Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería

1-1-2001

Diseño de un taller industrial para diagnóstico, pruebas y Diseño de un taller industrial para diagnóstico, pruebas y

reparación de motores eléctricos reparación de motores eléctricos

Andrés Roberto Peña Roa Universidad de La Salle, Bogotá

Luis Carlos Manrique Robayo Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Peña Roa, A. R., & Manrique Robayo, L. C. (2001). Diseño de un taller industrial para diagnóstico, pruebas y reparación de motores eléctricos. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_electrica/419

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DISEÑO DE UN TALLER INDUSTRIAL

PARA DIAGNOSTICO, PRUEBAS

Y REPARACION DE MOTORES ELECTRICOS

ANDRES ROBERTO PEÑA ROA

LUIS CARLOS MANRIQUE ROBAYO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

BOGOTA D.C.

2001

DISEÑO DE UN TALLER INDUSTRIAL

PARA DIAGNOSTICO, PRUEBAS

Y REPARACION DE MOTORES ELECTRICOS

ANDRES ROBERTO PEÑA ROA

LUIS CARLOS MANRIQUE ROBAYO

Trabajo de grado presentado Para optar el título de

Ingeniero Electricista

Director

FILIBERTO BOJACA

Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA

BOGOTA D.C.

2001

v

Nota de aceptación

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Director

___________________________________

Jurado

___________________________________

Jurado

Bogotá D.C., Marzo de 2001

vi

A Dios por permitirme la vida y

brindarme su ayuda a diario,

a mis padres Roberto y Gloria

por su gran esfuerzo y apoyo,

a mi hermano Adrian

por su colaboración.

vii

Dedico este trabajo a las personas mas

influyentes en mi vida:

Mis padres: María Alicia y Luis Antonio,

Mi esposa Vianny y mi pequeño hijo

Fabián Andrés, mis hermanos: Gloria,

Estela, Marina, Alicia y Gerardo por su

constante e incondicional apoyo.

viii

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Filiberto Bojaca. Ingeniero electricista y director de la investigación, por su

colaboración y valiosa orientación para la realización de este proyecto.

Jairo Puentes. Ingeniero Electricista, por su tiempo y motivación

Henry Scheel. Ingeniero Eléctrico, por sus aportes y respaldo.

A los profesores Renato Céspedes, Rafael Chaparro, Fernando Gómez, Luis

Hernando Correa, por su oportuna orientación y asesoría.

A todas aquellas personas que por su disposición hicieron posible la realización de

este proyecto.

ix

Ni la Universidad, ni el asesor, ni el jurado calificador,

son responsables de las ideas expuestas por los graduandos.

x

RESUMEN

El objetivo de este trabajo es presentar el diseño de un taller para el diagnóstico,

las pruebas y reparaciones de motores eléctricos, con la capacidad de ofrecer

un servicio confiable y de calidad.

En la realización del trabajo se consideran los diferentes tipos de fallas que se

pueden presentar en los motores eléctricos; no sin antes comentar los conceptos

básicos de constitución y funcionamiento de este tipo de máquinas eléctricas.

Se establecen y explican las diferentes pruebas que se realizarán a los motores

para verificar su buen funcionamiento o reconocer el tipo de falla que presenta.

El taller estará equipado para la realización de los siguientes trabajos: pruebas a

los motores, bobinado y cambio de rodamientos, para motores de hasta 125 hP;

por esto se presenta una descripción completa de los equipos necesarios, como el

diseño del banco de pruebas y la especificación de la máquina bobinadora y el

horno para el proceso de precalentado y curado; se detalla un bosquejo de las

instalaciones físicas de la planta con su diseño eléctrico completo y se considera

una lista general de herramientas necesarias en el taller.

xi

Algo de mucho interés es la evaluación del proyecto que demuestra la viabilidad

técnica y factibilidad económica para el desarrollo del mismo. Para obtener

seguridad al respecto, se realizó un estudio de mercado, para conocer la

situación actual del servicio que ofrecerá el taller, considerando el potencial del

mercado y la participación de talleres existentes. También se consideran los

trámites legales necesarios para la puesta en marcha del proyecto.

De esta manera el presente trabajo de grado deja establecidas las bases para

constituir una empresa, cuyo objeto social sea prestar el servicio de

mantenimiento de motores eléctricos a la industria colombiana, cumpliendo en

cada ítem la normatividad respectiva.

Como conclusión principal del proyecto se puede mencionar que el diseño de un

taller industrial para el diagnóstico, pruebas y reparación de motores eléctricos

permite aplicar todos los conocimientos adquiridos durante la formación

profesional. Además, es un proyecto aplicable realmente, que exige desarrollo de

ingeniería; resulta muy interesante el aplicar la ingeniería para diseños como

éstos, que deben entregar resultados positivos en el aspecto técnico, económico

y de competitividad.

xii

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCION 22

1 MOTORES ELECTRICOS 25

1.1 GENERALIDADES 25

1.2 TIPOS DE MOTORES 26

1.2.1 Motores de inducción 26

1.2 .2 Motores sincrónicos 28

1.2.3 Generadores sincrónicos 30

1.3 BOBINADO DE UNA MAQUINA ELECTRICA 30

1.3.1 Arrollamientos insertados manualmente 31

1.3.1.1 Devanado de las bobinas y grupos 32

1.3.1.2 Aislamiento de las ranuras de la máquina 33

1.3.1.3 Aislamiento entre fases 34

1.3.1.4 Amarre de las cabezas de bobinas 35

1.3.1.5 Ensayo eléctrico del aislamiento 35

1.3.1.6 Impregnación y secado 36

2 FALLAS EN LOS MOTORES ELECTRICOS 37

2.1 FALLAS ELECTRICAS 38

2.1.1 Fallas en parámetros de vacío 39

2.1.2 Fallas en parámetros de cortocircuito 39

xiii

2.1.3 Fallas del aislamiento 40

2.2 FALLAS MECANICAS 41

2.2.1 Ruido en rodamientos 41

2.2.2 Juego axial 41

2.2.3 Arrastre 42

2.2.4 Fallas en escobillas y anillos rozantes 42

3 PRUEBAS NECESARIAS A LOS MOTORES 43

3.1 PRUEBA DE VACIO 44

3.2 PRUEBA DE AISLAMIENTOS 46

3.2.1 Condiciones para medir la resistencia del aislamiento 47

3.2.2 Condiciones de los devanados para la realización de la prueba 47

3.2.3 Métodos para la medición de la resistencia del aislamiento 48

3.2.4 Valores recomendados 50

3.3 PRUEBA DE CORTOCIRCUITO O A ROTOR BLOQUEADO 51

3.4 PRUEBA DE RUIDO 54

3.5 PRUEBA DE CONTINUIDAD 55

3.6 PRUEBA DE TEMPERATURA 56

3.6.1 Clasificación térmica de las máquinas 56

3.6.2 Métodos para la determinación de la temperatura 57

3.6.2.1 Método de la resistencia 58

3.6.2.2 Método del detector interno de temperatura 60

3.6.2.3 Método del termómetro 61

3.6.3 Selección del método de medida de temperatura de devanados 61

xiv

3.7 CARACTERISTICAS DE VACIO EN MAQUINAS SINCRONICAS 63

3.8 CARACTERISTICAS DE CORTO CIRCUITO EN MAQUINAS

SINCRONICAS 65

4 ESPECIFICACION DEL TALLER 68

4.1 DELIMITACION DEL TALLER 68

4.2 REQUERIMIENTOS 68

4.3 DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS PARA MOTORES 69

4.3.1 Equipo del banco de pruebas 69

4.3.1.1 Instrumentos y equipos necesarios en el banco 70

4.3.2 Diseño eléctrico del banco de pruebas 71

4.3.2.1 Circuito de fuerza 72

4.3.2.2 Circuito de control y señalización 75

4.3.3 Especificación y selección de equipos del banco de pruebas 75

4.3.3.1 Autotransformador 75

4.3.3.2 Equipo de medida 78

4.3.3.3 Fuente de corriente contínua 82

4.3.3.4 Fuente de sobretensión 83

4.3.3.5 Instrumentos de maniobra y protección 83

4.3.3.6 Freno 85

4.3.3.7 Tacómetro 87

4.3.4 Distribución física del banco 87

4.3.5 Lista de instrumentos, equipos y materiales 92

4.3.6 Especificación del banco de pruebas para motores 93

xv

4.4 MAQUINA BOBINADORA 95

4.4.1 Especificación de la maquina bobinadora 96

4.5 HORNO 98

4.5.1 Especificación del horno 99

4.6 LISTADO DE HERRAMIENTAS NECESARIAS 101

4.6.1 Armado y desarmado 101

4.6.2 Bobinado 102

4.7 DESCRIPCION DE LA PLANTA FISICA 102

4.7.1 Distribución de la planta física 103

4.7.1.1 Revisión y pruebas 104

4.7.1.2 Reparaciones ( bobinados ) 105

4.7.1.3 Barnizado 106

4.7.1.4 Almacén 106

4.7.1.5 Bodega 106

4.7.1.6 Oficinas 107

4.7.2 Planta física 107

4.8 ESPECIFICACION ELECTRICA DE LA PLANTA 108

4.8.1 Memorias de cálculo 109

4.8.1.1 Acometida T-Alumbrado 109

4.8.1.2 Acometida Banco de pruebas 109

4.8.1.3 Acometida T-Distribución general 110

4.8.2 Cálculo del transformador general 110

4.9 MEMORIAS DE CALCULO DE ILUMINACION 111

xvi

4.9.1 Area de producción 112

4.9.2 Cálculo de iluminación de las otras áreas 113

5 LINEA DE TRABAJO DEL TALLER 115

5.1 Recepción del motor 116

5.2 Revisión y ensayo del motor 117

5.3 Desmontaje y toma de datos 120

5.3.1 Desmontaje de los arrollamientos 122

5.3.2 Toma de datos de las conexiones 122

5.4 Reparación 123

5.5 Pruebas 125

5.6 Entrega y facturación 125

6 EVALUACION DEL PROYECTO 127

6.1 COSTOS DE INVERSION 128

6.2 ESTUDIO DE MERCADO 130

6.2.1 Potencial del mercado 131

6.2.2 Participación de la competencia en el mercado 132

6.2.3 Capacidad de expansión del mercado 134

6.2.4 Ingresos para el taller 135

6.3 ORGANIZACION ADMINISTRATIVA 137

6.3 FLUJO DE FONDOS DEL PROYECTO 138

6.3.1 Financiación 140

6.3.2 Flujo de fondos del proyecto 141

6.3.3 Valor presente neto 141

xvii

7 ASPECTO LEGAL PARA LA CONSTITUCION DEL TALLER 146

8 APLICABILIDAD DEL DISEÑO EN EL LABORATORIO DE

MAQUINAS ELECTRICAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE 150

8.1 SUGERENCIAS PARA EL LABORATORIO 151

9 CONCLUSIONES 154

BIBLIOGRAFIA 157

ANEXOS 160

xviii

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Clasificación térmica (norma IEC 85) 57

Tabla 2. Valores de Io, Po, Uk y Pk para motores trifásicos. 76

Tabla 3. Dimensiones de los equipos e instrumentos 88

Tabla 4. Dimensiones del motor de 125 HP 92

Tabla 5. Especificaciones físicas de los equipos 104

Tabla 6. Cuadro de cargas T-Alumbrado 109

Tabla 7. Cuadro de cargas de acometida Banco de pruebas 109

Tabla 8. Cuadro de cargas T-Distribución general 110

Tabla 9. Cálculos de iluminación 114

Tabla 10. Modelo de tarjeta de recepción 117

Tabla 11. Ficha de revisión 118

Tabla 12. Orden de trabajo 123

Tabla 13. Costos del banco de pruebas 128

Tabla 14. Costos de inversión del proyecto 129

Tabla 15. Costos de reparación de algunos motores 136

Tabla 16. Análisis de crédito 141

Tabla 17. Flujo de fondos del proyecto 143

Tabla 18. Análisis unitario, costo por reparación de un hP 144

Tabla 19. Nomina administrativa mensual 144

xix

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Bastidor ajustable para máquinas bobinadoras 32

Figura 2. Estator preparado para recibir el arrollamiento 34

Figura 3. Pérdidas en funcón del cuadrado del voltaje 45

Figura 4. Curva característica de vacío en máquinas sincrónicas 64

Figura 5. Curva característica de corto circuito en máquinas

Sincrónicas 66

Figura 6. Comportamiento de la corriente en el motor durante

el arranque 71

Figura 7. Circuito de fuerza del banco de pruebas 74

Figura 8. Circuito de control y señalización del banco de pruebas 75

Figura 9. Distribución física del banco de pruebas 90

Figura 10. Detalle frontal del tablero de control 91

Figura 11. Máquina bobinadora 97

Figura 12. Sección del horno para secado 100

Figura 13. Ingresos y esgresos para el taller 145

Figura 14. Flujo de fondos del proyecto 145

xx

LISTA DE ECUACIONES

Pág.

Ecuación 1. Velocidad sincrónica 27

Ecuación 2. Deslizamiento 28

Ecuación 3. Total de pérdidas en vacío 44

Ecuación 4. Ley de Ohm 49

Ecuación 5. Resistencia de Aislamiento 50

Ecuación 6. Incremento de temperatura 58

Ecuación 7. Incremento de temperatura 60

Ecuación 8. Corrección por altura 77

Ecuación 9. Iluminancia 111

Ecuación 10. Factor de utilización 113

Ecuación 11. Valor presente neto 141

Ecuación 12. Valor presente 142

xxi

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Plano 1, Acometida MT , BT, disposición de equipos 160

Anexo B. Plano 2, Instalaciones eléctricas y telefónicas del taller 161

xxii

INTRODUCCION

Los motores eléctricos desempeñan un papel muy importante transformando

energía eléctrica en energía mecánica, proporcionando así potencia para

diferentes tipos de aplicaciones; principalmente en el sector industrial. Su gran

versatilidad y economía de operación, prácticamente no puede ser igualada por

ninguna otra forma de potencia para movimiento. Los motores eléctricos se

emplean en un 90% de las aplicaciones industriales aun sin considerar las

distintas variaciones que existen.

Es necesaria entonces la aplicación de motores de diversas características como

son :

v Motores sincrónicos

v Motores de inducción

v Generadores sincrónicos.

