores con colector o de repulsión pueden dividirse en tres tipos: Motores de
repulsión, motores de arranque por repulsión y marcha por inducción, y motores de
inducción-repulsión.
A) MOTORES DE REPULSIÓN
Las partes esenciales son:
1. Un núcleo laminado del estator con un devanado similar al de la fase partida. El estator
tiene generalmente, cuatro, seis u ocho polos.
2. Un rotor con ranuras en la que va colocado un devanado, similar al de un motor de c.c.
El colector es de tipo axial.
3. Escobillas de carbón, conectadas entre sí por medio de alambres de cobre
relativamente gruesos. El porta escobillas es desplazable.
4. Dos escudos en los extremos de hierro colado, que alojan los cojinetes y sujetos al
bastidor del motor.
5. Dos cojinetes que sostienen el eje del inducido centrado, pueden ser lisos o de balas.
63
Funcionamiento:
Al conectarse a la corriente monofásica se crea un campo magnético en el estator y se
induce otro campo en el inducido. Si estos dos campos están descentralizados una 15º
eléctricos, entonces, se crea un par de arranque que hace que el inducido del motor gire,
Así pues, la aplicación el principio de que polos iguales se repelen da al motor su nombre
de motor de repulsión.
Para invertir el sentido de rotación se desplazan las escobillas a unos 15º eléctricos del
centro de los polos del estator en el sentido contrario al original.
Propiedades:
- Buen par de arranque.
- Mala regulación de velocidad.
- La velocidad se puede controlar, variando el voltaje aplicado al motor.
- La rotación se invierte desplazando las escobillas 15º al otro lado del centro del polo del
estator.
Aplicación:
Prensas de imprenta en las que se desea una regulación de la velocidad del miembro
impulsor.
B) MOTOR DE ARRANQUE POR REPULSIÓN Y MARCHA POR INDUCCIÓN
Existen dos tipos: El de levantamiento de escobillas y el de escobillas rodantes.
El estator y el rotor son iguales al de un motor de repulsión. Se diferencia en que tiene un
mecanismo centrífugo que funciona al 75% de la velocidad de régimen. En el tipo de
levantamiento de escobillas al llegar al 75% de la velocidad de régimen, levanta las
escobillas y el motor sigue funcionando por inducción.
En el tipo de escobillas rodantes, el mecanismo centrífugo corto--circuita las delgas del
colector al llegar el inducido al 75% de la velocidad de régimen y sigue funcionando por
inducción.
Propiedades:
- Fuerte par de arranque.
64
- Buena regulación de la velocidad.
- La rotación se invierte de la misma forma que para el motor de repulsión.
Aplicación
Refrigeradores, compresores, bombas.
C) MOTORES DE INDUCCIÓN - REPULSIÓN
El funcionamiento es igual al de un motor de arranque por repulsión y marcha por
inducción, sin embargo, no tiene mecanismo centrífugo. Este motor tiene un devanado en
jaula de ardilla debajo de las ranuras del inducido.
Propiedades
- Buen par de arranque.
- Buena regulación de la velocidad.
- Debido a que no tiene mecanismo centrífugo tiene poco mantenimiento.
- Actualmente es el más utilizado de los motores de repulsión.
Aplicación
Aplicación similar al motor de arranque por repulsión y marcha por inducción.
EL MOTOR UNIVERSAL
Funcionan con c.a. y c.c. y son de fracción de 1 hp y son usados principalmente en
aparatos electrodomésticos. El inducido es igual al de un motor de c.c. funciona a la
misma velocidad con c.c. o c.a. La velocidad se puede regular por medio de reóstatos y
bobinas de tomas múltiples devanadas en torno del campo. Como es un motor serie, la
carga siempre debe estar conectada al motor.
La rotación se puede invertir cambiando la dirección de la corriente ya sea en el circuito
de campo o en el inducido. El motor universal es el mismo motor serie de c.c. en el cual
se ha alterado el diseño básico: Las pérdidas por histéresis se reducen empleando hierro
al silicio laminado de alta permeabilidad; las pérdidas por corrientes parásitas se reducen
al mínimo construyendo los circuitos magnéticos (estator , núcleo) con láminas de hierro silicio especial; la reactancia del bobinado de campo se reduce empleando núcleos de
65
polos cortos y bobinados de pocas vueltas; la reactancia del inducido se reduce utilizando
bobinas compensadoras que se montan en el núcleo del estator.
Aplicación:
Licuadoras, aspiradoras, batidoras, etc.
EL MOTOR TRIFÁSICO ASÍNCRONO
Los motores trifásicos son los aplicados en la industria por su gran eficiencia. Un motor
trifásico de igual potencia a uno monofásico tiene mayor eficiencia y menor tamaño. La
diferencia fundamental entre un motor trifásico y uno monofásico consiste en que en la
carcasa o estator se alojan tres (3) bobinados (en estrella o triángulo) de trabajo (uno por
cada fase) y además no poseen bobinado de arranque, ya que se ponen en marcha por sí
solos. Para potencias mayores a 2 hp es recomendable usar los trifásicos.
Con respecto a los motores de gasolina o diesel, tienen las siguientes ventajas:
- La puesta en marcha es inmediata.
- Son más livianos (fácil transporte) y se acoplan fácilmente a cualquier clase de máquina.
- El arranque, parada y control es rápido y efectivo y es posible controlarlo remotamente.
- Tiene gran potencia de arranque.
- El funcionamiento y servicios de mantenimiento son seguros.
- Operan silenciosamente.
- Mantenimiento es muy poco y su vida es larga.
- Son compactos y ocupan un espacio muy limitado.
- Su costo de operación es más económico.
Dentro de los motores sincrónicos existe el :
a) Motor en jaula de ardilla y
b) Motor con rotor bobinado.
66
MOTOR EN JAULA DE ARDILLA
Es un motor de inducción que tiene el rotor en jaula de ardilla como los monofásicos.
Existen de jaula de ardilla sencilla y doble. En la figura se muestra este tipo de rotor.
A) PARTES DEL MOTOR
Las partes del motor, son las siguientes:
- Carcasa: se construye de varias formas según el tamaño del motor; la base forma parte
integral de la carcasa para que el motor descanse bien asentado sobre su estructura.
- Caja de bornes: Se emplea para conectar los terminales de las bobinas y concentrar los
conductores de alimentación.
- Escudos: Sirven para cerrar el motor y sostener el eje del motor por medio de sus
cojinetes. Se unen a la carcasa por medio de tornillos de fijación.
- Eje: Es la parte donde se sostienen los componentes del rotor y además sirve para la
fijación de la polea en uno de sus extremos y el ventilador en el otro.
- Ventilador: Viene colocado en uno de los extremos del eje y mantiene refrigerado el
motor para evitar su recalentamiento.
- Rotor: Es sólido montado sobre el eje y es en forma de jaula de ardilla, puede ser
sencillo o doble.
- Estator: Está formado por su núcleo y bobinado. El núcleo es laminado hecho de chapas
laminadas y viene ranurado para alojar las bobinas. Las bobinas cubren el ranurado del
estator y deben estar bien aisladas para asegurar el perfecto funcionamiento del motor.
B) CONEXIONES
Las conexiones básicas del bobinado del estator de un motor trifásico son en estrella o en
triángulo, según las características del motor y el voltaje de la red.
En la figura se presentan estos dos tipos de conexiones y la conexión a realizar en la
placa de bornes.
67
C) MOTOR DE DOS VELOCIDADES
El motor de dos velocidades es con frecuencia una solución elegante y económica de
problemas complejos. Según sea la naturaleza de la corriente, la relación de velocidades
y las de potencias, estos motores tienen uno o dos bobinados.
Motor de un solo bobinado: Es el más sencillo y más usado de los motores de dos
velocidades, sus características son las siguientes:
- Velocidades en la relación de 1 a 2. Ejemplo: 3000 y 1500 rpm; 1500 y 750 rpm; 1000 y
500 rpm.
- Relación de potencias bien definidas para un tipo de motor y una gama de velocidades
dada. Ejemplo: 4hp y 1500 rpm; 2 hp y 750 rpm.
- Una sola tensión de alimentación.
Motor de dos bobinados: Cuando la aplicación prevista requiere una relación diferente
de velocidades y potencias se adopta un motor de dos bobinados, cada uno de los cuales
corresponde a una polaridad y son alimentados alternativamente según la velocidad que
se desee. Sus características son :
- Las potencias y velocidades pueden elegirse según sea su aplicación. Ejemplo: 3 hp a
3000 rpm o ½ hp a 500 rpm; 3hp a 1500 rpm o 2hp a 1000 rpm.
- Una o dos tensiones de alimentación
- Corriente de arranque mayor a la de un motor con un solo bobinado.
Existen también motores de doble tensión cuyo bobinado de estator es doble. Ejemplo:
220V /440. Para conectar el motor a 220V sus bobinados se conectan en paralelo y para
hacerlo a 440 V sus bobinados se conectan en serie.
68
MOTOR CON ROTOR BOBINADO
Es un motor que tiene estator igual al de jaula de ardilla y el rotor viene bobinado en
estrella cuyos terminales van conectados a tres (3) anillos colectores rozantes fijados en
el eje del motor. Los anillos colectores se conectan a un control de velocidad conformado
por resistencias rotatorias y hace el oficio de arrancador.
La puesta en marcha se hace en 2,3,5 tiempos, según el caso por eliminación de las
resistencias intercaladas en el circuito del rotor .
69
MOTOR TRIFÁSICO SINCRÓNICO
Contrario a los anteriores motores trifásicos, el motor trifásico sincrónico tiene la velocidad
del rotor igual a la velocidad del campo magnético del estator, esto es, su deslizamiento
es cero.
Su estator es igual al de jaula de ardilla, pero su rotor está compuesto por un bobinado de
polos salientes y en su interior otro en jaula de ardilla
.
70
Inicialmente se aplica la corriente trifásica al bobinado del estator y con el rotor en jaula de
ardilla arranca funcionando como motor asincrónico, o sea, Vr menor a Vs. Luego se
conecta corriente continua al bobinado del rotor de polos salientes arrastrando la
velocidad del campo del estator al rotor por tener polos fijos igualando de esta forma las
velocidades y volviéndose sincrónico. La c.c. es aplicada al rotor por medio de los dos
anillos rozantes y sus correspondientes escobillas.
Características:
- Velocidad rigurosamente constante y funcionamiento estable si la carga no sobrepasa
cierto límite. De lo contrario, se inmoviliza rápidamente y el estator puede tomar corrientes
peligrosas para su bobinado.
- La velocidad es función de la frecuencia de la red y del número de polos del estator.
rpm = 120f/p donde f = frecuencia de la red, p = No de polos
- Colocando un reóstato en el circuito del rotor se puede sobre excitar y con ello mejorar el
factor de potencia de la red. Hace las veces de un condensador y por esos se le llama
condensador sincrónico.
- Se usa cuando se requiere una velocidad rigurosamente constante como en telares,
máquinas - herramientas, etc.
71
Unidad 3: Dispositivos de control, fuerza y protección
Objetivo de la unidad: El alumno desarrollará un sistema de control, fuerza y protección
para la operación de un motor eléctrico bajo las normas de seguridad vigentes.
Resultado de aprendizaje: Elaborará, a partir de un caso dado, un reporte técnico que
incluya:
 Diagramas de conexión
 Arranque y paro
 Control de velocidad
 Inversión de giro
 Protección para un motor eléctrico
1. Dispositivos de control y protección.
Definición, funcionamiento, características y aplicaciones.
Existen algunas condiciones que deben considerarse al seleccionar, diseñar, instalar o
dar mantenimiento al equipo de control del motor eléctrico.
El control del motor era un problema sencillo cuando se usaba una flecha maestra común,
a la que se le conectaban varias máquinas, porque el motor tenía que arrancar y parar
sólo unas cuantas veces al día. Sin embargo, con la transmisión individual el motor ha
llegado a ser casi una parte integrante de la máquina y es necesario diseñar el
controlador para ajustarse a sus necesidades.
Control del motor es un término genérico que significa muchas cosas, desde un simple
interruptor de paso hasta un complejo sistema con componentes tales como relevadores,
controles de tiempo e interruptores. Sin embargo, la función común es la misma en
cualquier caso: esto es, controlar alguna operación del motor eléctrico. Por lo tanto, al
seleccionar e instalar equipo de control para un motor se debe considerar una gran
cantidad de diversos factores a fin de que pueda funcionar correctamente junto a la
máquina para la que se diseña.
Propósito del controlador
Algunos de los factores a considerarse respecto al controlador, al seleccionarlo e
instalarlo, pueden enumerarse como sigue:
1) Arranque: El motor se puede arrancar conectándolo directamente a través de la
línea. Sin embargo, la máquina impulsada se puede dañar si se arranca con ese
esfuerzo giratorio repentino. El arranque debe hacerse lenta y gradualmente, no
sólo para proteger la máquina, sino porque la oleada de corriente de la línea
durante el arranque puede ser demasiado grande. La frecuencia del arranque de
los motores también comprende el empleo del controlador.
2) Paro: Los controladores permiten el funcionamiento hasta la detención de los
motores y también imprimen una acción de freno cuando se debe detener la
máquina rápidamente. La parada rápida es una función para casos de
emergencia.
72
3) Inversión de la rotación: Se necesitan controladores para cambiar
automáticamente la dirección de la rotación de las máquinas mediante el mando
de un operador en una estación de control. La acción de inversión de los
controladores es un proceso continuo en muchas aplicaciones industriales. Esta
puede hacerse por medio de estaciones de botones, un interruptor de tambor o un
módulo inversor de giro.
4) Marcha: Las velocidades y características de operación deseadas, son, función y
propósito directos de los controladores. Éstos protegen a los motores, operadores,
máquinas y materiales, mientras funcionan.
5) Control de velocidad: Algunos controladores pueden mantener velocidades muy
precisas para propósitos de procesos industriales, pero se necesitan de otro tipo
para cambiar las velocidades de los motores por pasos o gradualmente.
6) Seguridad del operador: Muchas salvaguardas mecánicas han dado origen a
métodos eléctricos. Los dispositivos piloto de control eléctrico afectan
directamente a los controladores al proteger a los operadores de la máquina
contra condiciones inseguras.
7) Protección contra daños: Una parte de la función de una máquina automática es
la de protegerse a sí misma contra daños, así corno a los materiales
manufacturados o elaborados. Por ejemplo, se impiden los atascamientos de los
transportadores. Las máquinas se pueden hacer funcionar en reversa, detenerse,
trabajar a velocidad lenta o lo que sea necesario para realizar la labor de
protección.
8) Mantenimiento de los dispositivos de arranque: Una vez instalados y ajustados
adecuada mente, los arrancadores para motor mantendrán el tiempo de arranque,
voltajes, corriente y troqué confiables, en beneficio de la máquina impulsada y el
sistema de energía. Los fusibles, cortacircuitos e interruptores de desconexión de
tamaño apropiado para el arranque, constituyen buenas prácticas de instalación
que se rigen por los códigos eléctricos.
Diferencia entre un control automático y uno manual
Cuando un circuito se considera manual es debido a que una persona debe iniciar la
acción para que el circuito opere, usando más comúnmente las estaciones de botones, en
cambio uno automático está diseñado para que el circuito arranque solo y que la persona
tenga la comodidad de que éste funcionará sin que él tenga que hacer nada, los
dispositivos de control automático pueden ser los interruptores de flotador, de presión o
termostatos y su capacidad de contacto debe ser suficiente para conducir e interrumpir la
corriente total del motor.
73
Selección de dispositivos (relevadores, contactores….etc.)
Protección:
a). Arrancadores magnéticos o contactores.
b). Relevador de control.
Controles automáticos:
a). Relevador de tiempo (ON DELAY, OFF DELAY)
b). Switch (interruptor de nivel o de flotador)
c). Electronivel.
d). Switch o interruptor de presión.
Controles manuales:
a). Interruptor de tambor.
b). Estación de botones.
Indicadores:
a). Luces piloto.
b). Chicharra.
Arrancadores magnéticos o contactores
Por ejemplo, Clase 8501, Tipo P122 I Th2 12A, 660vca. Estos arrancadores limitan la
corriente en la etapa de arranque evitando alcanzar corrientes que puedan causar
fluctuaciones perjudiciales en la línea de alimentación. Estos arrancadores cuentan con
protecciones de sobrecarga y corto circuito en las 3 fases y ofrecen compensación de
temperatura ambiente y además cuentan con botonería para arranque y paro, montados
en su gabinete.