Este tipo de máquinas no están exentas de sufrir fallas, las cuales pueden ser

debidas a tres tipos de causas:

v Eléctricas

v Mecánicas

v Exteriores a la máquina.

xxiii

Estas fallas o averías representa inconvenientes serios para la industria, como

problemas de calidad o de cantidad de producción. Por esta razón es muy

acertado desarrollar un TALLER INDUSTRIAL PARA EL DIAGNOSTICO;

PRUEBAS Y REPARACION DE MOTORES ELECTRICOS, cuyo objetivo general

sea prestar un servicio competitivo, confiable y principalmente de calidad, que

responda a las necesidades de la industria y ofrezca soluciones prontas a las

exigencias de nuestro mercado actual.

En el desarrollo del presente trabajo se consideran cada una de las

características necesarias de un taller para realizar el mantenimiento y la

reparación de un motor eléctrico de la manera apropiada.

El taller estará en la capacidad de maniobrar motores de inducción y sincrónicos,

con potencias nominales de hasta 125 hP y niveles de tensión entre 120V y 480V.

Los trabajos que principalmente se realizarán en el taller, serán: pruebas para

diagnóstico y verificación, rebobinado y cambio de rodamientos a los motores

eléctricos; trabajos para los cuales se especifican los equipos e instrumentos

necesarios.

Para alcanzar los objetivos del proyecto se seleccionan las pruebas necesarias a

realizar sobre un motor y los equipos e instrumentos que éstas requieren, así

como la infraestructura con la que debe contar el taller para desarrollar de la

xxiv

manera más eficaz su línea de trabajo; todo esto con base siempre en las

necesidades de los usuarios, la normatividad respectiva y buscando minimizar los

costos de inversión, con el fin de lograr la viabilidad del proyecto, por lo que se

realiza una evaluación económica del mismo.

25

1 MOTORES ELECTRICOS

1.1 GENERALIDADES

Las máquinas eléctricas rotativas son motores que convierten energía eléctrica en

energía mecánica y generadores que convierten energía mecánica en energía

eléctrica.

Hay dos clases principales de máquinas de corriente alterna:

v Máquinas sincrónicas

v Máquinas de inducción.

Las máquinas sincrónicas son motores y generadores cuya corriente de campo la

suministra una fuente externa de potencia de corriente continua mientras que las

máquinas de inducción son motores y generadores cuya corriente de campo se

suministra mediante inducción magnética dentro de sus bobinados de campo.

Las máquinas de corriente alterna tiene la característica de que los bobinados del

inducido están siempre localizados en el estator y los devanados de campo están

localizados en el rotor. En una máquina funcionando como generador el campo

26

magnético giratorio originado en los bobinados de campo induce un sistema

trifásico de voltajes en los bobinados del inducido localizados en el estator.

Inversamente, en una máquina funcionando como motor, un conjunto trifásico de

corrientes en los bobinados del inducido en el estator produce un campo

magnético giratorio que interactúa con el campo magnético del rotor, produciendo

un momento de torsión en la máquina.

1.2 TIPOS DE MOTORES

1.2.1 Motores de inducción. Estas son las máquinas eléctricas rotativas de

mayor aplicación práctica. Estos motores se fabrican de las más diversas

potencias. Se compone de dos partes principales : estator y rotor.

Su estator está constituido por un paquete de chapas magnéticas ranuradas, y en

las ranuras del mismo se alojan, con arreglo a un determinado esquema, los tres

devanados independientes de un arrollamiento trifásico o polifásico. Los

terminales de este arrollamiento, que pueden estar conectados en delta o en

estrella, se llevan a los bornes de la caja de bornes, en donde se conectan a la red

de alimentación.

Según sea el circuito eléctrico dispuesto en el rotor, hay motores de inducción de:

27

v Rotor en jaula de ardilla. En el cual en las ranuras del rotor van insertadas

unas barras de material conductor ( generalmente, Cobre, Aluminio o Latón )

cuyos extremos van soldados a dos anillos ( del mismo material de las barras )

que se llaman anillos de cortocircuito.

v Este circuito eléctrico especial, es el más utilizado en los motores de inducción,

debido a su robustez y fácil construcción. Cuando el material utilizado como

conductor es el Aluminio, el circuito eléctrico se obtiene por inyección de

Aluminio fundido.

v Rotor de anillos rozantes. En este caso en las ranuras del rotor se aloja un

arrollamiento, generalmente trifásico, conectado en delta o estrella, cuyos tres

terminales restantes descansan cada uno sobre un anillo por medio de

correspondientes escobillas.

En un motor de inducción el valor de la frecuencia se mantiene constante, pero el

número de revoluciones por minuto (rpm) no es constante, sino que varía con la

carga, o sea, según la potencia mecánica que desarrolla. El número n´ de rpm de

un motor de inducción es menor que el número n de rpm que se obtiene de la

fórmula:

p

fn

*60= Ecuación 1. Velocidad sincrónica

28

Donde:

n: velocidad del motor en rpm

f: frecuencia nominal

p: número pares de polos.

La diferencia la da un factor llamado deslizamiento.

S = n

nn '− Ecuación 2. Deslizamiento

Donde

S: deslizamiento

n: velocidad sincrónica

n’: velocidad del motor de inducción.

1.2.2 Motores sincrónicos. La característica particular de un motor sincrónico

es que cualquiera que sea la potencia eléctrica que desarrolle, entre el número n

de rpm del rotor, el número p de pares de polos y la frecuencia f de la tensión

alterna, existe siempre la relación dada en la ecuación uno (1).

Al igual que toda máquina eléctrica rotativa, los motores sincrónicos constan de

una parte fija, el estator, y de una parte móvil, el rotor. El estator está constituido

por un paquete de chapas magnéticas ranuradas. En dichas ranuras, y con

29

arreglo a un determinado esquema, se insertan los tres devanados independientes

que constituyen el arrollamiento trifásico.

El estator se encuentra rígidamente sujeto a la carcasa del motor. Los seis

terminales del arrollamiento trifásico se llevan a la caja de bornes en la carcasa de

la máquina.

El rotor de las máquinas sincrónicas está también constituido por chapas

magnéticas semejantes a las del estator. Dichas chapas pueden estar ranuradas

o pueden formar unos cuerpos polares; de acuerdo a esto el rotor puede ser de

cualquiera de los dos siguientes tipos:

v Entrehierro constante ( cilíndrico )

v Polos salientes.

En ambos casos, en el rotor se colocan, insertadas en las ranuras (rotor cilíndrico),

o arrolladas alrededor de los polos (polos salientes), bobinas que son recorridas

por corriente continua.

En las máquinas sincrónicas, solamente en el estator es donde aparece un

arrollamiento trifásico; en el rotor se dispone un simple arrollamiento de corriente

continua.

30

1.2.3 Generadores sincrónicos. Los generadores son máquinas eléctricas

rotativas que mediante la aplicación de una energía mecánica que proporciona

una velocidad n de giro a su parte móvil, generan una corriente alterna.

Los generadores sincrónicos tienen las mismas características de construcción

que los motores sincrónicos, y también se cumple en ellos la relación de la

ecuación número uno (1).

En un generador sincrónico se aplica al bobinado del rotor una corriente continua,

lo que produce un campo magnético en el rotor. Entonces el rotor del generador

se impulsa por medio de un motor primario, lo cual produce un campo magnético

rotatorio dentro de la máquina. Este campo magnético rotatorio, inducirá un

sistema trifásico de voltajes dentro del bobinado del estator del generador.

1.3 BOBINADO DE UNA MAQUINA ELECTRICA

En un taller de reparación de motores eléctricos la tarea mas común es el

bobinado de la máquina mediante arrollamientos de hilos. Existen varios

procedimientos para bobinar con hilos:

v Tomando el hilo del carrete que lo contiene, y devanándolo directamente en las

ranuras del motor, ya sea en ranuras cerradas o semiabiertas

v Preparando aparte las bobinas y grupos, que una vez devanados se insertan

manualmente por las aberturas de las ranuras semicerradas

31

v Fabricando por completo (incluso con aislamiento) las bobinas fuera del motor

y empotrándolas luego en las ranuras abiertas

v Procedimientos totalmente automáticos.

Como aplicación para el taller, se considerará el proceso mencionado en segundo

lugar, ya que es el más utilizado para bobinar motores eléctricos, tanto en los

talleres de reparación como en las fábricas.

1.3.1 Arrollamientos insertados manualmente. Esta etapa del bobinado

consiste en devanar aparte las bobinas y grupos del arrollamiento, tomando cada

bobina y con uno de sus lados pasar todos los conductores por la abertura de la

ranura que corresponda.

Este proceso consta de varias etapas sucesivas:

v Devanado aparte de todas las bobinas y grupos de que consta el arrollamiento

v Inserción de las bobinas y grupos, colocando simultáneamente los aislamientos

correspondientes

v Verificación de las conexiones

v Amarre de las cabezas de las bobinas

v Ensayo eléctrico del aislamiento

v Impregnación y secado.

32

1.3.1.1 Devanado de las bobinas y grupos. Para el devanado de las bobinas y

grupos el primer paso es seleccionar de manera correcta el conductor a utilizar;

existen tablas que entregan los valores de las tensiones admisibles, para cada

diámetro del conductor. También es muy importante y se debe tener muy claro:

v Número de bobinas simples y número de grupos de bobinas del arrollamiento

v Número de bobinas parciales de que consta cada grupo

v Dimensiones geométricas de las bobinas

v Diámetros del hilo a utilizar

v Clase del aislante de los hilos.

Todos estos datos provienen de la toma de datos en el momento de recepción de

la máquina a reparar.

Figura 1. Bastidor Ajustable para máquina bobinadora

33

v Devanado de bobinas. Esta operación consiste en arrollar el hilo conductor

alrededor de un molde de dimensiones adecuadas, un número de veces igual

al número de espiras a fabricar; mediante la utilización de la máquina

bobinadora.

Para poder atender los diferentes tipos de motores eléctricos a devanar en el

taller, es necesario contar con varios tamaños de moldes, con las dimensiones

correspondientes a cada tipo de motor o un dispositivo ajustable como el de la

figura uno (1), que se acomoda a las diferentes dimensiones de las bobinas a

devanar en el taller.

1.3.1.2 Aislamiento de las ranuras de la máquina. Las ranuras deben estar

provistas de un aislamiento cuya clase depende de las condiciones térmicas de la

máquina eléctrica. Para arrollamientos insertados hilo a hilo, las ranuras son

siempre semicerradas.

El aislamiento para ranuras esta constituido por materiales compuestos laminares;

de esas láminas o rollos se recortan los cajetines de las ranuras, a las medidas

convenientes. Las dimensiones correctas se deducen de las correspondientes de

las ranuras y el ancho del paquete de chapas; cada cajetín debe sobresalir del

paquete de chapas por cada lado, no menos de tres milímetros.

34

Una vez dispuestos los cajetines en todas las ranuras, se insertan ordenadamente

todas las bobinas y grupos, de acuerdo con el esquema del arrollamiento.

Después se dispone otro cajetín de tal modo que cierre la ranura y abrace los

conductores; por último, una cuña aislante asegura la inmovilidad de los

conductores.

Figura 2. Estator preparado para recibir el arrollamiento

1.3.1.3 Aislamiento entre fases. Durante el proceso de inserción del

arrollamiento en la máquina, antes de llevar las cabezas de bobinas a su posición

35

definitiva, se van disponiendo entre sí los aislamientos que separan los grupos de

bobinas correspondientes a cada fase.

El material de los aislamientos entre fases depende de la clase de aislamiento de

la máquina. Se utilizan en general compuestos laminares a los que se les da la

forma conveniente.

1.3.1.4 Amarre de las cabezas de bobinas. Una vez realizadas y verificadas las

conexiones y colocados los aislamientos flexibles de los terminales, se procederá

a sujetar las cabezas de las bobinas.

El objetivo de esta operación es:

v Impedir que los esfuerzos mecánicos que se presenten en las cabezas de

bobinas al circular corriente, puedan ocasionar daños al arrollamiento

v Sujetar las conexiones realizadas entre grupos

v Dar consistencia y forma al conjunto de cabezas de bobinas de todo el

arrollamiento.

1.3.1.5 Ensayo eléctrico del aislamiento. Terminado el arrollamiento de la

máquina, así como las conexiones y amarre de las cabezas de bobinas, antes de

someterlo al proceso de impregnación conviene realizar varias pruebas, con el

objeto de encontrar posibles defectos.

36

El ensayo eléctrico del aislamiento se debe realizar sujeto a las normas

pertinentes las cuales se consideran a fondo en el tercer capítulo.

1.3.1.6 Impregnación y secado. Una vez dispuesto el arrollamiento en su

espacio correspondiente es muy importante someterlo a una impregnación con

barniz aislante, operación a la que precede un secado para eliminar la humedad

del arrollamiento.

Mediante la impregnación de los arrollamientos se logra:

v Mejorar el aislamiento y protegerlo de la humedad

v Favorecer la disipación del calor desarrollado en los arrollamientos

v Dar una rigidez mecánica al conjunto del arrollamiento

v Proteger el arrollamiento de la acción de influencias exteriores.

Tras la impregnación y secado , se procede al montaje completo de la máquina y a

los ensayos generales de la misma; con el fín de verificar y garantizar sus

características de funcionamiento normales.

37

2 FALLAS EN LOS MOTORES ELECTRICOS

Debido a las altas exigencias a las que se ven sometidos los motores eléctricos es

muy probable que en determinados momentos no funcionen adecuadamente; esto

puede ser debido a tres tipos de fallas:

v Fallas mecánicas

v Fallas eléctricas

v Problemas exteriores a la máquina.

En este trabajo nos ocuparemos al análisis de los dos primeros tipos de fallas que

son las que conciernen a un taller de diagnóstico, pruebas y reparación de

motores eléctricos.

Algunas de las fallas más comunes, y que pueden ser causadas por fallas

eléctricas o mecánicas pueden ser:

v Arranque con dificultad del motor

v El motor zumba al arrancar y la corriente del estator oscila durante la marcha

del motor

v Marcha irregular

v El motor se calienta en exceso

v El motor no suministra potencia

38

v El motor produce ruidos anormales

v Rodamientos desgastados

v Interrupción en una o más fases

v Bobina o grupo en cortocircuito

v Conexiones interiores equivocadas

v Arrollamiento con un contacto a tierra

v Fallas en escobillas

v Fallas en anillos rozantes.

Algunas de estas fallas son muy fáciles de identificar, pero otras solamente se

detectan al someter la máquina a los ensayos de rutina respectivos. Estos

ensayos no solo permiten conocer el tipo de falla, sino que también permiten

verificar las condiciones y características de la máquina después de reparada.