Protección térmica

Estación de botones

Contactor
El contactor está diseñado para soportar la carga de los motores; es decir, va conectado
directamente a la línea, en cambio los relevadores tienen contactos más débiles y no van
conectados a las líneas directamente. Los contactores soportan aún más corriente que los
relevadores (hasta 7A). Estos a la vez varían de tamaño dependiendo de la carga a
alimentar.
74
Relevador de control:
220- 380- 500 VCA
4- 6- 8A
Es una bobina que enclava contactos normalmente
abiertos dejando pasar la corriente y abre contactos
normalmente cerrados impidiendo el paso de la
corriente.
Relevador de tiempo:
220- 380- 450 VCA
3- 6- 8A
160Min
Existen dos tipos de relevadores de tiempo los cuales
son los siguientes:
*Relevador de control de tiempo ON DELAY: Este
tipo de relevador se usa principalmente en circuitos
donde se requiere que la respuesta, una vez que se ha
energizado el circuito, el relevador se retarde en enviar
la señal del tiempo requerido en el proceso.
75
*Relevador de control de tiempo OFF DELAY: Este tipo de relevador de control de
tiempo, su principal característica, es que retarda la respuesta a los circuitos secundarios
una vez que se ha desenergizado el circuito de control. Consta de un capacitor que es el
que almacena dicha energía.
Switch- interruptor de nivel o de flotador:
220- 380- 500 VCA
2- 6- 8A
La operación de un interruptor de flotador se controla por el
movimiento hacia arriba o hacia abajo, del flotador que se coloca
en el tanque de agua. El flotador abre o cierra mecánicamente los
contactos eléctricos mediante una varilla o cadena con un
contrapeso.
Existen varios tipos de interruptores de flotador, el capsulado,
flotador con contrapeso y electronivel:
Interruptor de flotador:
Interruptor encapsulado: Consta de una esfera metálica que entra en
contacto cuando la presión decae.
76
Electronivel: Es un control electrónico que censa el nivel cuando está lleno, a la mitad y
vacío protegiendo al motor para que la bomba no trabaje en vacío.
Switch o interruptor de presión:
220- 380- 550 VCA
3- 6- 8 A
Los interruptores de presión del tipo industrial están diseñados para
cubrir la amplia variedad de requerimientos que se encuentran en el
control de máquinas neumáticas o hidráulicas.
Estos controles se emplean más comúnmente máquinas – herramientas,
sistemas de lubricación de alta presión, bombas y compresores por
motor.
77
Controles Manuales.
Interruptor de tambor:
Atrás
Clase 2601
Tipo AG-2
Fases
Volts
C.P.
Fuera
Capacidad máxima
Monofásico
Polifásico
115
230
110
220-550
1 1/2
2
1 1/2
2
Adelante
CD.
115-230
1/4
Al presionar Atrás en el
interruptor de tambor (de color
azul en el diagrama), la
terminal 1 del motor trifásico se
conectará con línea 1, terminal
2 con línea 2 y terminal 3 con
línea 3, al momento de querer
invertir el giro del rotor de este,
el interruptor de tambor debe
de estar en Fuera (color negro
en el diagrama), y esperarse
un
momento
dar
para
Adelante, ya que si no se hace
esto se forjará demasiado el
rotor y puede ser que se dañe;
entonces al dar para adelante
se invertirán las fases lo que
hará que el rotor gire en otro
sentido (color rojo en el diagrama), se conectará la terminal 1 del motor con línea 2,
terminal 2 con línea 1 y terminal 3 con línea 3.
78
Estación de botones:
220- 380- 500 VCA
4- 6- 8 A
El propósito principal de la estación de
botones es:
*Arranque: El motor se puede arrancar
conectándolo directamente a través de la
línea; sin embargo, la máquina impulsada se
puede dañar si se arranca con este esfuerzo
giratorio repentino.
*Paro:
Los
controles
permiten
el
funcionamiento hasta la detención de los
motores y también imprime una acción de
freno cuando la maquinaría se debe de parar
rápidamente. La parada rápida es una acción
vital del control para casos de emergencia.
*Inversión de la rotación: Se necesitan controles para cambiar manualmente la
dirección de la rotación de las máquinas mediante el mando de un operador en una
estación de control, la inversión de la rotación en muchos procesos es continuo en
varias aplicaciones industriales.
Indicadores:
Luces piloto:
110-220 VCA
50/60Hz
1.5W
La función principal de las luces es señalizar
que esta sucediendo algo:
*Verde: Indica que el motor está
funcionamiento o buen estado. Relajación.
en
*Roja: Indica que el motor se ha detenido o en
mal estado. Alarma.
*Ámbar: Indica precaución o que algo está por
suceder.
79
Chicharra o alarma:
Generalmente la chicharra al igual
que la luz roja indica prevención o
alarma; así también como que el
motor está parado.
Control de Motores:
El motor constituye el corazón de una planta industrial de cualquier empresa productiva y
por tanto, todo técnico o ingeniero debe conocer sus características, su forma de
arrancado y sus protecciones.
PLACA CARACTERÍSTICA
De las cosas importantes que se debe tener claridad es sobre el significado de los datos
en la placa característica del motor.
MOTOR TRIFÁSICO EN JAULA DE ARDILLA 220 - 380v 5,38 - 9,3 AMP
PH = 3 Hz = 60 COSφ = 0,85
RPM = 1710 HP = 3 KW = 2,2
CODIGO: B
Su interpretación es la siguiente:
Tensión aplicada en triángulo = 220 V
Tensión aplicada en estrella = 380 V
Corriente consumida en estrella = 5,38 Amp.
Corriente consumida en triángulo = 9,3 Amp.
Número de fases de motor = 3 (trifásico)
Frecuencia en ciclos por segundo = 60 Hz.
Factor de potencia del motor = 0,85
RPM del motor con carga = 1710
Potencia en caballos fuerza = 3 HP
80
Potencia en Kilovatios = 2,2 Kw
ipo de motor trifásico = Jaula de ardilla, código B.
Inversión de giro
El sentido de rotación de un motor trifásico se invierte intercambiando dos fases
cualesquiera en los terminales del motor.
Sentido directo
R→U
S→V
T→W
Sentido inverso
R→V
S→U
T→W
En la figura se diagrama el control manual de inversión pasando el conmutador de la
posición 1 a la posición 2. Bien entendido es que el cambio de rotación se hace cuando el
motor está parado.
ARRANQUE DE UN MOTOR
Arranque directo: El arranque de los motores de baja potencia se hace directamente
conectando el estator a la red por medio de un interruptor tripolar.
Arranque estrella triángulo: Consiste en arrancar el motor en estrella que se consume
menos corriente y luego pasarlo a conexión triángulo cuando la velocidad sea la nominal.
Se realiza en dos tiempos.
Arranque por resistencias: En el momento del arranque se insertan resistencias en serie
en cada fase del estator. Luego se ponen en corto circuito tan pronto como la velocidad
sea normal.
Arranque por autotransformador: El autotransformador comprende varias tomas
intermedias y el arranque se realiza en tres (3) tiempos.
1. Conexión del autotransformador en estrella al motor. Se arranca a tensión reducida.
2. Se abre el punto común del bobinado del autotransformador.
3. Se desconecta el autotransformador y el motor trabaja a plena tensión.
81
CARACTERÍSTICAS DE ARRANQUE
Las siguientes son las características según el tipo de arranque del motor:
Corriente de arranque:
Directo: 4 a 8 veces la corriente nominal.
Estrella - triángulo : 1,3 a 2,6 veces In.
Resistencia : 4,5 veces la In.
Autotransformador: 1,7 a 4 veces In.
Par de arranque
Directo : 0,6 a 1,5 veces del nominal.
Estrella - triángulo : 0,2 a 0,5 veces.
Resistencia : 0,6 a 0,85 Veces.
82
Autotransformador : 0,4 a 0,85 Veces.
Duración del arranque:
Directo : 2 a 3 segundos.
Estrella - triángulo : 7 a 12 segundos
Autotransformador: 7 a 12 segundos.
Ventajas:
Directo: Arranque simple y poco costoso.
Estrella - triángulo : Arrancador relativamente económico.
Resistencia : Posibilidad de arreglar los valores en el arranque.
Autotransformador: Buena relación par- corriente de arranque.
Inconvenientes
Directo: Corriente de arranque elevada.
Estrella- triángulo: Par de arranque débil y corte de la alimentación en el paso Y →Δ
Resistencia: Para un mismo par de arranque, la corriente de arranque por este método
es mayor.
Autotransformador: Es el más costoso de los métodos de arranque.
Aplicaciones
Directo: Pequeñas máquinas de igual arranque a plena carga.
Estrella - triángulo: Máquinas de arranque en vacío, ventiladores, bombas centrífugas de
poca potencia.
Resistencia: Máquinas de fuerte potencia o fuerte inercia donde la reducción de la
corriente de arranque es un criterio importante.
CONTROL CON CONTACTORES
El control de un motor, ya sea un simple interruptor de volquete o un complejo sistema
con componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores,
controladores, compensadores, controla alguna operación del motor eléctrico. Por lo
tanto, al seleccionar e instalar un equipo de control para un motor se debe considerar una
gran cantidad de diversos factores a fin de que aquel pueda funcionar correctamente junto