2.1 FALLAS ELECTRICAS

Las fallas eléctricas que pueden presentarse en un motor eléctrico son de dos

tipos distintos:

v No cumplimiento de parámetros eléctricos definidos para el funcionamiento de

la máquina; tales como corriente sin carga, tensión de corto, pérdidas, etc.

v Fallas asociadas con el aislamiento del motor.

39

2.1.1 Fallas en parámetros de Vacío. Los parámetros de vacío en un motor

eléctrico deben estar dentro de unos límites establecidos por los fabricantes; si

estos parámetros no están dentro de los límites se considera como falla eléctrica;

la causa de esta falla puede ser debida a la selección de un calibre incorrecto del

conductor para el devanado.

Si se presenta este tipo de falla, la consecuencia es que se producirán

calentamientos adicionales en el motor y en cada caso habrá que evaluar y decidir

si es aceptable su variación.

2.1.2 Falla en los parámetros de cortocircuito. Al igual que para la prueba de

Vacío, los valores de voltaje aplicado y potencia absorbida, deben estar dentro de

parámetros establecidos durante el diseño del motor.

Cuando estos parámetros no se cumplen, la causa de la falla puede ser:

v El calibre del conductor de los devanados es incorrecto

v El tamaño físico de los bobinados está fuera de lo esperado

v El número de espiras del devanado no corresponde al cálculo.

Problemas de este tipo lleva a calentamientos adicionales del motor, así como

cambios en los parámetros de funcionamiento bajo carga del mismo.

40

2.1.3 Fallas del Aislamiento. Las fallas de aislamiento en un motor eléctrico

implican normalmente el cambio de todo el bobinado.

El motor tiene distintos tipos de aislamiento con exigencias dieléctricas, térmicas y

mecánicas también distintas; hay aislamiento en el fondo de las ranuras, entre

fases del devanado, alrededor de las uniones soldadas de los conductores, etc.

La rigidez dieléctrica de cualquiera de los materiales usados se puede ver

afectada por factores que son los que conducen finalmente a la falla. Estos son

entre otros:

v Falta de homogeneidad en las propiedades de los materiales

v Daños ocasionados durante el proceso de fabricación o de bobinado

v Condiciones ambientales adversas

v Sobrecarga en el motor ( temperaturas mayores a las establecidas por la clase

térmica correspondiente)

v Distancias muy pequeñas entre partes sometidas a tensión.

Las fallas de aislamiento pueden presentarse entre devanado y tierra o entre

bobinas de fases distintas del motor eléctrico, o incluso entre espiras de la misma

bobina.

Se debe controlar muy bien el aislamiento en las distintas fases del proceso de

reparación.

41

2.2 FALLAS MECANICAS

Las fallas mecánicas se manifiestan en primera instancia con ruidos anormales,

ante lo cual debe inmediatamente sacarse de operación el equipo y definir con

precisión el tipo de anomalía, ya que este tipo de fallas rápidamente originan

daños mayores. Por ejemplo, un daño en rodamientos no atendido, puede generar

calentamiento excesivo, deformación del eje, arrastre y finalmente daño en los

bobinados.

2.2.1 Ruido en rodamientos. El ruido en rodamientos puede ser causado por:

v Defectos en el rodamiento mismo

v Daños causados durante el montaje por defectos en los dispositivos o en la

operación

v Ambientes que lleguen a contaminar el lubricante de rodamientos

v Montaje incorrecto.

2.2.2 Juego Axial. El movimiento en sentido axial del rotor está determinado y

limitado por una arandela de presión colocada en el fondo del alojamiento de

rodamiento en uno de los platillos. Cuando el espacio dejado para esta arandela o

cuando la constante de elasticidad de ella está fuera de tolerancia se presenta un

juego axial anormal.

42

2.2.3 Arrastre. Es el rozamiento que se presenta entre rotor y estator. Puede

estar localizado en la zona de entrehierro o entre el platillo y el eje en la salida del

mismo.

El rozamiento puede deberse a una ubicación equivocada de las partes o una

deformación de las piezas.

2.2.4 Fallas en escobillas y anillos rozantes. Las fallas en escobillas y anillos

rozantes se presentan en máquinas sincrónicas y en máquinas de anillos

rozantes. Frecuentemente son debidas a una o más de las siguientes causas:

v Espacio incorrecto entre escobillas

v Aceite o suciedad en el colector

v Escobillas fuera de la zona neutra

v Rodamientos del inducido gastados

v Vibración del motor

v Escobillas atascadas en los soportes

v Pérdida o desajuste de los pasadores de los portaescobillas

v Pérdida de conexiones en el interior del motor o en las escobillas

v Sobrecarga de la máquina

v Tipo de escobillas incorrecto

v Bobinas defectuosas (campo defectuoso).

43

3 PRUEBAS NECESARIAS A LOS MOTORES

Para determinar el tipo de falla del motor, demostrar características de

funcionamiento garantizadas y ofrecer un servicio confiable y de calidad se

ejecutarán las siguientes pruebas:

v Prueba de vacío

v Prueba de aislamiento

v Prueba a rotor bloqueado

v Prueba de ruido

v Prueba de continuidad

v Prueba de temperatura

v Características de vacío en una máquina sincrónica

v Características de cortocircuito en una máquina sincrónica.

Después de seleccionadas las pruebas a realizar, teniendo en cuenta las

necesidades detectadas durante la etapa de mercadeo y las diferentes normas

aplicables; se considerarán cada una de ellas con el fin de determinar lo requerido

(equipos, herramientas,...) para el desarrollo de estas pruebas.

44

3.1 PRUEBA DE VACIO(1)

El objetivo de esta prueba es determinar posibles problemas mecánicos

(desbalance, rodamientos), ruidos, conexiones en mal estado, pérdidas en vacío

(en el hierro y mecánicas), corriente de vacío o de excitación, la corriente en el

rotor (para motores de rotor devanado) y el deslizamiento en vacío.

La prueba es realizada alimentando la máquina a la tensión y frecuencia nominal,

sin carga conectada. Para obtener valores correctos se realizan mediciones

únicamente hasta que la máquina esté estabilizada.

Debe ser leída la corriente en cada línea; el promedio de la corriente de línea es la

corriente de vacío.

La lectura de la potencia de entrada es el total de las pérdidas en el motor en

vacío. Restando las pérdidas I2R del estator (dadas por la prueba de temperatura)

de la potencia de entrada se obtiene la suma de las pérdidas por fricción y

ventilación y pérdidas en el núcleo.

Pentrada = PI2R + P(fricción + ventilación ) + Pnucleo

Ecuación 3. Total de pérdidas en vacío

____________

(1) IEEE Pruebas para motores y generadores polifásicos de inducción (IEEE Std 112 – 1991),

45

Para separar las pérdidas en el núcleo de pérdidas de fricción y ventilación se

grafíca el valor de pérdidas obtenido contra el voltaje; la curva obtenida es

extendida hasta el voltaje cero, la intersección con el eje en el voltaje cero son las

pérdidas de fricción y ventilación; el intercepto puede ser determinado mas

exactamente si la potencia de entrada menos las pérdidas en el estator es

graficada contra el voltaje al cuadrado.

Figura 3. Pérdidas en funcion del cuadrado del voltaje

Las pérdidas en el núcleo son obtenidas mediante la resta de las pérdidas de

fricción y ventilación y las pérdidas en el estator de la potencia de entrada.

Los instrumentos a utilizar para la prueba son :

v 3 amperímetros

v 3 voltímetros

Po

V2

P hierro

P fricción + ventilación

46

v 2 vatímetros.

3.2 PRUEBA DE AISLAMIENTO(2)

Esta prueba es conocida como resistencia de aislamiento, término usado para

describir la cantidad del potencial directo aplicado dividido por la corriente

entregada al inicio de la aplicación de voltaje. La corriente que resulta de la

aplicación del potencial directo consta de dos partes: la corriente de fuga sobre la

superficie del aislamiento y la que está entre el volumen del aislamiento.

La resistencia del aislamiento del devanado de una máquina está en función del

tipo y ensamble del material aislante. Esto varía directamente con el espesor del

aislamiento e inversamente con el área del conductor.

La resistencia del aislamiento medida es generalmente afectada por varios

factores:

v Condición de la superficie

v Humedad

v Temperatura

v Magnitud de la prueba de potencial directo

____________

(2) IEEE Prueba de resistencia de aislamientos en máquinas rotativas. ( IEEE Std 43 – 1992)

47

v Duración de la prueba de aplicación de potencial directo

v Carga residual en los devanados.

La lectura de la resistencia de un aislamiento es usualmente tomada después de

un minuto de aplicada la prueba de potencial directo, después de 10 minutos se

pueden suministrar datos para obtener la polarización indicada.

3.2.1 Condiciones para medir la resistencia del aislamiento. La superficie del

aislamiento debe estar limpia y seca para que la medida no se vea afectada por

las condiciones de la superficie.

Se debe vigilar la temperatura del aislamiento con el fin de evitar condiciones de

humedad; debe ser posible comparar la resistencia del aislamiento de cada

devanado con una temperatura base de 40° C.

No es necesario que la máquina sea parada para realizar la prueba de resistencia

de aislamiento. En ciertos casos ésta prueba se realiza a las máquinas

periódicamente tomando las medidas en condiciones de corto circuito.

3.2.2 Condiciones de los devanados para la realización de la prueba. Es

recomendable que cada fase sea aislada y probada separadamente, cuando sea

posible. La prueba de cada fase individualmente permite hacer una comparación

48

entre fases lo cual permite evaluar las condiciones de los devanados ahora y en el

futuro.

Es posible hacer la prueba a todo el devanado al mismo tiempo, pero no es el

mejor método; un problema que tiene es que solamente es probado el aislamiento

a tierra y no se conoce la medida del aislamiento fase-fase. El aislamiento fase-

fase es probado cuando se prueba una sola fase y las otras son aterrizadas.

Se debe considerar que la conexión de conductores, otros instrumentos,

interruptores, capacitores, pararrayos y otro equipo externo quizás pueda afectar

las medidas de la prueba.

3.2.3 Métodos para la medición de la resistencia del aislamiento. La medida

directa de la resistencia del aislamiento puede hacerse con los siguientes

instrumentos:

v Óhmetro con transmisión de potencia de un generador

v Óhmetro con batería independiente

v Óhmetro con rectificador independiente usando una fuente de corriente alterna

externa

v Puente de resistencias con galvanómetro y baterías independientes.

También puede medirse la resistencia del aislamiento mediante la lectura de un

voltímetro y un microamperimetro usando una fuente externa de corriente directa.

49

Este es un método simple mediante la medición del potencial aplicado a través del

aislamiento y la corriente que circula por él. El microamperímetro debe estar en la

más alta escala durante los primeros segundos de carga para que no sea

afectado por la corriente de absorción inicial.

La resistencia es calculada por ley de OHM:

V = I x R Ecuación 4. Ley de ohm

Dónde:

V : voltaje en Voltios

I : corriente en Amperios

R: resistencia en Óhmios

Todo el potencial para el valor deseado de prueba, deberá ser aplicado lo mas

rápidamente posible.

Los instrumentos deben soportar más de un minuto de duración de la prueba.

Para comparar con anteriores y futuras pruebas, se debe aplicar el mismo

potencial para el mismo método de prueba.

50

3.2.4 Valores recomendados. La resistencia de aislamiento recomendada

mínima para máquinas de corriente alterna y corriente directa puede ser

determinada por:

Rm = RV + 1 Ecuación 5. Resistencia de aislamiento

Dónde:

Rm = resistencia de aislamiento mínima recomendada en megohmios para

40°C

RV = potencial nominal en kV. entre terminales de la máquina.

La resistencia del aislamiento del devanado usada para comparar con el valor

recomendado es la resistencia de aislamiento obtenida por la aplicación de

potencial directo a todo el devanado por un minuto, corregido para 40°C.

Las máquinas de 10000 kVA y menores consideradas en buenas condiciones para

operación o para pruebas de sobretensión deberán tener un valor de resistencia

de aislamiento para 40°C menor que el más grande de los valores mínimos

recomendados. Se le aplicarán 1.000 V mas el doble del voltaje nominal ( con un

mínimo de 1.500 V ).

Las máquinas sobre 10.000 kVA deberán tener una resistencia de aislamiento

sobre los valores mínimos recomendados. Se le aplicarán 1.000 V mas el doble

51

del voltaje nominal, con niveles mayores de tensión sujetos a acuerdos entre

comprador y vendedor.

Para máquinas menores de 1 kVA se aplicará 500V mas el doble del voltaje

nominal.

Los instrumentos requeridos para la prueba son:

v Voltímetro

v Microamperimetro

v Óhmetro

v Fuente de corriente directa

v Fuente de sobretensión

v Alternativamente podría utilizarse un megger que da la lectura de resistencia

directamente.

3.3 PRUEBA DE CORTOCIRCUITO O A ROTOR BLOQUEADO(3)

Los objetivos básicos de esta prueba son determinar :

v Las pérdidas en los devanados del motor

v La corriente de corto circuito

____________

(3) IEEE Pruebas para motores y generadores polifásicos de inducción (IEEE Std 112 – 1991),

52

v El voltaje de cortocircuito o impedancia.

A partir de estos datos se puede calcular :

v La impedancia, resistencia y reactancia del motor

v El factor de potencia en corto circuito

v La corriente a tensión nominal

v Las pérdidas en los devanados a tensión nominal.

En esta prueba el rotor del motor se bloquea mecánicamente de tal modo que no

pueda girar, se aplica un pequeño porcentaje de voltaje (generalmente el 10% del

voltaje nominal) a los terminales de la máquina y se va incrementando dicho

voltaje hasta obtener el valor de la corriente nominal. En ese momento se miden el

voltaje, la corriente y la potencia en el motor.

Cuando la prueba es hecha para verificar la calidad de los motores jaula de ardilla

se puede excluir el bloqueo mecánico del rotor empleando potencia monofásica a

voltaje y frecuencia nominal para alguno de los terminales de línea de una

máquina trifásica. En este caso, la corriente de línea será aproximadamente 86% y

la potencia de entrada 50% de los valores correspondientes obtenidos con

potencias polifásicas. Los valores serán comparables con máquinas similares a las

que se les realice la misma prueba.

53

Debido que la máquina es expuesta a fuertes esfuerzos y calentamientos es

necesario:

v Que las condiciones mecánicas de bloqueo del rotor tengan la fuerza

adecuada para prevenir posibles daños al personal o a otros equipos

v El sentido de rotación del motor debe ser establecido antes de la prueba

v La máquina debe estar a temperatura ambiente antes de la prueba.