a la máquina para la que se diseña.
Algunos factores a considerar son las siguientes:
Arranque, parada, inversión de rotación, marcha, control de velocidad, seguridad del
operador (dispositivos pilotos), protección contra daños, mantenimiento de los dispositivos
de arranque (fusibles, interruptores, cortacircuitos).
83
El motor se puede controlar desde un punto de lejano automáticamente usando
estaciones de botones asociados con contactores (interruptores magnéticos). Si el motor
se controla automáticamente pueden usarse los siguientes dispositivos:
a) Interruptor de flotador: Para controlar el nivel de un tanque abriendo o cerrando unos
contactos que puede accionar una bomba. También para abrir o cerrar una válvula para
controlar un fluido.
b) Interruptor de presión: Controla la presión de los fluidos. Permite arrancar un
compresor de aire de acuerdo a la demanda de presión de aire que exista.
c) Temporizador: Para controlar un periodo de tiempo diferido de cerrado o abierto.
d) Termostato: Interruptor que funciona por la acción de la T.
e) Interruptor de límite: Se usan para parar máquinas, equipo y productos en proceso,
durante el curso.
ARRANQUE Y PARADA
Se deben considerar las siguientes condiciones:
- Frecuencia del arranque y la parada.
- Arranque liviano o pesado
- Arranque rápido o lento. (debe ser lento e ir aumentando la velocidad).
- Arranque y parada manual o automática.
- Parada rápida o lenta. (la parada debe ser rápida).
- Paradas exactas (Ej. En los ascensores).
- Frecuencia en la inversión de rotación.
Respecto al control de velocidad se debe considerar las siguientes condiciones:
- Velocidad constante (bomba de agua).
- Velocidad variable (grúa)
- Velocidad ajustable.
- Velocidad múltiple (torno revolver).
ARRANCADORES MANUALES
Se usan para arrancar pequeños motores monofásicos de c.a. o c.c. menores de 1 hp.
Estos arrancadores tienen protección térmica contra sobrecarga. Cuando ocurre la
sobrecarga la palanca se mueve automáticamente dejando los contactos abiertos. Los
contactos no pueden volver a cerrarse hasta que el elevador de sobrecarga se
restablezca manualmente a la posición ON.
La corriente de arranque no disparará al arrancador. El térmico es de aleación fusible, que
con la sobre corriente continua eleva la temperatura del interruptor liberando el trinquete y
disparando el mecanismo interruptor.
84
Se pueden usar arrancadores manuales del tipo de botones (start, stop) para motores de
c.c. hasta 2 hp, motores monofásicos hasta 5 hp y motores trifásicos hasta 7 ½ HP.
ARRANCADORES MAGNETICOS
Emplean energía electromagnética para cerrar los interruptores. Se utilizan ampliamente
porque se pueden controlar desde un punto alejado. Generalmente estos arrancadores se
controlan por medio de una estación de botones, in interruptor del flotador o relevos de
control de tiempo. Se fabrican en muchos tamaños como el 00 (10 Amp) hasta el tamaño
8 de 1350 Amp. a cada tamaño se le ha asignado cierta capacidad en hp. Los
arrancadores existen de 2 polos para motores monofásicos y de 3 polos para trifásicos.
Los motores se pueden sobrecargar si el voltaje de entrada está bajo o si se abre una
línea en el sistema polifásico (ya que funcionaría como monofásico). Bajo cualquier
condición de sobrecarga, un motor toma una corriente excesiva que causa el sobre
calentamiento.
Como el aislante del devanando del motor se deteriora cuando se somete a sobre
calentamiento, existen límites establecidos para la temperatura de operación del motor.
Para protegerlo contra el sobre calentamiento se emplean relevadores de sobrecarga en
un arrancador para limitar cierto valor la cantidad de corriente que toma. Esta es la
protección contra sobrecarga o de marcha.
Los relevadores (magnéticos o térmicos) se sobrecargan actúan para desconectar el
arrancador y parar el motor cuando hay sobre corriente.
RELEVADORES Y CONTACTORES
Los relevadores magnéticos se utilizan como dispositivos auxiliares en los circuitos de
control para interrupción, en las bobinas de los arrancadores grandes y para controlar
motores pequeños u otras cargas tales como calefactores eléctricos, luces piloto o
señales audibles. No proporcionan protección para sobrecarga a los motores y
ordinariamente se usan en sistemas de control de dos alambres. Los contactos se usan
con más frecuencia para controlar circuitos que para accionar circuitos.
Los contactores son interruptores accionados mediante electromagnetismo que
proporcionan un medio seguro y conveniente para interrumpir y conectar circuitos
derivados. La diferencia principal entre un contactor y un arrancador es que el primero no
tiene relevadores de sobrecarga. Los contactores se emplean para interrumpir cargas
como alumbrado, calefacción y para controlar motores de c.a. cuando la protección contra
sobre carga se instala separadamente.
Los contactores y arrancadores tienen para la extensión del arco que se forma al abrirse
los contactos unas bobinas de extensión de alambre grueso que se montan sobre los
contactos en serie con la carga.
ESTACIONES DE BOTONES
Es un dispositivo que controla un motor al oprimir un botón. Los contactos del botón son
generalmente dobles, de tal manera, que al oprimir el botón se cierra un contacto pero se
abre otro. La estación de botones se puede montar directamente junto al controlador o a
85
cierta distancia de éste si se desea. La corriente que interrumpe una estación de botones
es pequeña. La estación de botones puede controlar el arranque y parada de un motor,
marcha hacia delante, marcha hacia atrás, rápido o lento.
CONTROL DE DOS ALAMBRES
Dispositivos de control: Termostato, interruptor de flotador, interruptor de presión etc. El
arrancador se desconecta cuando ocurre una falla de voltaje y se conecta tan pronto
como se restablece la energía. Tiene la ventaja de que el operario no tendrá que arrancar
de nuevo para la operación de la máquina. Los sopladores, extractores y ventiladores son
ejemplos de aplicación. Tiene la desventaja de que los materiales en producción se
pueden dañar al arrancar repentinamente la máquina cuando se restablece la energía.
CONTROL DE TRES ALAMBRES
El arrancador se desconectará al ocurrir una falla de voltaje, pero no se conectará
automáticamente al restablecerse la energía. Un operario tendrá que oprimir el botón de
arrancar para reanudar la producción.
86
ESTACIONES DE BOTONES MÚLTIPLES
El circuito de control de botones de tres alambres puede extenderse mediante el
uso de varias estaciones de botones para control. El motor se puede parar o
arrancar desde cierto número de estaciones separadas, conectando en paralelo
los botones de arranque y en serie los de parada
87
ARRANCADOR REVERSIBLE
Se usan para inversión de marcha de los motores trifásicos y monofásicos. Se
construye usando dos contactores y una estación de botones
ARRANCADORES ESTRELLA-TRIÁNGULO
El motor arranca en estrella y funciona en triángulo. Los motores estrellatriángulo, o sea, los que tienen los puntos para conexión (Y→Δ) en el exterior,
se usan principalmente para impulsar cargas centrífugas tales como
ventiladores, sopladores, bombas centrífugas, etc. y en aplicaciones donde se
requiera un torque de arranque reducido.
Si bien la corriente en el arranque y la corriente de línea son menores al
conectarse en estrella que cuando se conecta en triángulo, la corriente del
bobinado es menor que la de la línea cuando se conecta en triángulo. A causa
de esto, los relevadores de sobrecarga se deben seleccionar con base en la
corriente del devanado y no a la corriente a plena carga de la conexión
triángulo. Esto es, la corriente a plena carga se divide por 1,73.
La transferencia automática de estrella a triángulo se hace por medio de un
controlador de tiempo.
88
ARRANCADORES DE RESISTENCIAS
Se arranca el motor mediante la conexión de una resistencia en serie con la
línea del motor. Por lo tanto, la velocidad y la corriente de arranque se reducen y
las resistencias se pueden desconectar cuando el motor alcance cierta
velocidad.
89
90
2. Diagramas de control y de fuerza
Simbología
91
Interpretación secuencial de un diagrama:
Diagramas de Control y fuerza
Este diagrama se llama unifilar porque representa solo una fase
de corriente.
Este diagrama se llama bifilar porque
representa dos fases de corriente.
Este diagrama se llama trifilar por que
representa 3 fases de corriente.
92
Función de un enclavamiento
El enclavamiento sirve para mantener la
conexión después de presionar nuestro
botón de arranque y al presionar
nuestro botón de paro se para el motor
y se bota el enclavamiento y el botón de
arranque.
Práctica 1: Inversión de giro por medio de estaciones de botones
Material:





2 Estaciones de botones
2 Arrancadores magnéticos
1 Motor trifásico
35 terminales
1 multímetro
Diagrama:
a) Control
93
b) Fuerza
94
Funcionamiento:
Al presionar BA1 fluye la corriente por el BP1 y el contacto comúnmente cerrado de M 2 y
hace energizar a la bobina de M 1 y a la luz verde, entonces se cierra el enclavamiento de
M 1 , (Mientras el contacto comúnmente cerrado de M 1 permanece abierto), mientras en
el circuito de fuerza cierran los contactos de M 1 y hace girar al motor en el sentido de las
manecillas del reloj. Aunque se suelte el BA1 la bobina de M 1 y la luz verde quedarán
energizadas por dicho enclavamiento. Y aunque se presione BA2 nunca se energizará la
bobina de M 2 porque el contacto normalmente cerrado de M 1 estará abierto.
Al presionar BP1 se desenergizará M 1 y la luz verde y el contacto normalmente abierto se
abrirá y el normalmente cerrado se cerrará y el motor dejará de funcionar.
95
Al presionar BA2 fluye la corriente por él BP2 y el contacto comúnmente cerrado de M 1 y
hace energizar a la bobina de M 2 y a la luz roja, entonces se cierra el enclavamiento de
M 2 , (Mientras el contacto comúnmente cerrado de M 2 permanece abierto), mientras en
el circuito de fuerza cierran los contactos de M 2 y hace girar al motor en el sentido
contrario de las manecillas del reloj (Ya que de la línea 3 se puentea a la 1 del segundo
arrancador y de la línea 1 a la 3, invirtiendo las fases de alimentación párale motor
trifásico). Aunque se suelte el BA2 la bobina de M 2 y la luz roja quedarán energizadas
por dicho enclavamiento. Y aunque se presione BA1 nunca se energizará la bobina de M 1
porque el contacto normalmente cerrado de M 2 estará abierto.
Al presionar BP2 se desenergizará M 2 y el contacto normalmente abierto reabrirá y el
normalmente cerrado se cerrara y el motor dejará de funcionar.
.
96
INSTALACIÓN DE MOTORES
Para instalar un motor se debe seleccionar:
a) El fusible
b) El térmico del contactor
c) El calibre de los conductores
d) El tamaño del conduit
e) El interruptor de seguridad.
ELECCIÓN DE FUSIBLES
Motor trifásico en jaula de ardilla y sincrónico.
- Con letra de código A: Capacidad de corriente no inferior al 150% de la corriente a plena
carga.
- Con letra de código de la B a la E: Capacidad de 250%.
- Con letra de código de la F a la V: Capacidad de 300%.
Motor con rotor bobinado
- Capacidad de 150%.
ELECCIÓN DEL CONTACTOR
Capacidad de corriente del 125%.
Valores comerciales:
Fusibles en Amp: 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175, 200,
225, 250, 300, 350, 400, 450.
Térmicos en Amp: 15, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 125, 150, 175, 200, 225.
ELECCIÓN DE CONDUCTORES
Los conductores deben tener una capacidad de corriente no inferior al 125% de la
corriente a plena carga.
No AWG 14 12 10 8 6 4 3 2 1 0 2/0 3/0 4/0
AMPER 15 20 30 40 55 70 80 95 110 125 145 165 195
97
ELECCIÓN DEL CONDUIT
ELECCION DEL INTERRUPTOR DE SEGURIDAD
La siguiente tabla relaciona la capacidad en Amperios que debe tener un
interruptor de seguridad tripolar de 220V en función de la capacidad en H.P. del
motor.
98
Unidad Temática 4: Mantenimiento a transformadores y motores eléctricos.
Objetivo de la unidad: El alumno ejecutará acciones de mantenimiento
preventivo y correctivo a transformadores y sistemas de control de motores
eléctricos mediante la detección de fallas.
Fallas comunes eléctricas y mecánicas.
1. Técnicas de localización de fallas.
Para la detección de fallas eléctricas y mecánicas se deben de realizar
mediciones a los sistemas eléctricos, mecánicos, identificando las fallas del
sistema de refrigeración doméstica, siguiendo la secuencia establecida por el
técnico.
2. Principales fallas eléctricas y mecánicas.
3. Localizar y diagnosticar fallas.
Interpretación de los manuales del fabricante.
Una de las estrategias que el técnico frigorista utiliza para la identificación,
interpretación y reparación de fallas en el sistema de refrigeración doméstica, es la
utilización de los manuales del fabricante, estos a la vez pueden ser:

Manuales de instalación

Manuales del servicio
Identificación de fallas eléctricas y mecánicas en el sistema de refrigeración
doméstica.
Las fallas que se presentan en refrigeración doméstica, pueden ser fallas
eléctricas o mecánicas, a continuación se presentan las fallas más comunes, así
como la identificación y el procedimiento para llegar a la solución.
FALLAS EN EL COMPRESOR.
El compresor que se utiliza en refrigeración doméstica es un equipo desechable
por lo tanto en el mercado no se encuentran partes para sustituir las partes
dañadas.
Hay algunos casos como son las empaquetaduras, compresor pegado por falta
de uso etc. Que se pueden reparar.
Cuando la presión del compresor no es la óptima puede deberse únicamente a
que algún empaque interno está en mal estado, siendo así se puede proceder a
abrir la unidad, revisar fugas y cambiar el empaque dañado. La falta de presión
también se puede deber a la presencia de alguna partícula extraña en las válvulas,
99
en este caso se procede a limpiar muy bien las dos válvulas, si el problema no se
resuelve con esto, quiere decir que la falla puede estar en el pistón, la biela, la
excéntrica etc. Casos en los cuales no se puede reparar por ausencia de estos
repuestos.
Cuando el compresor por falta de uso se ha pegado, antes de abrirlo se puede
probar conectándolo a un voltaje de 220 voltios por espacio de algunos segundos
únicamente, si el compresor no ha despegado se puede abrir y manualmente
despegarlo.
Si la falla es en el motor eléctrico ya sea recalentado o quemado lo mejor es
reemplazarlo y no rebobinarlo.
Una vez corregido estos defectos o en el caso extremo de tener que cambiar la
unidad se debe acoplar y soldar muy bien las uniones un los tubos y proceder
a cargar refrigerante.
EL COMPRESOR NO TRABAJA
Si el compresor no trabaja se puede deber a las siguientes causas:
1. No hay corriente en el tomacorrientes
Con el voltímetro debe comprobar el voltaje que debe ser de 110 voltios, con un
10% de tolerancia de lo contrario debe corregirlo hasta obtener el voltaje correcto.
2. Control apagado.
Gire el control (Termostato) hacia la derecha.
3. Control de temperatura averiado.
Si el control (termostato) está dañado se debe reemplazar por uno nuevo.
4. no hay corriente en los terminales del compresor.
Con el ohmetro verifique continuidad entre los cables que van desde el control.
5. Interruptor térmico defectuoso.
Una vez comprobado que hay corriente en los terminales del compresor, se debe
probar continuidad en el térmico si no hay continuidad o está disparado, es mejor
cambiarlo por otro de igual capacidad.
6. Relay defectuoso.
Cuando se conecta el refrigerador y se escucha dispararse el térmico, lo mas
probable es que el relay esté pegado o abierto si es así se debe cambiar por uno
de las mismas especificaciones, es aconsejable que cuando se cambie relay, se
cambie el térmico también.
100
7. Compresor defectuoso
Se debe revisar continuidad entre los tres terminales del compresor, si en alguno
no hay continuidad o si alguno presenta contacto a la carcasa se debe cambiar el
compresor. Si hay continuidad entre los tres terminales y no hay contacto a la
carcasa, puede conectar directamente el compresor identificando muy bien los
terminales, la corriente debe ir al común y al de marcha y debe hacer un puente
entre el terminal de marcha y el de arranque, si el compresor arranca su
intensidad de acuerdo a las especificaciones del fabricante, si la intensidad es muy
alta puede indicar problemas en el sistema de refrigeración en el cual se debe
descargar el refrigerante y volver a probar. Si la intensidad no ha bajado se debe
reemplazar el compresor.
EL COMPRESOR TRABAJA PERO EL REFRIGERADOR NO ENFRÍA
Si el compresor trabaja pero el refrigerador no enfría las causas pueden ser:
1. Falta de refrigerante.
La falta de refrigerante indica con toda seguridad que se ha presentado una fuga
en alguna parte del sistema, por ello se debe localizar esa fuga de la siguiente
forma:
LOCALIZACIÓN DE FUGAS DE REFRIGERANTE
Uno de los principales problemas que se presentan en los sistemas de
refrigeración son las fugas del refrigerante. Si se presentan en el lado de alta
presión, ocasionan la pérdida de refrigerante de manera que llega el momento.
Que el sistema falla. Si las fugas se encuentran en el lado de baja presión del
sistema, el escape de refrigerante es más lento pero también llega el momento en
que el sistema va a fallar y si este defecto no se corrige a tiempo es posible que
llegue a entrar aire al sistema y con él la humedad produciendo consecuencias
graves hasta el punto de ocasionar daños en el compresor.
La prueba de fugas es un paso importante y debe realizarse con mucho cuidado.
Desde el momento de hacer vacío se está realizando la primera prueba de fugas,
si el aire no puede evacuarse completamente es porque existe una fuga. El
aumento de vacío depende de la magnitud de ésta. Si se ha
logrado el vacío requerido pero éste no se mantiene indica que aún existe una
fuga.
Para localizar las fugas estando el sistema en vacío se puede utilizar un poco de
aceite de compresor y untarlo en las partes donde se sospeche pueda estar
localizada la fuga; uniones soldadas, uniones roscadas etc. Si no es posible
101
localizar la fuga con el sistema en vacío se debe proceder a cargar refrigerante a
presión y utilizando un detector de fugas o únicamente agua con jabón se vuelve a
recorrer todas las partes sospechosas hasta localizar la fuga y corregirla. Esto
puede ser soldando alguna unión que presento fuga, soldando un poro que se
pudo haber hecho accidentalmente, esto suele suceder muy a menudo en el
evaporador, si el poro es pequeño se puede recurrir a soldaduras químicas si el
orificio es muy grande se puede reemplazar la tubería de aluminio por tubería de
cobre o cambiar el evaporador por otro nuevo. O simplemente ajustando el racor
por donde se presentaba la fuga.
2. HUMEDAD EN EL SISTEMA
La presencia de humedad en un sistema de refrigeración se debe básicamente a
un vacío mal ejecutado antes de haber cargado el refrigerante.
El síntoma más relevante en el diagnóstico de presencia de humedad en el
sistema es cuando el refrigerador deja de enfriar o congelar según sea el caso de
una manera abrupta a pesar de que el compresor este trabajando y luego
repentinamente o después de haberse desconectado y esperado un tiempo
prudente, vuelve a enfriar o congelar normalmente. Esto sucede debido a que el
agua que se encuentra dentro del sistema puede llegar al punto de congelación y
obstruir el tubo capilar, esta obstrucción dura hasta el momento en que por alguna
razón ese trozo de hielo que está obstruyendo el tubo capilar se descongele y deje
pasar el refrigerante volviendo a trabajar normalmente el sistema.
Cuando este problema se presenta quiere decir que la sílica del filtro secador ha
sido saturada y no es capaz de absorber más humedad por lo tanto para reparar
este problema se debe cambiar el filtro secador, hacer un buen vacío y cargar
nuevamente refrigerante.
CARGA DE GAS REFRIGERANTE
Una vez detectado y corregido el problema que pudo ser: Fuga de refrigerante,
humedad en el sistema o cambio de unidad, proceda a cargar el refrigerante de la
siguiente manera:
1.- Instale el manómetro
1.1.- Corte el tubo e instale un racor con su respectivo abocardado, o abra la llave
según sea el caso.
1.2.- Con una extensión o racor macho instale la manguera de baja (azul) del
manómetro.
1.3.- Conecte la manguera central (amarilla) del manómetro a la bomba de vacío
102
1.4 Abra la llave del manómetro de baja (azul) y cerciórese de que la llave del
manómetro de alta (rojo) permanezca cerrada.
2.- Efectúe el vacío
2.1.-Conecte la bomba de vacío y espere a que la aguja del manómetro de baja
marque 29 o 30 mm. de vacío y espere unos 15 minutos.
2.2.- Cierre la llave del manómetro de baja, desconecte la bomba de vacío y
espere 15 minutos como mínimo. Si la aguja permanece en su posición inicial
puede proceder a cargar refrigerante, de lo contrario debe localizar la fuga. Para
ello debe untar con aceite lubricante en las partes donde sospeche que se puede
encontrar la fuga, una vez localizada abra la llave del manómetro de baja para
quitar el vacío e igualar las presiones. Corrija el defecto y efectúe nuevamente el
vacío.
3.- Cargue refrigerante
3.1- Suelte la manguera amarilla de la bomba de vacío e instale en ella el cilindro
de refrigerante.
3.2.- Sin apretar la manguera suelte un poco de refrigerante con el fin de que este
saque el aire que ha entrado en la manguera.
3.3.- Apriete la manguera en la válvula de servicio del cilindro de refrigerante, y
suelte un poco del mismo.
3.4.- Conecte el refrigerador y abra la llave del manómetro de baja.
3.5.- Abra y cierre la llave del manómetro de baja, permitiendo que entre el
refrigerante paulatinamente, hasta completar la carga del mismo, de acuerdo a las
especificaciones del fabricante.
3.6.- Si no cuenta con las especificaciones del fabricante, observe el evaporador,
en la parte donde él termina y cuando forma escarcha en esta parte es cuando la
carga de refrigerante ha sido suficiente.
3.7.- Evite que en el tubo de retorno se produzca escarcha, esto es síntoma de
que tiene demasiado refrigerante, por lo tanto en estos casos se debe sacar
refrigerante hasta que desaparezca la escarcha en dicho tubo.
3.8.-Cierre la llave de servicio de la unidad, o aplaste el tubo, córtelo y sóldelo
según sea el caso.
POCO FRÍO EN EL REFRIGERADOR
Cuando en el interior del refrigerador la temperatura no baja a la requerida el
problema puede ser:
1. El botón de graduación del termostato en la posición mínimo.
103
Se debe ajustar el botón a la posición correcta, una posición intermedia es
recomendable.
2. Termostato descalibrado.
El termostato se puede calibrar internamente como se ha visto anteriormente con
un tornillo de graduación sin embargo para efectuar esta operación debe
asegurarse que la temperatura no corresponde a la establecida por el dial, si no se
logra corregir este defecto lo mejor es reemplazarlo por uno nuevo.
3. Demasiada escarcha en el evaporador.
El evaporador debe ser descongelado periódicamente para evitar el aislamiento
que produce la escarcha, cuando esta supera el medio centímetro se debe
quitarla.
4. Empaques de las puertas con escapes.
Se debe revisar cuidadosamente el estado de los empaques, si ellos presentan
problemas se deben arreglar o cambiar, si es una nevera se puede probar con un
papel entre la puerta y el gabinete debe sujetar al papel en todo el rededor de la
misma si esto no sucede indica que hay entrada de aire caliente lo cual impide
obtener una baja temperatura.
5. Falta de refrigerante
La escasez de refrigerante como se vio anteriormente inicialmente provoca este
síntoma pero luego el enfriamiento desaparece completamente. En la sección
anterior ya se vio como corregir este defecto.
6. El refrigerador colocado en un sitio caliente.
Un refrigerador nunca se debe instalar cerca de una fuente calorífica tales como
exposición a los rayos solares, cerca de una estufa o cualquier aparato de
calefacción. Si esto sucede se debe retirar o alejar de esta fuente de calor.
DEMASIADO FRÍO EN EL REFRIGERADOR
Cuando el refrigerador enfría demasiado o más de lo requerido se debe a:
1. Botón del termostato en la posición máximo.
Se debe ajustar el botón del termostato a la posición adecuada.
2. Bulbo del termostato suelto.
Debe revisar si el bulbo del termostato está en la grapa del evaporador, si no se la
debe sujetar en ese sitio.
3. Control o termostato pegado.
104
Si al girar el termostato hacia la izquierda el refrigerador no apaga, quiere decir
que el termostato está pegado cuando esto sucede se debe reemplazar por uno
nuevo.
4. Cables del termostato en corto.
Cuando los terminales de los cables o los cables que van al control están
pegados, el control queda por fuera del circuito, se debe entonces despegar y
aislar muy bien estos cables.
CONGELACIÓN DEL TUBO DE SUCCIÓN
Cuando el tubo de succión, tubo que se encuentra en la parte posterior del
refrigerador, se congela o produce escarcha lo cual se debe evitar porque esta
escarcha favorece la corrosión del tubo, se debe a dos causas básicamente.
1. La posición del termostato otra vez en la posición máxima.
Corregir la posición de dicho control.
2. Exceso de refrigerante.
Cuando la carga de refrigerante ha sido demasiada, el disparo del mismo no
termina en el evaporador sino que continúa hasta el tubo de retorno para corregir
este defecto se debe evacuar la cantidad de refrigerante sobrante. En el tubo o
válvula de servicio del refrigerador se debe abrir o cortar según sea el caso hasta
que salga el refrigerante sobrante y luego se cierra la válvula o se aplasta y se
suelda el tubo.
EL FOCO DE LUZ INTERIOR NO ENCIENDE
1. No hay corriente en la toma.
Verificar con el voltímetro si hay o no voltaje en él toma y reparar la falla.
2. Bombillo fundido.
Si el bombillo está fundido se debe reemplazar para ello se debe destapar con
cuidado la caja de controles dependiendo de la marca del refrigerador así mismo
es su disposición.
3. Interruptor trabado o dañado.
Si el bombillo está bueno y hay corriente en él toma lo más probable es que el
interruptor esté averiado por lo tanto se debe proceder a reemplazarlo.
Emisión del diagnóstico del refrigerador domestico
Se ha de evaluar el estado de cada componente (eléctrico o mecánico) en
concordancia con su función en el sistema (de mayor o menor importancia).El
105
reconocimiento de cada componente y su propósito requiere la comprensión del
uso que el sistema hace de él. El estudio del propósito de cada componente, antes
de tomar acción alguna, podrá ahorrar una gran cantidad de tiempo en el
diagnóstico.
Como ejemplo, se realizara el diagnóstico de un componente de control de
temperatura.
Diagnóstico del termostato
El termostato es un componente que no se suele comprender bien y del que se
suele sospechar cuando el equipo no está funcionando adecuadamente. Sin
embargo, este componente lleva a cabo un trabajo sencillo al vigilar la temperatura
y distribuir la energía del circuito de 110v al componente correcto para regular la
temperatura. Los técnicos, han de recordar, que la energía entra al termostato y
este la distribuye allá donde es necesario. Cada técnico precisa de una pauta para
efectuar la verificación del termostato, en busca de problemas del circuito.
Una de las maneras de diagnosticar el termostato de un sistema de refrigeración,
consiste en:

Desconectar el refrigerador o aire acondicionado.

Desconectar los cables de alimentación del termostato.

Colocar el multiamperimetro en la posición de continuidad.

Se prueba continuidad en la posición de OFF o apagado, no debe de haber
continuidad.

Se prueba continuidad en la posición ON (Enfriamiento), si debe de haber
continuidad.

Se revisa que el capilar o sensor no estén dañados.

En caso de continuidad en sentido inverso en los pasos 4 y 5, se
diagnostica que el termostato está dañado y se sustituye.
Presupuesto de servicio
Para realizar un servicio es e indispensable una amplia experiencia en el trabajo,
una honestidad bien comprendida y enfocada, y un conocimiento básico sobre las
personas para poder comunicarse.
Desde el momento en que un cliente llama para realizar el presupuesto de
reparación de un sistema de refrigeración, es porque el mismo desconoce el
sistema y necesita del servicio para que se repare. No se cobra exclusivamente
por lo que se cambia, sino por saber cómo se debe cambiar y porque.
106
Para cubrir un servicio y dar un presupuesto por reparación es necesario hacer
una serie de preguntas al usuario del sistema de refrigeración para tener una idea
del estado general de este, a manera de refuerzo de las rutinas de revisión. Por
ejemplo, las preguntas más comunes que se hacen son las siguientes:
1. ¿Cuánto tiempo tiene sin funcionar el aparato?
2. ¿Qué falla le notaba cuando dejo de usarlo?
3. ¿Hacia mucho ruido?
4. ¿Se sentían descargas eléctricas al tocarlo?
5. ¿Cuántos años tiene con él?
6. ¿Lo han reparado últimamente?
7. Cuando fue la última reparación?
8. ¿Prendía el foco?
9. En que numero lo usa normalmente?
10. ¿Dejo de enfriar de golpe o poco a poco?
11. ¿Qué otra falla ha notado?
Con esta serie de preguntas es posible formarse un juicio sobre el estado general
del sistema de refrigeración, así como prevenir malos entendidos o desacuerdos
en el momento de realizar el trabajo y de cobrarlo. Cada quien modifica las
preguntas de acuerdo a su criterio o experiencia. Al aplicar la rutina de revisión
correspondiente al sistema de refrigeración de que se trate, se lograra conocer los
problemas ocultos que pudiera tener. Además, se debe preguntar al cliente si
desea que se repare alguna otra falla que el notara anteriormente.
La honestidad, el conocimiento exacto de los sistemas de refrigeración y la
realización y entrega del servicio prometido al cliente son las llaves del éxito.
4. Realizar pruebas eléctricas y mecánicas
Interpretación de los parámetros en el sistema eléctrico y electrónico.
Circuitos eléctricos.
Se denomina circuito eléctrico al camino que recorre una corriente eléctrica a
través de lámparas, motores, bobinas, o cualquier tipo de elemento eléctrico
conectado dentro de este camino y consumidor de dicha corriente eléctrica.
107
Dentro de los sistemas de refrigeración, encontramos circuitos en serie (circuito
del compresor y circuito del foco), y estos a la vez se conectan en paralelo,
formando así lo que se conoce como un circuito serie-paralelo o circuito mixto.
Unidades de medición.
Los parámetros de medición más utilizados por el técnico frigorista en el área de la
refrigeración doméstica, son:

Parámetros eléctricos: Voltaje (Volts), Amperaje (Amperes), Resistencia
(Ohms) y Potencia (Watts).
Voltaje
Para que se pueda producir una corriente eléctrica es necesario un voltaje
(Fuerza) que ponga en movimiento a los electrones libres del circuito.
A la fuerza que pone en movimiento a los electrones se le llama fuerza
electromotriz (FEM), pero se conoce más comúnmente con el nombre de voltaje,
diferencia de potencial o tensión eléctrica y la unidad de medida es el volts (v).
Volts: El volt o voltio, es equivalente a la diferencia de potencial existente entre
dos puntos de un conductor por el cual pasa una corriente de 1 amperio cuando la
potencia perdida entre los mismos es de un vatio o watt, y su símbolo es v.
Intensidad de corriente eléctrica
Dado que la corriente eléctrica se define como un flujo de electrones, se le llama
intensidad de corriente eléctrica a la cantidad de electrones que circula por un
punto determinado del circuito en 1 segundo, y su símbolo con la letra I, y su
unidad de medida se le denomina amperio o ampere (A).
Ampere: El ampere es una unidad de medida de la corriente eléctrica que se
simboliza con la letra A.
Resistencia de los circuitos
Para que los electrones se puedan mover dentro de una estructura atómica de un
circuito tiene que vencer cierta oposición que dificulta su movimiento. A esta
oposición se le llama Resistencia Eléctrica. La resistencia eléctrica en los
conductores es muy reducida en tanto que en los aisladores o aislantes es muy
elevada. En electricidad la resistencia se simboliza con la letra R y su unidad de
medida es el ohmio.
Ohm: El ohm u ohmio, es la unidad de medida de la resistencia eléctrica y se
simboliza con la letra griega omega Ω.
Factores de los circuitos eléctricos.
108
Todos los circuitos eléctricos tienes tres factores fundamentales:

Voltaje: (V) – Voltaje

Intensidad de corriente eléctrica: (A) – Amperes

Resistencia eléctrica: (Ω) – Ohm
Potencia: Es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo. Se mide en Watt.
W = (e) ( i)
W = Potencia desarrollada en Watts.
e = Voltaje aplicado al circuito en Volts.
i = Intensidad de Corriente Eléctrica, medida en Amperes.
Frecuencia: Se le llama frecuencia a la cantidad de números de ciclos completos
que se generan en un segundo. La frecuencia de una corriente alterna depende de
la velocidad del generador, o sea, del número de vueltas que da por segundo,
puesto que cada vuelta completa genera un ciclo. Se mide en Hertz (Hz)
Uso de instrumentos de medición y parámetros de medición
109
El manejo adecuado de los instrumentos de medición, hace que al momento de
obtener algún parámetro eléctrico o electrónico, este se realice con mayor
exactitud, proporcionándole al técnico un mejor diagnóstico al equipo de
refrigeración.
Otro beneficio que se tiene al hacer el uso adecuado de todos los instrumentos de
medición, es alargar la vida útil de los mismos.
A continuación citamos 2 ejemplos, utilizando el multiamperimetro para verificar,
las condiciones en que se encuentran un control de temperatura (Termostato) y un
reloj de deshielo automático (Timer).
Medidas de continuidad a componentes eléctricos.
Pasos para la verificación de continuidad a un termostato.

Se desconecta el refrigerador tipo (dúplex, escarcha) o aire acondicionado.

Se desconectan los conductores que van a las terminales del termostato.

Se selecciona el multiamperimetro en la posición de ohm (Ω), y en alarma.

Se verifica continuidad en posición de apagado (off), y no debe de existir
continuidad.

Se verifica continuidad en frio máximo (señalado con números o letras), y
debe de existir continuidad.

Se verifica que el capilar o sensor no esté dañado.

En caso de diagnóstico en buen estado se realiza el
refrigerador, caso contrario se sustituye.
montaje al
Pasos para la verificación de continuidad del timer.

Se desconecta el refrigerador tipo dúplex o de escarcha.

Se desconectan los conductores que van a las terminales del reloj de
deshielo (timer).

Se selecciona el multiamperímetro en la posición de ohm (Ω), y en alarma.

Se verifica continuidad en terminales 1 y 4 (enfriamiento), y debe de existir
continuidad; pero en terminales 1 y 2 (deshielo), no debe de existir
continuidad.
110

Se verifica continuidad en terminales 1 y 2 (deshielo), y debe de existir
continuidad; pero en terminales 1 y 4 (enfriamiento), no debe de existir
continuidad.
Nota: Para
realizar los 2 pasos anteriores, se gira el engrane
manualmente, de preferencia con un desarmador tipo paleta.

En caso de diagnóstico en buen estado se realiza el montaje al
refrigerador, caso contrario se sustituye.
Parámetros de medición.
Para emitir un diagnóstico del equipo de refrigeración, es importante que el
frigorista, realice las mediciones eléctricas correspondientes de voltaje, amperaje,
resistencia y de potencia y hacer un comparativo con los parámetros establecidos
en la información técnica proporcionada por el fabricante (etiqueta, manuales,
catálogos, etc.).
Interpretación de las mediciones de presión en el sistema mecánico.
Sistema típico de aire acondicionado con R-22, mostrando las temperaturas, las
presiones y el flujo del aire, en cada uno de los elementos del circuito.
Ciclo básico de refrigeración.
111
Unidades de presión y uso del manómetro.
Presión (p). Se define como la fuerza (F) que se ejerce sobre por unidad de área
(A). Expresado lo anterior como ecuación, es:
p= fuerza/área; F/A
Si la fuerza se mide en libras (lb) y el área en pulgadas cuadradas (in²), las
unidades de presión en el sistema ingles serán: lb/in². Se usa en forma general la
abreviatura psi.
Presión absoluta.
Presión manométrica.
Presión de vacío.
Unidades de presión en el Sistema internacional de unidades.

Gigapascal (GPa), 109 Pa

Megapascal (MPa), 106 Pa

Kilopascal (kPa), 103 Pa

Pascal (Pa),

Barias (bar)

Kilogramos/centímetros cuadrados (kg/cm²)

Atmosferas de presión (atm)
Unidades de presión en el Sistema inglés.
La unidad de presión básica de este sistema es:

Libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/in2)
Unidades de presión de vacío.