Las medidas de corriente, voltaje y potencia deben ser tomadas lo mas rápido

posible. La temperatura no debe exceder el calentamiento máximo permitido de la

máquina sobre 40°C.

La prueba se inicia aplicando al motor el 10% de su tensión nominal.

Los instrumentos a utilizar para la prueba son:

v 3 amperímetros

v 3 voltímetros

v 2 vatímetros

v sistema de freno para el rotor.

54

3.4 PRUEBA DE RUIDO(4)

Mediante esta prueba es posible determinar posibles rozamientos defectuosos en

el montaje del rotor, si los rodamientos están montados correctamente y si la

máquina gira “silenciosamente”.

Esta prueba se realiza sin carga, la máquina será probada girando a velocidad sin

carga (en prueba de vacío) y energizada a un voltaje nominal desde una fuente

apropiada.

La prueba debe ser realizada en el motor para cada una de las velocidades que

éste suministre; una máquina sincrónica será operada como motor con su campo

de excitación ajustado; también se realizará la prueba ajustando el campo para la

mínima corriente de armadura.

Una máquina DC paralelo o compuesto será operada a condiciones nominales

para la realización de la prueba.

Se recomienda reducir al mínimo la transmisión y radiación del ruido propagado

por las estructuras sólidas de todos los elementos de montaje incluyendo

cimientos.

____________

(4) IEEE Pruebas para motores y generadores polifásicos de inducción (IEEE Std 112 – 1991),

55

Los instrumentos requeridos para la prueba son :

v Estetoscopio.

3.5 PRUEBA DE CONTINUIDAD(5)

Para determinar la posibilidad de una interrupción en un motor es posible utilizar

una lámpara de prueba o sencillamente hacer la prueba de continuidad con un

probador de continuidad.

Si el motor está conectado en estrella, se une un terminal del probador al punto

neutro y se van tocando con el otro sucesivamente los extremos de cada fase; el

instrumento debe indicar continuidad en cada prueba, si no, indica que la fase está

interrumpida. Si el motor está conectado en delta, se desconectan las fases entre

sí y se verifican por separado.

Una vez conocida la fase defectuosa, se une un terminal del probador al principio

de la fase y se van tocando con el otro sucesivamente las conexiones entre

grupos. Si el probador indica continuidad al tocar con el terminal el final de un

grupo, pero permanece apagado cuando se toca el final del grupo siguiente el

____________

(5) ROSEMBERG Robert. Reparación de motores eléctricos. México: Barcelona, 1998

56

defecto reside en este último. Repitiendo la prueba con todos los puntos de

conexión, se llegará a identificar el grupo averiado. Luego de identificado el

grupo se desconectan los empalmes que unen entre sí las bobinas y se verifica

cada una por separado.

La interrupción puede residir en un punto de conexión entre grupos, en ese caso

se rehace la unión y luego se suelda.

Los instrumentos requeridos para la prueba son :

v Probador de continuidad

v Lámpara de prueba.

3.6 PRUEBA DE TEMPERATURA(6)

3.6.1 Clasificación térmica de las máquinas(7). Existe una clasificación térmica

para los sistemas de aislamiento de las máquinas, se ha establecido en la norma

IEC 85. Esta clasificación se da por letras y en algunos casos por valores de

temperatura.

____________

(6) IEC Máquinas eléctricas rotativas. Incremento de temperatura. (IEC 34-1, 1994)

(7) IEC Evaluación térmica y clarificación de los aislamientos eléctricos. ( IEC 85, 1991 )

57

Tabla 1. Clasificación térmica de norma IEC 85

Clase térmica Temperatura (en °C)

Y 90

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

200 200

220 220

250 250

La prueba de temperatura consiste en llevar a la máquina al valor de su propia

carga nominal a tensión nominal y mantenerla así hasta que alcance su

temperatura nominal o de régimen.

En el taller se simulará la carga del motor por medio de un freno dinamométrico.

3.6.2 Métodos para la determinación de la temperatura. Para determinar la

temperatura de los devanados y otros elementos se puede seleccionar uno de los

siguientes métodos:

v Método por variación de la resistencia

58

v Método del detector interno de temperatura (ETD)

v Método del termómetro

Es importante que para un control periódico siempre se seleccione el mismo

método de medición.

3.6.2.1 Método de la resistencia. En este método el incremento de temperatura

es determinado por el aumento de la resistencia de los devanados.

Para determinar la temperatura del devanado se puede utilizar uno de los

siguientes métodos:

v Medición directa. Al comienzo y al final de la prueba, usando un instrumento

que tenga un rango apropiado

v Medición en corriente continua de corriente y de tensión. Para devanados de

corriente alterna se inyecta corriente continua en el devanado cuando esté

desenergizado, se realiza la medición con instrumentos de rangos apropiados

v Método de superposición. Sin interrumpir la corriente alterna de carga, se

superpone a la corriente de carga una corriente alterna de medida de baja

intensidad.

El aumento de la temperatura ∆t, se obtiene mediante la siguiente ecuación:

∆t = è2 – èa Ecuación 6. Incremento de temperatura

59

Dónde :

v θ2, es la temperatura (en grados centígrados) del devanado al final del ensayo

v θa, es la temperatura (en grados centígrados) del refrigerante al final del

ensayo térmico. El refrigerante es un elemento por intermedio del cual se

transfiere el calor de la máquina.

Para obtener θ2 se puede utilizar la siguiente relación:

1

2

1

2

R

R

k

k=

++

θθ

Dónde:

v θ1, es la temperatura (en grados centígrados) del devanado frío al momento

de medir la temperatura inicial

v R2, es la resistencia del devanado al final de la prueba

v R1, es la resistencia del devanado en temperatura θ1. (Frío)

v k, es el recíproco del coeficiente de temperatura de resistencia a 0°C del

material conductor. Es una constante y tiene los siguientes valores(8):

Para cobre k = 235

Para aluminio k = 225

_____________

(8) IEC Máquinas eléctricas rotativas. Incremento de temperatura. (IEC 34-1, 1994)

60

En la práctica, se puede calcular el aumento de la temperatura mediante la

siguiente fórmula equivalente:

∆t = akR

RRa θθθθθ −++

−=− 1)1(*

1

122 Ecuación 7. Incremento de temperatura

Cuando la temperatura de un devanado es determinada por resistencia, la

temperatura del devanado antes de la prueba es tomada por medio de un

termómetro y será prácticamente la del refrigerante.

3.6.2.2 Método del detector interno de temperatura. En este método la

temperatura es determinada por medio de detectores de temperatura (Por

ejemplo, termómetros de resistencia, termocuplas, detectores semiconductores de

coeficiente negativo) los cuales son integrados en el interior de la máquina durante

su construcción en puntos inaccesibles después de terminada.

Los detectores deben estar distribuídos apropiadamente en el devanado de la

máquina, y el número de detectores instalados no debe ser inferior a seis. Estos

detectores deben ser colocados en los puntos donde haya la posibilidad de que se

presenten las temperaturas mas elevadas.

La lectura mas elevada de los elementos detectores será la seleccionada como

temperatura del devanado.

61

3.6.2.3 Método del termómetro. En este método, la temperatura será

determinada por termómetros aplicados a la superficie accesible de la máquina

terminada.

El término termómetro también incluye termocuplas no embebidas y termómetros

de resistencia, con la condición de que sean aplicados a los puntos accesibles

mediante termómetros de bulbo.

Esta prueba debe durar hasta que se alcance el equilibrio térmico de la máquina.

Se debe utilizar el método del termómetro solo en los siguientes casos:

v Cuando no es práctico determinar el incremento de temperatura por el método

de la resistencia, como por ejemplo con bobinas de conmutación y devanados

compensadores de baja resistencia y en general, en el caso de devanados de

baja resistencia, especialmente cuando la resistencia de uniones y conexiones

representan una proporción importante de la resistencia total

v Devanados de una sola capa, rotatorios o fijos

v Durante ensayos de rutina en máquinas fabricadas en grandes cantidades.

3.6.3 Selección del método de medida de temperatura de devanados. En

general para medir la temperatura de los devanados de las máquinas se empleará

el método de variación de la resistencia.

62

El método del detector de temperatura interno se usará para bobinas AC del

estator de máquinas que tengan una potencia nominal de 5000 kW (o kVA) o

más. En caso de que la construcción de la máquina no lo permita, habrá que

utilizar el método de variación de la resistencia.

Para máquinas AC que tengan una potencia nominal entre 200 y 5000 kW (o kVA)

se puede escoger entre los métodos de resistencia o detector de temperatura

embebido.

Para máquinas con menos de 200 kW (o kVA) de potencia nominal, se puede

escoger el método de la resistencia por medida directa o el de superposición.

Para las máquinas de potencia nominal inferior o igual a 600 W ( o VA ), el

aumento de temperatura se puede determinar por medio del método de los

termómetros.

Los instrumentos requeridos para la prueba son:

v Freno dinamométrico

v Óhmetro

v Termómetro

v Fuente de corriente continua.

63

3.7 CARACTERISTICAS DE VACIO EN MAQUINAS SINCRONICAS(9)

El ensayo en vacío de una máquina sincrónica es posible efectuarlo en los

siguientes dos casos:

v Conectando la máquina por ensayar como un generador mediante un

motor adecuado

v Haciendo rotar la máquina como un motor en vacío mediante una fuente de

tensión trifásica simétrica.

Durante el ensayo en vacío se deben medir en forma simultánea la corriente de

excitación, la tensión en los bornes y la frecuencia ( o la velocidad de rotación).

Para efectuar la prueba, la variación de la corriente de excitación se debe realizar

por escalones progresivos avanzando de las tensiones mas elevadas hacia las

tensiones mas bajas, con los puntos distribuidos uniformemente.

El ensayo se debe iniciar a la tensión que corresponda a la excitación de plena

carga y al menos a 1,3 veces la tensión nominal de la máquina ensayada, y

proseguir hasta 0,2 veces esta tensión nominal.

____________

(9) NTC. Máquinas eléctricas rotativas, características nominales y características defuncionamiento. (NTC 2805, 1998).

64

If ( A )

Figura 4. Curva característica de vacío en máquinas sincrónicas

Si la prueba en vacío se efectúa haciendo rotar la máquina sincrónica como motor

en vacío, también es necesario medir, además de las magnitudes mencionadas

antes, la corriente en el inducido.

La característica de vacío en la máquina sincrónica, se obtiene de la relación

entre la tensión en bornes del devanado del inducido en circuito abierto y la

corriente de excitación a la velocidad (frecuencia) nominal.

Si no fuera por la saturación magnética del hierro, la curva característica de vacío

sería lineal y estaría representada por la línea de entrehierro.

Los instrumentos requeridos para la prueba son:

Característicade circuitoabierto

Línea deentrehierro

Vt (V)

65

v 3 amperímetros AC

v 1 amperímetro DC

v 3 voltímetros

v Frecuencímetro o tacómetro.

3.8 CARACTERISTICA DE CORTO CIRCUITO EN MÁQUINA SINCRONICA(10)

El ensayo en corto circuito de una máquina sincrónica es posible efectuarlo en los

siguientes dos casos:

v Conectando la máquina ensayada como un generador, por medio de un motor

adecuado

v Durante el frenado de la máquina.

El corto circuito se debe realizar tan cerca como sea posible de los bornes de la

máquina, aplicando la corriente de excitación después de establecer el corto

circuito. Durante esta prueba, la corriente de excitación y la corriente de línea del

inducido se deben medir en forma simultanea.

En este ensayo los tres terminales de inducido del motor eléctrico se ponen en

corto circuito. La máquina se acciona hasta llegar aproximadamente a su

_____________

(10) NTC. Máquinas eléctricas rotativas, características nominales y características defuncionamiento. (NTC 2805, 1998).

66

velocidad nominal y fijando varios valores de corriente de excitación se toman

lecturas de las corrientes de corto circuito, hasta llegar al valor de la corriente

nominal.

Figura 5. Curva característica de corto circuito en máquinas sincrónicas

La característica en corto circuito de la máquina sincrónica se obtiene de

relacionar la corriente en el inducido puesto en corto circuito y la corriente de

excitación.

Ia ( A )

If ( A )

Caracteristicadecortocircuito

67

La característica de corto circuito en una máquina sincrónica es prácticamente

lineal, debido a que el hierro no esta saturado al valor nominal de la corriente de

inducido.

Los instrumentos requeridos para la prueba son:

v 3 amperímetros AC

v 1 amperímetro DC

v 3 voltímetros

v motor para activar la máquina como generador o sistema de freno.

68

4 ESPECIFICACION DEL TALLER

4.1 DELIMITACION DEL TALLER

El taller estará en la capacidad de reparar motores eléctricos de hasta 125hP;

motores de inducción y sincrónicos; a niveles de tensión nominal de 120V, 220V,

440V. Los trabajos principales a desarrollar en el taller serán los siguientes:

v Pruebas a los motores

v Rebobinado

v Cambio de rodamientos.

Trabajos para los cuales el taller contará con los equipos e instrumentos

necesarios.

4.2 REQUERIMIENTOS

El taller industrial para diagnóstico, pruebas y reparación de motores eléctricos,

contará con todo el equipo eléctrico, mecánico y la infraestructura necesaria para

la realización de cada una de las tareas básicas que conlleva desarrollar las

actividades propuestas para este taller.

69

Como equipos esenciales contará con un banco en el que se realizarán todas las

pruebas escogidas, una máquina bobinadora y un horno para el precalentamiento

y curado de los motores.

Sobre el banco de pruebas se podrán realizar cada uno de los ensayos

propuestos; la máquina bobinadora podrá hacer bobinas para motores menores de

1 hP hasta 125 hP; el horno contará con un volumen útil de mínimo las

dimensiones del motor mas grande y el taller deberá contar con la infraestructura

mínima necesaria para poder manipular cualquiera de los motores a mantener.

A continuación se presenta el análisis de estos requerimientos y se establecen sus

especificaciones mínimas.

4.3 DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS PARA MOTORES

4.3.1 Equipo del banco de pruebas. El banco de pruebas para motores

eléctricos estará en la capacidad de realizar cada una de las pruebas

seleccionadas, las cuales se describen en el capitulo 3, para motores de hasta 125

HP de inducción y sincrónicos; suministrando los niveles de tensión necesarios y

realizando la toma de medidas requeridas por cada uno de los ensayos.