Milímetros de mercurio (760 mmHg) = Sistema internacional

Centímetros de mercurio (76 cmHg) = Sistema internacional

Pulgadas de mercurio (30 inHg) = Sistema ingles
Uso de los manómetros.
112
Los manómetros se utilizan para conocer la presión del refrigerante dentro del
sistema de refrigeración (circuito cerrado), también para realizar vacío, cargar
refrigerante y para la carga del aceite lubricante.
Manómetro múltiple.
Es un juego de manómetros conformado por:
a) Manómetro compuesto o manómetro de baja presión: Las presiones se
miden por medio de aparatos que reciben el nombre de manómetros y que
en un tubo de forma elíptica enrollado en arco espiral con un extremo fijo y
abierto que puede comunicar con la conducción o tubería de la cual se
quiere medir la presión, y el otro extremo cerrado, libre y articulado
mediante un juego de palancas con una aguja móvil. El conjunto va
montado dentro de un manifold y la aguja indicadora se desliza sobre una
escala graduada en unidades de presión y protegido por un cristal o plástico
duro.
El manómetro compuesto, así llamado, realiza mediciones superiores a la
del vacío (presión atmosférica), que en algunos la escala se encuentra
desde 0 psi hasta 120 psi.
Cuando estos instrumentos se emplean para medir presiones inferiores a la
atmosférica reciben el nombre de vacuometros, es decir, miden presiones
de vacío (0 inHg a 30 inHg.).
b) Manómetro de alta presión: Este instrumento de medición se utiliza para
medir presiones muy superiores a las del manómetro compuesto, la escala
que normalmente se maneja va desde 0 psi hasta 500 psi.
Realización de las mediciones de temperatura en el sistema mecánico.
Termómetros.
Para determinar con exactitud la temperatura a la cual se encuentran los cuerpos
se requiere de los termómetros. Existen varios tipos de termómetros en el
mercado, y de ellos dos son los más utilizados: Los termómetros de cristal y los
termómetros bimetálicos.
Los termómetros de cristal van montados sobre una tablilla plástica, o metálica
según el fabricante. Normalmente están rellenos de alcohol coloreado o mercurio y
se encuentran graduados en una escala comprendida entre los 50°C en el límite
superior y los 40°C bajo cero en el límite inferior. Los termómetros bimetálicos,
como su nombre lo indica, se encuentran construidos por un metal arrollado e su
parte inferior, el cual es muy sensible a los cambios de temperatura, y por otro
metal que componen la caja en la cual se encuentra la susodicha espiral.
113
Estos funcionan por medio de dilatación o contracción de la espiral, que se provee
de una aguja qie indica la lectura registrada sobre una caratula circular
debidamente graduada. En algunos casos, la graduación de las escalas es similar
a los de cristal, pero esto depende del fabricante.
La escala termométrica que se utiliza en México es la escala centígrada, llamada
en virtud de que se tomo la distancia que el mercurio recorre en un tubo de cristal
al suceder las dos principales transformaciones del agua al variar su estado físico.
Se tomó como límite superior el punto en el cual el agua comienza su evaporación
al nivel del mar y como limita intermedio el punto en el cual se comienza a licuar el
hielo.
A esta distancia recorrida por el mercurio se le dividió en 100 partes iguales y se
puso el 100 en el punto de ebullición y el cero en el punto de licuación. De ahí su
nombre de escala centígrada.
En algunos se utiliza una escala similar llamada Fahrenheit, la cual marca 32
grados el punto de licuación y en 212 grados el punto de ebullición del agua.
114
Tipos de mantenimiento.
Definición: Es un servicio que agrupa una serie de actividades cuya ejecución
permite alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, máquinas,
construcciones civiles, instalaciones, etc.
Disciplina cuya finalidad consiste en mantener las máquinas y el equipo en un
estado de operación, lo que incluye servicio, pruebas, inspecciones, ajustes,
reemplazos, reinstalación, calibración, reparación y reconstrucción. Principalmente
se basa en el desarrollo de conceptos, criterios y técnicas requeridas para el
mantenimiento, proporcionando una guía de políticas o criterios para la toma de
decisiones en la administración y programas de mantenimiento.
NOM-004-STPS:
 Es la acción de inspeccionar, probar y reacondicionar la maquinaria y
equipo a intervalos regulares con el fin de prevenir fallas de funcionamiento
(Mantenimiento preventivo).
 es la acción de revisar y reparar la maquinaria y equipo que estaba
trabajando hasta el momento en que sufrió la falla,(Mantenimiento
correctivo).
AFNOR NF X 60-010: “Conjunto de acciones que permiten conservar o restablecer
un bien a un estado especificado o a una situación tal que pueda asegurar un
servicio determinado”.
BS 3811: “Combinación de todas las acciones técnicas y administrativas
asociadas tendientes a conservar un ítem o restablecerlo a un estado tal que
pueda realizar la función requerida”
Nota: La función requerida puede ser definida como una condición dada.
MIL-STD-721 C: “Todas las acciones necesarias para conservar un ítem en un
estado especificado o restablecerlo a él”
ORGANIZACION EUROPEA DE MANTENIMIENTO: “Función empresarial a la
que se encomienda el control constante de las instalaciones así como el conjunto
de los
trabajos de reparación y revisión necesarios para garantizar el
115
funcionamiento regular y el buen estado de conservación de las instalaciones
productivas, servicios e instrumentación de los establecimientos”
Clasificación
El mantenimiento se divide principalmente en: Mantenimiento Correctivo,
Mantenimiento Preventivo, Mantenimiento Predictivo o proactivo, Mantenimiento
TPM (Autónomo).
Mantenimiento Correctivo.
El mantenimiento correctivo es un sistema que emplearon las industrias e
instituciones cuando desconocían los beneficios de un programa de los trabajos
de mantenimiento, y consiste principalmente en corregir las fallas cuando se
presenta, ya sea que surtieran una avería que justificara el gasto económico de la
reparación.
El empleo del mantenimiento correctivo origina cargas de trabajo incontrolables,
que causan actividad intensa y lapsos sin trabajo, y cuando las necesidades son
imperiosas obligan al pago de horas extras; no se controla la productividad e
interrumpe el servicio o la producción; hay necesidad de comprar todos los
materiales en un momento dado etc.
En resumen, son las consecuencias lógicas que se presentan cuando se sufre un
accidente inesperado. Esta forma de aplicar mantenimiento impide el diagnóstico
exacto de las causas que provocaron la falla, pues se ignora si falló por mal trato,
por abandono, por desconocimiento de manejo, por tener que depender del
reporte de una persona para proceder a la reparación por desgaste natural, etc.
Son muchos los aspectos negativos que trae consigo este sistema y sólo debe
aplicarse como emergencia. La característica de este sistema más importante es
la corrección de fallas a medida que se presentan, ya sea por síntomas claros y
avanzados por el paro del equipo, instalaciones, etc.
El empleo único de este tipo de mantenimiento provoca lo siguiente:
Ventajas:
a. Si el equipo está preparado la intervención en el fallo es rápida y la
reposición en la mayoría de los casos será con el mínimo tiempo.
b. No se necesita una infraestructura excesiva, un grupo de operarios
competentes será suficiente, por lo tanto el costo de mano de obra será
116
mínimo, será más prioritaria la experiencia y la pericia de los operarios, que
la capacidad de análisis o de estudio del tipo de problema que se produzca.
c. Es rentable en equipos que no intervienen de manera instantánea en la
producción, donde la implantación de otro sistema resultaría poco
económico.
Desventajas:
a. Se producen paradas y daños imprevisibles en la producción que afectan a
la planificación de manera incontrolada.
b. Se puede producir una baja calidad en las reparaciones debido a la rapidez
en la intervención, y a la prioridad de reponer antes que reparar
definitivamente, por lo que produce un hábito a trabajar defectuosamente,
sensación de insatisfacción e impotencia, ya que este tipo de
intervenciones a menudo generan otras al cabo del tiempo por mala
reparación por lo tanto será muy difícil romper con esta inercia.
Mantenimiento Preventivo
El empleo del mantenimiento preventivo requiere de un alto grado de
conocimientos y organización eficiente. Una buena organización de conservación
que aplique el mantenimiento preventivo, logra experiencia para determinar la
causa de fallas repetitivas o el tiempo de operación segura de algunos
componentes, o bien llega a conocer puntos débiles de instalaciones, equipos,
máquinas, etc. Estas posibilidades son las que han contribuido, en mayor grado al
desarrollo del mantenimiento preventivo.
Sin embargo para la implementación del mantenimiento preventivo es raramente
factible y el impacto inicial refleja una elevación de los costos, por eso es de vital
importancia la decisión de cómo y dónde empezar, pero es mas esencial
convencernos del valor del nuevo sistema.
Es necesario distinguir, desde el principio, los beneficios o ventajas que pueden
alcanzarse directamente por este sistema contra lo que arroja en comparación con
otras técnicas o procedimientos. El no poder hacer una distinción ha conducido a
reclamaciones injustas en contra del procedimiento y ha causado una confusión
considerable en el uso del término “Preventivo”.
El Mantenimiento Preventivo clásico prevé fallas a través de sus cuatro áreas
básicas.
Limpieza: las máquinas limpias son más fáciles de mantener operan mejor y
reducen la contaminación. La limpieza constituye la actividad más sencilla y eficaz
para reducir desgastes, deterioros y roturas.
117
Inspección: se realizan para verificar el funcionamiento seguro, eficiente y
económico de la maquinaria y equipo. EL personal de mantenimiento deberá
reconocer la importancia de una inspección objetiva para determinar las
condiciones del equipo. Con las informaciones obtenidas por medio de las
inspecciones, se toman las decisiones a fin de llevar a cabo el mantenimiento
adecuado y oportuno.
Lubricación: un lubricante es toda sustancia que al ser introducida entre dos
partes móviles, reduce el frotamiento calentamiento y desgaste, debido a la
formación de una capa resbalante entre ellas. La lubricación es la acción realizada
por el lubricante.
Aunque esta operación es normalmente realizada de acuerdo con ras
especificaciones del fabricante, la ubicación física y geográfica del equipo y
maquinaria; además de la experiencia, puede alterar las recomendaciones.
Ajuste: Es una consecuencia directa de la inspección; ya que es a través de ellas
que se detectan las condiciones inadecuadas de los equipos y maquinarias,
evitándose así posibles fallas.
Ventajas:
a. Se hace correctamente, exige un conocimiento de las máquinas y un
tratamiento de los históricos que ayudará en gran medida a controlar la
maquinaria e instalaciones.
b. El cuidado periódico conlleva un estudio óptimo de conservación con la que
es indispensable una aplicación eficaz para contribuir a un correcto sistema
de calidad y a la mejora de los continuos.
c. Reducción del correctivo representará una reducción de costos de
producción y un aumento de la disponibilidad, esto posibilita una
planificación de los trabajos del departamento de mantenimiento, así como
una previsión de los recambios o medios necesarios.
d. Se concreta de mutuo acuerdo el mejor momento para realizar el paro de
las instalaciones con producción.
Algunas otras ventajas del mantenimiento preventivo son:
a. Las propiedades sujetas a mantenimiento operan en mejores condiciones
de seguridad puesto que se conoce su estado físico y sus condiciones de
funcionamiento es importantísimo en una institución al público como el
IMSS.
b. Disminución del tiempo muerto, mayor vida útil; cuya característica más
importante es detectar fallas en su fase inicial y corrección en el momento
oportuno.
Desventajas:
118
a. Representa una inversión inicial en infraestructura y mano de obra. El
desarrollo de planes de mantenimiento se debe realizar por técnicos
especializados.
b. Si no se hace un correcto análisis del nivel de mantenimiento preventivo, se
puede sobrecargar el costo de mantenimiento sin mejoras sustanciales en
la disponibilidad.
c. Los trabajos rutinarios cuando se prolongan en el tiempo produce falta de
motivación en el personal, por lo que se deberán crear sistemas
imaginativos para convertir un trabajo repetitivo en un trabajo que genere
satisfacción y compromiso, la implicación de los operarios de preventivo es
indispensable para el éxito del plan.