70

4.3.1.1 Instrumentos y equipos necesarios en el banco. Los instrumentos

mínimos con los que debe contar el banco de pruebas, de acuerdo a los ensayos

a realizar son los siguientes:

v 3 Amperímetros

v 3 Voltímetros

v 2 Watimetros

v Ohmetro o Megger

v Probador de continuidad

v Estetoscopio

v Tacometro

v Instrumentos de maniobra y protección.

Considerando los diferentes tipos de motores que pueden llegar al taller y también

las diferentes aplicaciones que pueden tener los motores el banco debe contar

con:

v Variador de tensión

v Fuente de corriente contínua

v Fuente de sobretensión alterna ( 0 – 4000V ) para prueba de aislamientos.

v Sistema de freno.

4.3.2 Diseño eléctrico del banco de pruebas. Antes de analizar las

magnitudes de corriente y tensión a manejar en el banco se deben considerar las

InominalIarranque

71

características en el momento de arranque de un motor eléctrico; durante ese

instante el motor pasa de n=0 hasta n = nnominal.

Figura 6. Comportamiento de la corriente en un motor durante el arranque

Al energizar las bobinas del estator, se crea un campo magnético giratorio que

hace que el rotor comience a girar, para esto es necesario romper la inercia de

dicho rotor. La energía adicional para vencer la inercia debe ser suministrada por

la red en forma de corriente. El comportamiento del motor en ese instante es como

lo indica la figura número seis.

I ( A )

T ( s)

Ivacio

Vacío Con carga

Forzado Rotor bloqueado

t1 t2 t3

72

Los motores de 125hP (mayor potencia para este caso) requieren una muy alta

corriente de arranque (hasta 6 veces la In); por esto para que no se presenten

problemas en la red de alimentación, ni se tengan que seleccionar instrumentos o

equipos de una muy amplia escala se debe realizar en estos grandes motores un

arranque a tensión reducida, para lo cual se aprovechará en el banco el variador

de tensión, que permite reducir la tensión de alimentación al motor tanto o más

como la reducen los arrancadores comunes (estrella-triangulo, autotransformador,

resistencias estatoricas, etc).

La variación de tensión en el banco de pruebas se realizará mediante un

autotransformador, que en su secundario permitirá variar la tensión de salida al

motor de 0 a 480V; característica que permite realizar el arranque a tensión

reducida y variar la tensión de alimentación al motor tanto como lo exijan las

pruebas.

4.3.2.1 Circuito de fuerza. El circuito de fuerza para el banco de pruebas se

presenta en la figura 6 mediante un diagrama tetrafilar.

El interruptor Q1 al cerrarse alimenta el autotransformador, el cual una vez

energizado permitirá escoger entre su rango de variación ( 0 – 440V AC ) la

tensión necesaria para el ensayo a realizar; tensión que será leída por el equipo

de medida.

73

Obtenido el valor de tensión a aplicar, el operario en el momento preciso puede

alimentar el motor ordenando el cierre de contactos a la bobina del contactor K1

mediante el pulsador PV.

El motor será alimentado desde el banco de pruebas para motores, por unos

cables de conexión, que por medio de unos terminales se conectarán segura y

fácilmente al motor. Para motores grandes que requieren una conexión fija, ésta

se realizará mediante terminales de atornillar.

El banco de pruebas también contará con salidas de tensión no variables a 440 V,

220 V y 120 V. Con 120 V se alimentará el equipo de medida, la fuente de

corriente contínua, la fuente de sobretensión y el circuito de mando y señalización.

Estos equipos serán energizados en el momento en el que se cierre el interruptor

Q2.

Todas las salidas del banco de pruebas contarán con su correspondiente línea de

neutro y línea de tierra. Las señales de corriente y tensión para el equipo de

medida le serán suministradas mediante transformadores de corriente y de

potencial respectivamente.

74

Figura 7. Circuito de fuerza del banco de pruebas

75

4.3.2.2 Circuito de control y señalización

Figura 8. Circuito de control y señalización del banco de pruebas

4.3.3 Especificación y selección de equipos del banco de pruebas.

4.3.3.1 Autotransformador. El autotransformador a utilizar será de tipo reductor,

variable de columna; cuya potencia nominal permita la realización de cada una de

las pruebas para el motor mas grande ( 125 hP).

Para la selección de los equipos e instrumentos se consideran las magnitudes

mas comunes presentadas en los ensayos de vacío y corto circuito realizados a

76

motores de diferentes potencias, datos que nos permiten conocer las magnitudes

que deberá soportar el banco. Estos datos fueron suministrados por la fábrica de

motores Siemens por ensayos realizados en sus laboratorios. Algunas de estas

magnitudes son:

Tabla 2. Valores de Io, Po, Uk y Pk para motores trifásicos

P In(A) In(A) Io(A) Io(A) Po(hP) Uk(V) Uk(V) Pk(hP)

220 440 220 440 220 440

0.9 hP 3.6 1.8 2.48 1.24 0.13 71.28 142.5 0.38

25 hP 73 36.5 30.66 15.33 1.45 49.23 98.47 3.14

50hP 126 63 43.59 21.8 2.38 45.5 91.8 4.8

75hP 188 94 49.82 25 3.9 37.4 74.8 5.7

100hP - 121 - 36.6 3.2 - 72.6 5.3

125hP - 151 - 42 3.5 - 71.16 6.6

Para el motor de 125 hP, las potencias a manejar en los ensayos de vacío y rotor

bloqueado son las siguientes:

v Prueba de vacío

Io = 42 A

Uo= 440V De donde So = 32 kVA

v Prueba de rotor bloqueado

Ik = 151.4 A

77

Uk= 71.2 V De donde Sk = 19 kVA

Para el desarrollo de la mayoría de las pruebas sería suficiente un

autotransformador de 32 kVA de potencia nominal. Para implementar la prueba

de temperatura se debe someter el motor a servicio continuo simulando su carga

nominal mediante el dinamófreno, por lo que la fuente de tensión, en este caso el

autotransformador, debe estar en la capacidad de soportar la potencia nominal

máxima de los motores a probar en el taller (125 hP, 103.5 kVA

aproximadamente).

La potencia nominal del autotransformador será entonces de 103.5 kVA, magnitud

apropiada para las exigencias de servicio a las que será sometido el equipo. Se

considerará la corrección por altura de servicio.

Para 2600 m.s.n.m. factor de corrección de 0.04 %

kVAkVA

Sn 8.10796.0

5.103== Ecuación 8. Corrección por altura

Por análisis de costos de inversión será utilizado un autotransfarmador de 103.5

kVA, ya que sobre 107.8 kVA solamente se ofrece una potencia de 130 kVA;

diferencia que aumenta considerablemente el costo del equipo.

78

v Especificación del autotransformador

Sn = 103.5 kVA

Upn = 500 V

Ups = 440V

Us = 0 – 440V

Peso = 685 kg.

Marca Ruhstrat

Norma VDE 0552

Alto = 1250 mm

Ancho = 1012 mm

Profundidad = 450 mm.

4.3.3.2 Equipo de medida. Serán utilizados equipos e instrumentos calibrados

de alta exactitud; aplicable para cualquier tipo de instrumento análogo o digital. Se

deben considerar algunos factores que afectan la exactitud, particularmente para

instrumentos análogos, como:

v Clase, condición y calibración del instrumento.

Ya que la exactitud del instrumento es expresada como un porcentaje de la

totalidad de la escala, el rango del instrumento escogido será el mas bajo de

acuerdo a la práctica.

79

Cada instrumento debe tener su registro de calibración que debe estar entre los

doce meses antes de realizar cualquier prueba, debe indicar límites de error no

mayores al 0.5% de toda la escala. Cuando otros grandes instrumentos estén

conectados al circuito simultáneamente, quizás sean requeridas correcciones

adicionales en los instrumentos.

Los instrumentos electrónicos son generalmente mas versátiles y tienen mucho

más alta entrada de impedancia que los instrumentos no electrónicos. Una alta

impedancia de entrada reduce la necesidad de hacer correcciones a lo obtenido

por el instrumento. Aunque los instrumentos con alta impedancia de entrada son

mas susceptibles al ruido. Algunas fuentes de ese ruido son:

v señales electrostáticas o inductivas inducidas por sistemas de potencia

conectados

v Impedancias acopladas o circuito de tierra

v Interferencias de líneas de potencia.

Las buenas prácticas requieren protecciones enlazadas para señales inducidas,

protección a tierra en un solo punto y conservar los cables de señal lo más lejos

posible de los cables de potencia. Todas las partes metálicas de los instrumentos

deben ser puestas a tierra por seguridad.

Cuando sean necesarios transformadores de corriente y de potencial para los

instrumentos, las correcciones serán hechas para errores de relación en las

80

medidas de voltaje y corriente y para relación en errores de ángulo de fase en

medidas de potencia.

Los errores de los transformadores usados no deben ser mayores de 0.5%.

Los voltajes serán medidos de los terminales de la máquina. Las pruebas se

deben realizar cuando el desbalance de voltaje no exceda el 0,5%. Deben ser

medidas las corrientes de línea de cada fase del motor.

v Especificación del equipo de medida

El equipo de medida para el banco de prueba se implementará mediante un

medidor integrado que entrega todas las medidas requeridas, y frente al equipo de

medida análogo, presenta una gran ventaja: se acomoda a los diferentes rangos

de lectura que tiene que manejar dependiendo de la potencia del motor a ensayar;

ya que se censarán, por ejemplo, corrientes entre 1 y 151 Amperios.

El equipo seleccionado es el Centro Comunicador de Medida M220 de ALSTOM;

que entrega medidas de amplio rango y exactitud.

Las medidas que suministra el equipo son:

Voltajes

Corrientes

Frecuencia

81

Potencia activa

Potencia reactiva

Potencia aparente

Factor de potencia.

Todos las medidas con errores menores al 0.2%

Voltaje de entrada : 120V, 230 V

Corriente de entrada: 1A ó 5 A

Burden: < 0.1 VA

Resistencia térmica: 1.5 Un continuamente

2 Un por 10 s

3 In continuamente

25 In por 3s

50 In por 1s

Las señales de corriente serán entregadas por transformadores de corriente

TC 200/5 A

Clase 0.5

Burden: 2.5 VA

Las señales de tensión serán entregadas por transformadores de potencial

TP 440 / 120 V

Clase 0.5

82

Burden: 2.5 VA

4.3.3.3 Fuente de corriente continua. La fuente de corriente continua tendrá

una salida de tensión continua variable de 0 – 30 VDC, con un voltímetro

incorporado que indicará la medida de la tensión de salida; podrá manejar hasta 3

A de corriente directa y permitirá prestar un servicio continuo. La fuente será un

convertidor AC / DC alimentada a 120 V de corriente alterna.

v Especificación de la fuente de corriente continua:

Salidas : dos de 0 – 30 VDC

una de 5 VDC

Corriente de salida : máximo 3 A

Indicador de medida : 0 – 30 VDC ± 0.5%

0 – 3 A ± 0.5 %

Tensión de Entrada : 108 – 132 VAC

Peso : 9.0 kg

Ancho : 255 mm

Alto : 145 mm

Profundidad : 355 mm

Marca Tektronix

Referencia PS280

83

4.3.3.4 Fuente de sobretensión. Este equipo debe estar en la capacidad de

suministrar mínimo por un minuto los niveles de tensión exigidos por la prueba de

aislamientos, según la norma IEEE Std 43. Esta prueba se analiza en el capítulo

número tres.

v Especificación de la fuente de sobretensión:

Doble posibilidad de tensión de prueba: 0 – 2000 V

0 – 4000 V

Con voltímetro digital incorporado

Corriente de intervención programable : 4 – 8 – 10- 18 – 30 mA

Con miliamperímetro digital

Alimentación 220 V ó 440V

Referencia : Equipo para prueba de la rigidez dieléctrica DL 1018

Marca : DE LORENZO

Alto : 200 mm

Ancho : 335 mm

Profundidad : 400 mm.

4.3.3.5 Instrumentos de maniobra y protección.

v CONTACTOR ( k1)

In = 170 A

Is = 151 A

84

Tensión de mando = 440 V

v INTERRUPTOR DE PROTECCION (Q1)

Is = 135.8 A

Regulación (A) Térmica 150 A Cortocircuito = 900-2000

Capacidad de ruptura en kA = 35

Us = 480 V

Marca Siemens

v CONDUCTORES

A continuación se seleccionan los conductores para conexiones dentro del

banco y acometida de alimentación.

LINEA

In = 135.8 A

3 N° 1/0 AWG THW (NTC tabla 310-16)

NEUTRO

135.8 x 0.7 =95.06 A

1 N° 2 AWG THW (NTC tabla 310-16)

TIERRA

85

1N° 4 AWG ( NTC tabla 250-95)

4.3.3.6 Freno. En todas las máquinas eléctricas rotantes el par nace por

generación electromagnética entre el estator y el rotor; por lo tanto las fuerzas

generadoras de este par actúan perfectamente iguales y contrarias sea en el

estator o el rotor.

Si se toma en consideración un dínamo que funciona bajo carga, se puede

observar que éste desarrolla al interior un cierto par resistivo de valor proporcional

a la potencia eléctrica generada. El estator del dínamo efectúa sobre el motor un

par opuesto al movimiento.

Por reacción un par igual y contrario se encuentra sobre el estator que tiende de

esta forma a ser arrastrado en el sentido del movimiento; este puede estar

bloqueado rígidamente (para la prueba de rotor bloqueado) o puede estar

bloqueado a través de un dinamómetro tarado, que permitiría medir el par frenante

desarrollado por el dínamo.

El dinamofreno usa esta posibilidad de medida del par transmitido; esta es

constructivamente igual a un dínamo normal pero presenta el estator montado en

rodamientos que le permiten una oscilación amplia. La medida del par se hace con

un sistema de brazos graduados, pesos y burbuja de equilibrio.

86

El dinamofreno es un equipo de prueba útil para la prueba directa de los motores

porque permite una frenada regulable.

El rotor del motor en prueba estará conectado a través de un acoplador que se

encuentra en el eje del dinamofreno.

Siendo perfectamente reversible, el dinamofreno puede funcionar también como

motor y servir de esta forma para la prueba de las máquinas sincrónicas

trabajando como generador eléctrico. En este último empleo el dínamo se

denomina cuplometro.

v Especificación del dinamofreno:

Potencia : 125 hP

Tensión : 440 V

Corriente: 150 A

Velocidad : 1800 rpm

Excitación: 30 V, 3 A

Incluye nivel de burbuja, brazos, peso y contrapeso de medida del par

desarrollado por el motor

Para algunas de las pruebas a realizar con el dinamofreno será necesario

contar con una carga resistiva adecuada para realizar la carga eléctrica del

dinamofreno y con un reostato de excitación.

87

El dinamofreno en el taller se dispondrá en una mesa rodante, que soporte las

vibraciones y exigencias del equipo. No se dejará en una posición fija ya que

puede obstaculizar la manipulación de los motores de prueba, y además solo será

utilizado en una de las pruebas. La mesa del dinamófreno debe poder acoplarse a

la mesa sobre la que se realizarán las pruebas a los motores.

4.3.3.7 Tacómetro. En algunos casos será necesario realizar una medida de la

velocidad que presenta el motor; para no pensar en acoples del tacómetro a los

diferentes tipos de motores se utilizará un tacómetro óptico.

v Especificación del tacómetro

Adecuado para la medición de la velocidad de rotación mediante transductor

óptico

Campo de medida : 50 a 19999 rpm

Alimentación : 4 baterías de 1.5 V

Completo de 5 refractores

Referencia : tacómetro óptico DL 2026 R

Marca : DE LORENZO.

4.3.4 Distribución física del banco. Para la distribución física de los equipos e

instrumentos en el banco de pruebas se consideran las dimensiones de los

mismos entregadas por los fabricantes y las distancias mínimas de seguridad.

88

Tabla 3. Dimensiones de los equipos e instrumentos

Equipo Alto(mm) Ancho(mm) Profundidad(mm)

Autotransformador 1200 490 518

Equipo de medida 144 144 117

Interruptor 170 100 120

Contactor 185 140 140

F. de sobretensión 200 335 400

Fuente C.C. 145 335 255

Conocidas las dimensiones físicas mínimas a manejar en el banco; la distribución

será como se presenta en la figura 8 y éstos son sus componentes:

1 Autotransformador

2 Interruptor Q1

3 Contactor

4 Equipo de medida

5 Fuente de corriente continua

6 Fuente de sobretensión para prueba aislamientos

7 Cajón para cables y otros accesorios necesarios para la realización de las

pruebas

8 Area para barrajes y transformadores de medida (3 transformadores de

corriente y 4 transformadores de potencial)

9 Interruptor Q2.

89

El banco de pruebas tendrá las siguientes dimensiones:

v Alto : 1.8 m

v Ancho : 1.2 m

v Profundidad : 0.7 m

91

Figura 9. Distribución física del banco de pruebas

92

Figura 10. Detalle frontal del tablero de control

93

Muy próximo al banco de pruebas se dispondrá de un mesón de trabajo, donde se

alojará el motor a ensayar; este mesón debe tener el área necesaria para recibir

un motor de 125 hP.

Tabla 4. Dimensiones del motor de 125 hP

Motor(hP) Alto (mm) Ancho (mm) Largo(mm)

125 830 628 1400

De acuerdo con estas dimensiones y pensando en no limitar el área a únicamente

el motor sobre el mesón; este será mínimo de 1m x 1.8 m con una altura de 1m y

la robustez necesaria para soportar el peso de los motores más grandes.

4.3.5 Lista de instrumentos, equipos y materiales. La siguiente lista es un

resumen de los instrumentos, equipos y materiales necesarios para la

implementacion del banco de pruebas; realizada para conocer el posible costo del

banco.

v Autotransformador 103.5 kVA, Up = 500V, Us = 0-500V

v Medidor integrado

v Fuente de corriente continua

v Fuente de sobretensión ( 0 – 4000 V )

v Tacómetro

94

v Interruptor de protección 3 x 150 A , 480V

v Interruptor de protección 2 x 30 A, 120V

v Contactor 170 A, tensión de mando 440V

v 3 Transformadores de corriente 200/5 A, clase 0.5

v 3 Transformadores de potencial 440 / 120V, clase 0.5

v 1 Transformador de potencial 3

120/

3

440 V

v Probador de continuidad

v 30 m de cable 1/0 AWG-THW

v m de cable 2 AWG- THW

v m de cable 6 AWG- THW

v Banco en lámina N° 18

v Cables para conexión banco - motor

4.3.6 Especificación del banco de pruebas para motores eléctricos.

v Tensión de entrada : 440 V (red trifásica) para alimentación del

Autotransformador.

120 V (red monofásica) para alimentación de la fuente

DC, equipo de control y medida.

v Tensión de salida: 0 – 440 VAC

0 – 30 VDC

0 – 4000 VAC para prueba de aislamientos

v Máxima corriente de salida: 152 A en corriente alterna

3 A en corriente continua

95

v Máxima potencia a manejar : 103.5 kVA ( motores de hasta 125 hP)

v Pruebas realizables sobre el banco:

Prueba de vacío

Prueba de aislamiento

Prueba a rotor bloqueado

Prueba de ruido

Prueba de continuidad

Prueba de temperatura

Características de vacío en una máquina sincrónica

Características de cortocircuito en una máquina sincrónica.

v En el banco se realizarán las siguientes mediciones sobre el motor:

Voltajes AC y DC

Corrientes

Resistencia

Frecuencia

Potencia activa

Potencia reactiva

Potencia aparente

Factor de potencia.

96

4.4 MAQUINA BOBINADORA

Al reparar o mantener un motor, generalmente hay que rebobinarlo. Como se

consideró en el capítulo uno (1), el procedimiento más utilizado para bobinar con

hilos es preparar aparte las bobinas y grupos, que una vez devanados, se insertan

por las aberturas de las ranuras semicerradas.

Para realizar esta etapa de la reparación se debe contar con una máquina

bobinadora; la operación consiste en arrollar el hilo conductor alrededor de una

plantilla o molde de dimensiones adecuadas, un número de veces igual al número

de espiras de la bobina a fabricar. La máquina debe permitir el acople de moldes

con las dimensiones correspondientes a cada tipo de motor.

Para evitar tener que disponer de un gran número de moldes diferentes, se puede

contar con un dispositivo ajustable, que se acomode a las dimensiones de las

diferentes bobinas a devanar; en estos tipos de dispositivos pueden ser

devanadas casi todas las formas de bobinas que se necesitan en la práctica.

La máquina bobinadora debe cumplir las siguientes especificaciones:

v Arranque muy suave, para evitar la rotura del hilo, o que se produzca un

excesivo alargamiento del mismo

v Ajuste de la velocidad, para acomodar la velocidad del devanado al tamaño de

la bobina y al diámetro del hilo

97

v Contador incorporado, que detenga instantáneamente la máquina al llegar al

número de espiras previamente seleccionado, bloqueándola hasta que el

contador se regrese a cero

v Paro instantáneo por freno eléctrico, accionado por un pulsador o por el

contador automático

v Sistema conductor de hilos, para poder arrollar en la plantilla uno o más hilos

simultáneamente.

4.4.1 Especificación de la máquina bobinadora. Este tipo de máquinas se ha

desarrollado mucho últimamente, debido a que es necesario reducir los tiempos

de mano de obra para la fabricación de bobinas.

Para la selección de la máquina bobinadora es preciso considerar si es necesario

una gran inversión o si se puede utilizar una máquina sencilla, de acuerdo al

movimiento del taller.

La máquina bobinadora seleccionada es la bobinadora para enrollamientos

lineales DL 1012 A, marca DE LORENZO que tiene las características:

v Para hilos de 0.06 a 1.4 mm de diámetro

v Bobinas de máximo 180 mm de diámetro

v Bobinas de longitud mínima de 5 mm

v Arbol enrollador de 10 mm de diámetro

v Distancia entre las puntas de 250 mm

97

v 2 velocidades de enrollamiento: 1400 y 3000 rpm

v Cambio de marcha con dos velocidades

v Inversión mecánica: automática y manual

Figura 11. Máquina bobinadora

v Rotación de la máquina en sentido horario; mirada por el lado derecho.

98

v La máquina es suministrada con:

1 portabobina para hilos de 0.05 – 0.2

1 portabobina para hilos de 0.3 – 2

1 columna portabobina especial

1 motor monofásico con reóstato electrónico

1 contador mecánico de cinco cifras

1 mesa con cajón en lámina de acero

v Peso neto : 104 kg

v Dimensiones : 800 x 800 x 1600 mm.

4.3 HORNO

Terminado el bobinado, soldados los terminales y verificado eléctricamente el

arrollamiento, la siguiente operación es impregnar los arrollamientos con barniz.

La impregnación hace el arrollamiento estanco a la humedad y evita la vibración

de las espiras de las bobinas en las ranuras; ésto evita cortocircuitos debido al

posible deterioro de los aislamientos.

El barniz aplicado puede ser de dos clases; de secamiento al aire por sí solo, o

que precise un secado en horno; el segundo es siempre preferible por resultar

más efectivo, ya que la humedad solo se elimina con un secado en horno.

99

Generalmente se introduce el inducido en un horno a la temperatura de 120°C y

se deja en él unas tres horas, con el fin de eliminar toda traza de humedad, se

retira luego del horno, se impregna con barniz y se vuelve a introducir finalmente

en el horno, donde deberá permanecer tres horas más expuesto a la misma

temperatura de antes.

Hay varios modelos de hornos por radiación de calor: con tiro forzado o circulación

natural de aire. En algunos casos están provistos o no de aerotermo y

refrigerante para recuperar los disolventes.

4.5.1 Especificación del horno. El horno presentará las siguientes

características mínimas:

v Contará con un sistema de control el cual estará equipado con un

termoregulador y termoregistrador de la temperatura

v Tendrá un aislamiento térmico en sus paredes

v Su radiación de calor será con tiro forzado, que asegurará un reparto equitativo

de las temperaturas en su interior. El rodete recogerá el aire radialmente y lo

inyectará axialmente al elemento a calentar

v Tendrá un regulador de salida de gases; el cual también permitirá hacer

intercambio de aire dentro del horno para obtener un enfriamiento del equipo

tratado más rápido

v Sus dimensiones mínimas para el volumen útil interno serán:

Alto : 1.2m

100

Ancho : 1.0m

Profundidad : 1.6 m

Figura 12. Sección del horno para secado

v El volumen total del horno exteriormente está dado por las siguientes

dimensiones:

Alto : 1.6m

101

Ancho : 1.4m

Profundidad : 1.8m

v Manejará temperaturas entre 120 y 180°C

v Sistema de calefacción a gas.

4.4 LISTADO DE HERRAMIENTAS NECESARIAS

4.6.1 Armado y desarmado.

v Extractores para poleas

v Extractores para rodamientos

v Extractores para tornillos

v Juego de atornilladores estrella

v Juego de atornilladores de pala

v Juego de llaves brístol 0.5 a 3/8”

v Juego de llaves boca fija 1/4 a 1”

v Juego de llaves de copa 3/8 a ¼”

v Llave expansiva 10”

v Hombresolo 10”

v Juego de llaves mixtas N°6 a N°24

v Juego de cortadores de empaque

v Pinza saca pines

102

v Hoja de sierra

v Martillo

v Marco para segueta

4.6.2 Bobinado.

v Cortafríos

v Alicates

v Pinza de puntas

v Pistola para soldar

v Guillotina para medir y cortar tiras de aislamiento

v Deslizadera metálica para el empaquetado de devanados en las ranuras

v Plantillas para bobinas.

4.7 DESCRIPCION DE LA PLANTA FISICA

Después de especificar los equipos necesarios, desde el punto de vista eléctrico

para la reparación de los motores eléctricos; ahora se realizará un breve análisis a

la infraestructura necesaria para poder maniobrar los diferentes tipos y tamaños

de motores a recibir en el taller.

103

Para realizar el bosquejo de la planta física del taller se deben considerar las

especificaciones físicas de cada uno de los equipos y la línea de trabajo con la

cual el taller funcionará, tratada en el capitulo número cinco, con el fin de distribuir

los equipos y espacios de la mejor manera.

4.7.1 Distribución de la planta física. De acuerdo a la línea de trabajo del taller,

para la reparación de un motor eléctrico se deben desarrollar cada una de las

siguientes etapas en su orden:

v Recepción del motor

v Revisión y ensayos

v Desmontaje

v Toma de datos

v Reparación o modificación

v Prueba

v Entrega y facturación.

Para el desarrollo completo de esta línea de trabajo el taller contará entonces con

las siguientes áreas:

v Revisión y pruebas

v Reparaciones ( bobinados )

v Barnizado

v Almacén

v Bodega

104

v Oficinas.

Para el dimensionamiento y la descripción física de cada una de las áreas, se

considerarán las especificaciones físicas de algunos de los equipos, mencionadas

en el capítulo número cuatro.

Tabla 5. Especificaciones físicas de los equipos ( dimensiones en metros )

Equipo Alto Ancho Profundo

Banco de pruebas 1.8 1.2 0.7

Mesón para revisión y pruebas 1 1 1.8

Freno en mesa móvil 1.5 1 1.5

Mesón para reparación 1 1 2

Máquina bobinadora 1.6 0.8 0.8

Horno 1.6 1.4 1.8

A continuación se asignarán las tareas a realizar e indicarán las dimensiones

mínimas requeridas en cada una de las diferentes áreas.

4.7.1.1 Revisión y pruebas. En esta zona del taller se realizarán las siguientes

tareas:

v Recepción del motor

v Revisión y ensayos

v Pruebas para entrega.

105

Para la realización de cada una de las tareas, en esta área se ubicarán los

siguientes equipos:

v Banco de pruebas para motores

v Mesón para revisión y pruebas

v Freno dinamométrico en mesa móvil.

Considerando las dimensiones de dichos equipos, los espacios necesarios para la

manipulación de los mismos por los operarios y espacios de circulación, las

dimensiones mínimas para el área de revisión y pruebas serán 5m x 5m.

4.7.1.2 Reparaciones ( bobinados ). En esta área del taller se desarrollarán los

siguientes trabajos:

v Desmontaje

v Toma de datos

v Reparación o modificación; etapa en donde se realizará el bobinado del motor

eléctrico o cualquier otra reparación necesaria.

Para la realización de los trabajos mencionados, en esta área deben estar

ubicados:

v Máquina bobinadora

v Mesón para reparaciones.

106

El área mínima para el desarrollo de las tareas en la zona de reparaciones será de

5m x 8m.

4.7.1.3 Barnizado. En el área de barnizado de los motores se encontrará

únicamente el horno para precalentado y curado, ya que la impregnación del

barniz se realizará en la zona de reparaciones.

Para dimensionar el área de barnizado se debe considerar además del volumen

del horno, el espacio necesario para prever el fácil acceso al horno de motores de

diferentes tamaños y pesos ( de hasta 125 hP ).

Las dimensiones mínimas del área de barnizado serán entonces de 4m x 6m;

dentro de la cual se realizarán los cimientos necesarios para la base del horno.

4.7.1.4 Almacén. El taller contará con un almacén en el cual se guardarán en

estantes apropiados las herramientas, materiales y repuestos necesarios en el

taller.

Las dimensiones mínimas del área del almacén serán de 4m x 4m.

4.7.1.5 Bodega. Para mantener un buen orden en el taller, habrá una pequeña

bodega que alojará los motores ya reparados o por reparar y los accesorios o

107

partes de los motores que no es necesario dejar con el motor durante su

manipulación en el taller.

En la bodega habrá estantes para los motores pequeños y sus partes y un espacio

libre en el piso para los motores más grandes.

Las dimensiones mínimas de la bodega serán de 4m x 6m con un fácil acceso.

4.7.1.6 Oficinas. Se necesitarán mínimo dos oficinas, una oficina técnica en

donde se llevará el registro de cada motor que ingresa al taller y donde se

analizarán las soluciones para la reparación de un motor, una oficina de gerencia

y una recepción para atención al cliente.

4.7.2 Planta física. La distribución las zonas y de los equipos dentro de cada una

de ellas se puede observar en los planos de plantan física de los anexos:

v Plano 1 : Acometida general en media y baja tensión disposición de equipos.

v Plano 2: Instalaciones eléctricas y telefónicas del taller.

El área del lote dispuesto para la planta física del Taller industrial para diagnóstico,

pruebas y reparación de motores eléctricos deberá ser mínimo de 12 m de frente

por 20 m de fondo.

108

Para la manipulación de cualquier tipo de motor a recibir en el taller se debe

pensar en el manejo de motores grandes (125 hP), motores que pueden pesar

hasta 700 kg; por esto el taller deberá contar con un pequeño puente grúa que

permita trasladar el motor de dicho peso por la zona de revisión y pruebas, zona

de reparaciones (bobinados) y zona de barnizado. Para esto la planta física del

taller en estas tres zonas deberá tener una altura mínima de 5m. En el almacén, la

bodega y las oficinas del taller puede contarse con una altura de 2.5 m.

El acceso al taller debe permitir el fácil ingreso de vehículos que transporten los

motores hasta donde se inicia la línea de trabajo.

La ubicación propuesta para el taller es en la ciudad de Bogotá en el barrio

Fontibón, debido a su importancia como zona industrial, buenas vías de acceso,

fácil consecución de materia prima y bajos costos de arrendamiento.

4.8 ESPECIFICACIONES ELÉCTRICAS DE LA PLANTA

Para el funcionamiento de los equipos especificados para el taller, éste debe

contar con niveles de tensión de 120 V, 220 V y 440V. Para una carga de 112.5

kVA.

109

4.8.1 Memorias de cálculo.

4.8.1.1 Acometida T - Alumbrado

Tabla 6. Cuadro de cargas T-Alumbrado

Equipo kVA Factor de demanda Carga demandada

Alumbrado 8.54 1 8.54

Carga de Cálculo: 8.54 KVA

Tensión nominal 208/120 V.

I. Conductor: 23.7 A

Acometida: 3#10 + 1#10 + 1 # 10T - 1" (AWG, THW, 75 C, Cu.)

Interruptor automático: 3 x 30 A

4.8.1.2 Acometida Banco de pruebas

Tabla 7. Cuadro de cargas de acometida Banco de pruebas

Equipo kVA Factor de demanda Carga demandada

Autotrafo 103.5 1 103.5

Carga de Cálculo: 103.5 KVA

Tensión nominal 440 V.

110

I. Conductor: 135.8 A

Acometida: 3#1/0 + 1#2 + 1#4T – 3” (AWG, THW, 75 C, Cu.)

Interruptor automático: 3x150 A.

4.8.1.3 Acometida T-Distribución general

Tabla 8. Cuadro de cargas T-Distribución general

Equipo kVA Factor de demanda Carga demandada

Alumbrado y

autotrafo 112.5 1 112.5

Carga de Cálculo: 112.5 KVA

Tensión nominal 440 V.

I. Nominal: 147.6 A

I. Conductor 147.6*1.25 = 184.5 A

Acometida: 3#3/0 + 1#1/0 + 1#4T – 4” (AWG, THW, 75 C,

Cu.)

Interruptor automático: 3x200 A.

4.8.2 Cálculo del transformador general

T – Alumbrado: 8.54 kVA

111

Autotransformador: 103.5 kVA

Potencia transformador: 112.5 kVA

Voltaje primario: 11.4 kV.

Voltaje secundario: 440/254 V.

Grupo de conexión: Dy5

4.9 MEMORIAS DE CÁLCULO ILUMINACIÓN

Para los cálculos de iluminación de cada una de las áreas del taller se utilizó el

método del lumen, tomado del Manual de iluminación de Schréder(11):

E = ( N * Φ * K ) / A Ecuación 9. Iluminancia

Siendo:

N = número de luminarias [Un].

∅ = flujo total de la luminaria [lúmenes].

E = Iluminancia [lux]

A = Área del local [m2]

K = Factor de utilización; depende de la luminaria, la altura y el área del

local. Se obtiene de aplicar dichas variables sobre las curvas iso K(11) del

_____________

(11) Catálogo de fabricante de luminarias, guía de cálculo. Schréder, 1998

112

manual de iluminación Schréder.

K = 0.8 * 4 * X Ecuación 10. Factor de utilización

Dónde:

0.8 : factor de corrección

4 : Constante por tipo de luminaria

X: Valor entregado por la curva iso K (E/IK/20)(11).

4.9.1 Área de producción.

v Iluminancia mínima requerida: 500 lux(12).

v Tipo luminaria: fluorescente industrial - cerrado 2x32W, con un flujo de 2950

lúmenes por bombilla, según datos del fabricante.

v Instalación: descolgada de techo (0.2 m).

v Altura del local: 3.5 m.

v Plano de trabajo: 1.0 m.

v Altura de montaje: 3.5 – (0.2+1.0) = 2.3 m.

v Dimensiones del local: 13.3 m * 7.5 m.

v Area del local: 99.75 m2.

______________

(11) Catálogo de fabricante de luminarias, guía de cálculo. Schréder, 1998

(12) Niveles de iluminación mínimos requeridos según el local, recomendados por Schréder

113

Cálculo de K:

Mediante la curva iso K calculamos el factor de utilización, usando la geometría

del local, así:

K = 0.8 * 4 * 17.5

K = 56 %

E = ( N * Φ * K ) / A

N = (E * A) / (Φ * K)

N = (500 * 99.75) / [ (2950 * 2 ) * 0.56]

N = 15 luminarias

4.9.2 Cálculo de iluminación de las otras áreas. En la siguiente tabla se

presenta en forma resumida los resultados de los cálculos de iluminación para las

otras áreas del taller, los cuales se realizaron siguiendo el mismo procedimiento

utilizado para el área de producción.

114

Tabla 9. Cálculos de iluminación

BODEGA ALMACEN OFICINA RECEPCION PARQUEO

Iluminancia 500 lux 200 lux 400 lux 400 lux 200 lux

Tipo de luminaria Fluorescente

2 x 40 W

Fluorescente

2 x 40 W

Fluorescente

parabólica 2x32

Fluorescente

parabólica 2x32

Fluorescente

2x40W

Flujo luminoso de la luminaria 3200 lúmenes 3200 lúmenes 2950 lúmenes 2950 lúmenes 3200 lúmenes

Instalación Descolgada Descolgada incrustada incrustada Descolgada

Altura del local 3.5m 3.5m 2.5m 2.5m 3.5m

Plano de trabajo 1.0m 1.0m 0.7m 0.7m 1.0m

Altura de montaje 2.3m 2.3m 1.8m 1.8m 2.3m

Dimensiones del local 5m * 4m 4m * 4m 4m * 3m 3.5m * 6.5m 6.3m * 3.8m

Area del local 20m2 16m2 12m2 22.75m2 23.94m2

X 15.8 15.2 15.8 16.8 16

K 50.5% 48.6% 50.56% 53.76% 51.2%

Número de luminarias 3 1 2 3 2

115

5 LINEA DE TRABAJO DEL TALLER

Cuando un motor eléctrico llega al taller para ser ensayado o reparado, es

necesario que todas las operaciones a realizar, desde la recepción de la máquina

hasta su facturación y entrega, estén organizadas de una manera sistemática.

La línea de trabajo del taller desarrollará los siguientes pasos:

v Recepción del motor

v Revisión y ensayos

v Desmontaje

v Toma de datos

v Reparación o modificación

v Prueba

v Entrega y facturación.

A continuación se hará una breve descripción de las tares a desarrollar en cada

uno de las etapas de la línea de trabajo, en su respectivo orden.

116

5.1 RECEPCION DEL MOTOR

En el momento en el que ingresa la máquina al taller, se deben tomar una serie

de datos que facilitarán todo el proceso mientras la máquina se encuentre en el

taller; deberá anotarse en primer lugar el nombre del fabricante, los datos que

consta de placa de características (tipo, potencia, numero de fabricación, etc.), así

como hacer una lista de los accesorios que acompañan a la máquina y el estado

general en que se encuentran.

Es importante registrar la fecha de recibo y especialmente la fecha de entrega

deseada por el cliente, para desarrollar un buen plan de trabajo y cumplir sus

expectativas. Se deben también conocer las observaciones del cliente sobre el

funcionamiento actual del motor o los efectos del posible fallo.

Todos los datos descritos anteriormente deben quedar consignados en una tarjeta

de recepción que identifique a la máquina y que sea un formato impreso, para no

pasar por alto ningún dato.

La tarjeta de recepción debe ser diseñada de tal forma que pueda ser unida al

motor correspondiente y resista las diferentes etapas de la línea de trabajo. En la

siguiente tabla se muestra un modelo de la tarjeta de recepción.

117

Tabla 10. Modelo de tarjeta de recepción

TRABAJO N°

FECHA ENTRADA ______________________

ENTREGA ______________________

CLIENTE _________________________________

DIRECCION _________________________________

TELEFONO _________________________________

TRABAJO N°

MARCA _____________________ N° MÁQUINA _____________

TENSION ____________________ POTENCIA _____________

VELOCIDAD _________________ FRECUENCIA _____________

OBSERVACIONES ____________ ACCESORIOS ____________

____________________________ __________________________

____________________________ __________________________

5.2 REVISION Y ENSAYO DEL MOTOR

La revisión de la máquina se efectuará en el banco de pruebas, en donde se

determinará la falla y su causa, y se conocerán la serie de trabajos requeridos

para su reparación.

Los datos obtenidos de la revisión y ensayo del motor se deben registrar en una

ficha de revisión que irá identificada con el mismo número de orden de la tarjeta

118

de recepción. La ficha debe registrar todas las operaciones a efectuar, lo que

permitirá realizar un presupuesto aproximado del costo de la reparación.

Tabla 11. Ficha de revisión

CLIENTE TRABAJO N° __________

MARCA _______________ Tensión ______________ Velocidad _____________

N° MAQUINA __________ Potencia ______________ Frecuencia ____________

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

VACIO RUIDO

AISLAMIENTOS CONTINUIDAD

ROTOR BLOQUEADO TEMPERATURA

OBSERVACIONES

TRABAJOS A REALIZAR

Desmontaje __________________ Cambiar colector _______________ Ventilador __________________

Limpieza ____________________ Cambiar escobillas _____________ Condensador _________________

Cambiar rotor_________________ Rodamientos __________________ Control ajustes________________

Cambiar estator _______________ Portaescobillas _________________

Rebobinar rotor _______________ Escudos ______________________ Montaje ______________________

Rebobinar estator ______________ Tapas ________________________ Ensayo _______________________

Bobinar polos __________________ Caja de bornes _________________ Pintura _______________________

Impregnado y Secado ___________ Placa de bornes ________________

MATERIALES

OBSERVACIONES

FECHA Toma de datos ________________

Entrega ______________________

RESPONSABLE

119

DATOS DE LOS ARROLLAMIENTOS

ESTATOR

Arrollamiento Paso Dimensiones bobinas

Por fase Aislamiento ranuras

Por bobina

Ø hilos

ESQUEMA DE BOBINADO

Clave del esquema

ROTOR

Por fase Conductores Dimensiones bobinas

Por bobina Aislamientos

Ø hilos

N° ranuras

N° polos

ESQUEMA DE BOBINADO

Clave del esquema

Cuando es necesario rebobinar, se deben tomar cuidadosamente los

correspondientes datos del arrollamiento original (número de espiras, diámetro del

conductor, etc.), estos deben permitir repetir exactamente el arrollamiento; en el

numeral 5.3 se especifica la información mínima que debe contener la toma de

120

dichos datos, los cuales se consignarán en un formato al reverso de la ficha de

revisión.

En la mayoría de los casos para poder localizar exactamente una falla, es

necesario desmontar la máquina. Esta operación se debe realizar con mucha

precaución.

5.3 DESMONTAJE Y TOMA DE DATOS

El motor debe desmontarse y montarse con mucho cuidado, ya que hacerlo de

una manera defectuosa puede acarrear peligrosas consecuencias, como deterioro

de los arrollamientos, desperfectos en el eje del rotor, etc.

El desmontaje de la máquina se realizará con la herramienta adecuada para cada

caso, con el fin de no tener que recurrir a golpes o esfuerzos indebidos. Es

importante realizar marcas de posición de las piezas para no cometer errores en el

montaje.

Todas las piezas de la máquina y los accesorios que trae, deberán ser

almacenados de tal forma que no puedan extraviarse piezas, y que no exista el

riesgo de montar equivocadamente una pieza en una máquina a la que no

corresponde.

121

La gran mayoría de fabricantes, proporcionan instrucciones muy completas sobre

el montaje y servicios de sus motores, lo cual es de mucha ayuda para la

manipulación correcta de la máquina.

La toma de datos de los arrollamientos, es una operación de gran importancia,

puesto que de ello depende que la reparación de la máquina sea correcta. La

toma de datos consiste en anotar cuidadosamente todas las características

necesarias del arrollamiento original de la máquina, con el fin de poder efectuar un

rebobinado idéntico, o para poder calcular los datos del nuevo arrollamiento.

La toma de datos se efectúa antes de deshacer el arrollamiento correspondiente,

Se debe conocer:

v Número de polos

v Número de ranuras

v Esquema de bobinado

v Dimensiones de las bobinas

v Número de conductores de cada bobina. Una bobina simple está constituída

por un solo conductor por espira, pero se debe tener cuidado con otros tipos de

bobinas que tienen más de un conductor por cada espira

v Cantidad de espiras. Número de vueltas de cada bobina, en donde se debe

tener cuidado en si es una bobina simple o no

v Diámetro del hilo conductor utilizado

122

v Aislamiento de los conductores

v Longitud máxima que las cabezas de bobinas sobresalen.

5.3.1 Desmontaje de los arrollamiento. Los arrollamientos de los motores

eléctricos generalmente están impregnados de barniz que en el momento de

desmontar está endurecido. Para extraerlos, es conveniente calentar el

arrollamiento a una temperatura superior a la temperatura límite de la clase de

aislamiento del barniz, para que éste quede reblandecido.

Si el arrollamiento no ha de aprovecharse, se cortarán todas las cabezas de

bobinas del lado opuesto al que se encuentran las conexiones, se retiran las

cuñas aislantes de las aberturas de las ranuras y se sacará el resto del

arrollamiento tirando de las cabezas de bobinas restantes. En esa fase se cuenta

el número de conductores que tiene cada lado de bobina y se mide el diámetro de

todos los conductores de un lado de una bobina.

Retirado el arrollamiento original, se extraen los cajetines del aislamiento de las

ranuras, y se toma nota del espesor, clase y dimensiones de tal aislamiento.

5.3.2 Toma de datos de las conexiones. Para determinar las conexiones de

arrollamiento trifásico de una máquina eléctrica, después de reblandecido el

barniz, se cortan los amarres que sujetan la corona de cabezas de bobinas, y se

ponen todas las conexiones al descubierto.

123

Siguiendo los cables desde la caja de bornes del motor hacia el arrollamiento, se

encontrarán por lo menos tres conductores fácilmente reconocibles. Se cuenta el

número de terminales que hay conectados a cada uno de estos conductores, y se

investiga cuál es la conexión del arrollamiento.

5.4 REPARACION

De acuerdo a la tarjeta de revisión y ensayo de la máquina, se desarrolla una

orden de trabajo en donde se asignan las operaciones a realizar sobre la máquina,

con el programa más conveniente.

Tabla 12. Orden de trabajo

OPERACIÓN ______________________ Trabajo N° ____________________

Operario ________________________ Recibido __________________________

Concluido _________________________

Estator / rotor Esquema del arrollamiento ___________

N° total de bobinas _________________

Paso ____________________________ Dimensiones de las bobinas

N° hilos/bobina ____________________

N° hilos en paralelo _________________

Diámetro hilo ______________________

Aislamiento hilo ____________________

OTRAS REPARACIONES

Observaciones

124

Control materiales y tiempos

MATERIALES Unid. Cant. V unit. V total

1

2

3

4

Total materiales

Mano de obra 1ª

Mano de obra 2ª

Total mano obra

Transporte

Otros

TOTAL

Observaciones

Después de realizada cada operación se debe realizar un estricto control de

calidad mediante el cual se van verificando cada una de las tareas. Es necesario

ir realizando al motor las pruebas correspondientes a medida que el proceso lo

exija, por ejemplo, después de bobinado completamente el motor, antes de

realizar la impregnación con el barniz se debe probar el aislamiento de los

devanados; de esta forma se irá garantizando la reparación correcta de la

máquina.

125

5.5 PRUEBAS

Después de ensamblar completamente el motor, se realizarán sobre él, cada una

de las pruebas propuestas por el taller:

v Prueba de vacío

v Prueba a rotor bloqueado

v Prueba de aislamiento

v Prueba de continuidad

v Prueba de ruido

v Prueba de temperatura

v Características de vacío en máquinas sincrónicas

v Características de corto circuito en máquinas sincrónicas.

Estas pruebas se desarrollarán con el fin de verificar el buen funcionamiento de la

máquina después de reparada; lo que asegurará y garantizará que los trabajos

han sido realizados de la manera correcta.

5.6 ENTREGA Y FACTURACION

Al completar cada una de las etapas de la línea de trabajo del taller, mediante la

información entregada por la tarjeta de revisión y las órdenes de trabajo, con sus

informes de tiempo y materiales respectivos, se podrá facturar el costo total de la

126

reparación; de hay la importancia que en cada una de las órdenes de trabajo,

como en toda la documentación que circule por el taller, deberá constar siempre el

número de identificación del trabajo, para agilizar todo el proceso y en

consecuencia su correspondiente entrega.

Todo el proceso debe realizarse de la manera mas rápida posible, bajo un buen

programa de trabajo, asegurando ante todo un excelente manejo de calidad; con

el fin de suplir las exigencias y necesidades de los clientes, demostrando la

competitividad del taller.

127

6 EVALUACION DEL PROYECTO

Para realizar la evaluación económica del proyecto el primer paso será identificar

los costos que afectan el mismo, para así poder estructurar finalmente el proyecto

de inversión y hacer su evaluación.

Conocidos los costos de inversión, el siguiente paso será identificar los costos

totales de operación para un determinado volumen de trabajo y un supuesto de

ingresos; obtenidos de un estudio de mercado realizado mediante un sondeo a los

talleres existentes y a la industria demandante del servicio.

Partiendo de los resultados obtenidos en los dos primeros pasos, la evaluación

económica se realiza a través de la presentación sistemática de los costos y

beneficios del proyecto mediante un flujo de fondos que nos permitirá concluir si el

proyecto es rentable.

Para tener una idea más clara de la rentabilidad, los resultados obtenidos del flujo

de fondos se llevarán a valor presente neto y se obtendrá la tasa interna de

retorno (TIR) del proyecto.

128

6.1 COSTOS DE INVERSION

A continuación se presenta una relación de los costos de inversión necesarios

para la puesta en marcha del taller; estos costos se obtuvieron de cotizaciones

realizadas con base en las especificaciones entregadas en el capítulo número

cuatro (4).

Tabla 13. Costos del banco de pruebas ( en pesos )(13)

Equipo Un Cantidad Valor unitario Valor total

Autotransformador 103.5kVA

Medidor integrado

Fuente de CC 0-30V, 3 A

Fuente de sobretensión

(0-4000V)

Megger kyoritsu 1000V

Tacómetro

Interruptor 3 x 150 A , 480V

Interruptor 2 x 30 A, 120V

Contactor 170 A, tensión de

mando 440V

Transformadores de corriente

200/5 A, clase 0.5

Un

Un

Un

Un

Un

Un

Un

Un

Un

Un

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

14’550.000

1’038.000

999.000

3’036.000

498.000

86.000

491.000

16.300

1’410.000

59.400

14’550.000

1038000

999.000

3’036.000

498.000

86.000

491.000

16.300

1’410.000

178.200

129

Transformadores de potencial

440 / 120V, clase 0.5

Transformador de potencial

440/1.73 / 120/1.73 V

Probador de continuidad

Cable 1/0 AWG-THW

Cable 2 AWG- THW

Cable 6 AWG- THW

Banco en lamina N° 18

Cables para conexión banco

a motor

TOTAL

Un

Un

Un

M

M

M

Un

Un

3

1

1

30

10

10

1

8

71.700

71.700

32.000

1.820

1.310

1.110

250.000

2.500

215.100

71.700

32.000

54.600

13.100

11.100

250.000

20.000

22´970.100

Tabla 14. Costos de inversión del proyecto ( en pesos)(13 )

Descripción Costo

Banco de pruebas para motores

Máquina bobinadora

Horno

Freno dinamométrico

22’970.100

8’613.000

4’615.000

10’330.000

130

Herramientas y otros equipos

Subtotal maquinaria, equipos y herramientas

Adecuacion Planta física

Costos de pre-operación

Trámites legales

Publicidad

Seguros

2’350.000

48´878.100

20’000.000

5´000.000

1’500.000

1´500.000

690.000

TOTAL INVERSION 77´568.100

6.2 ESTUDIO DE MERCADO

Para tener una idea clara del estado actual del mercado en el campo de trabajo

del taller se consideraron los siguientes factores:

v Potencial del mercado.

v Participación de la competencia en el mercado.

v Capacidad de expansión del mercado y estrategias.

____________

(13) Estudio realizado en el segundo semestre de 2000, en pesos, moneda corriente colombiana.

131

6.2.1 Potencial del mercado. Consiste en conocer los posibles clientes o

usuarios del servicio ofrecido; para esto se tomó una muestra compuesta por 10

fábricas representativas de los sectores industriales más importantes del país, las

cuales se seleccionaron porque tienen diversos tipos de motores instalados y de

gran variedad de potencias, con una carga instalada mayor a 300 kVA, estas son:

Alfan Empaques Flexibles, Plastilene, Concentrados plásticos (Industria del

plástico); Conalvidrios (industria del vidrio) ; Central de mezclas, Cementos

Diamante (Industria del cemento); Cervecería Leona, Cervecería Bavaria

(Industria de la Cerveza); Pollo Andino e Induaves (Industria Avícola); ubicadas

todas en la ciudad de Bogotá y sus alrededores.

En cada una de las industrias seleccionadas se realizó la siguiente encuesta:

v Cantidad de motores eléctricos instalados.

v Potencias representativas.

v Tipo de mantenimiento realizado.

v Fallas más comunes que presentan los motores.

v Frecuencia del mantenimiento realizado.

v Forma de solucionar la falla, cuando se presenta.

De esta actividad se puede concluir qué tan grande es el mercado (respecto a la

muestra), del servicio ofrecido por el taller. De acuerdo a las encuestas, el 4.2%

de los motores (aproximadamente 400 unidades), son sometidos a mantenimiento

correctivo (reparación) anualmente; resultado de tomar en cuenta la totalidad de

132

los motores instalados (9500 unidades) en las fábricas escogidas, (motores de

diferentes tipos y potencias).

6.2.2 Participación de la competencia en el mercado. Del análisis del ítem

anterior se puede concluir que el mercado para el cual ofrece sus servicios el

taller, es un mercado importante, a pesar de que solamente se realizó el sondeo

en diez fábricas, que son un porcentaje muy pequeño, cerca del 1.9%, de la

totalidad de industrias que hay en la ciudad y sus alrededores con las

características referenciadas, (aproximadamente 527 industrias) .

Para poder realizar una estimación del tamaño total de ese mercado se debe

considerar la capacidad de la competencia que maneja parte de ese mercado,

para esto se consideró la experiencia de talleres existentes como:

v LKS

v Inter Servicios Eléctricos ISE Ltda

v Bobinados Omega

v Eléctricos, Ingeniería y servicios Ltda

v JHS

v Eléctricos Parra Ltda

v Servicios Electroindustriales T&A.

Estos talleres fueron escogidos teniendo en cuenta su trayectoria y

reconocimiento en el medio, así como su infraestructura, ingresos y también

133

porque algunos son representantes del principal fabricante de motores en

Colombia.

En los mencionados talleres se realizó la siguiente encuesta:

v Tipos de motores que se reparan

v Pruebas que realizan

v Principales clientes

v Costos de operación

v Aproximación de ingresos anuales.

Como resultado de estas encuestas se concluyó que de los aproximadamente 400

motores reparados anualmente, según la pequeña muestra de fábricas

encuestadas, menos del 30% es atendido por la competencia; a otro 30% se le

realiza el mantenimiento correctivo internamente (con personal especializado de la

misma fábrica), pero se demuestra insatisfacción por la cantidad de tiempo que se

utiliza para las reparaciones y por el alto costo que esto conlleva; y el 40%

restante tiene problemas en la consecución y ejecución del mantenimiento

correctivo a los motores, debido a la calidad en el mantenimiento y la cantidad de

tiempo utilizado.

Aplicando los resultados del estudio de mercado a la totalidad de las industrias a

servir, se puede concluir:

134

v La cantidad total de motores instalados en las industrias con características

similares a las escogidas, es de aproximadamente 500.000 motores, de esta

cantidad el 4.2% es sometido anualmente a mantenimiento correctivo, que

representa 21.000 motores

v De los 21.000 motores sometidos anualmente a reparaciones, el 60% ya esta

cubierto por la competencia o por las mismas fábricas para la realización del

mantenimiento correctivo cuando éste se requiera. El 40% restante que

representa 8.400 motores, tiene serios problemas en el servicio de

mantenimiento correctivo, necesidad que buscará suplir en parte el taller

v Para conocer el tamaño aproximado del mercado total, para el servicio ofrecido

por el taller, es posible hablar de una potencia “promedio” de 10 hP por motor,

lo que representaría 84.000 hP anuales.

La encuesta también entregó una idea de los ingresos que puede recibir un taller

de este tipo, los costos de operación y la calidad de servicio que ofrecen cada uno

de los talleres visitados.

6.2.3 Capacidad de expansión del mercado y estrategias. Las principales

estrategias de mercadeo para el taller serán:

v Ofrecer un servicio de calidad, eficiente, oportuno, con garantía y a un muy

buen precio, que permita la introducción del servicio al mercado

v Anualmente fabricantes de motores eléctricos como SIEMENS Colombia,

venden un número considerable de motores eléctricos (75000 unidades) de las

135

cuales el 30% son para exportación y del 70% restante, el 65% (34125

unidades) son vendidos en Bogotá ; lo que genera una expansión del mercado;

una estrategia a desarrollar es conseguir ser representantes autorizados tanto

de este fabricante, como de otros influyentes en el medio

v Es posible también ampliar el mercado, buscando la rentabilidad del proyecto,

si se ofrece un servicio de mantenimiento preventivo a las diferentes

industrias.

6.2.4 Ingresos para el taller. De las encuestas realizadas tanto a los talleres

como a la industria se puede conocer estadísticamente un promedio de los

ingresos esperados anualmente por el taller.

Los costos de reparación y pruebas de un motor eléctrico, dependen directamente

del tamaño y tipo del motor, así como de la información consignada en la tarjeta

de revisión y en las órdenes de trabajo(14).

Actualmente, de acuerdo a las encuestas realizadas a diferentes talleres, los

costos promedio de reparación ( generalmente bobinado) de algunos tamaños de

motores eléctricos, son los siguientes:

____________

(14) En el capítulo cinco se describe la información que debe llevar la tarjeta de revisión y la orden

de trabajo de cada motor.

136

Tabla 15. Costos de reparación de algunos motores(15)

Potencia (hP) Tipo Costo de reparación

1 Inducción $40.000

10 Inducción $115.000

25 Inducción $270.000

75 Inducción $650.000

125 Inducción $1.300.000

Considerando estos costos promedio, el potencial del mercado para el taller, los

ingresos mínimos requeridos para el sostenimiento del mismo y la

capacidad del taller se proyecta como meta mínima reparar 800 hP

mensualmente ( 9600 hP anuales), que representan el 11.4% del mercado que

inicialmente el taller buscará cubrir; en motores de diferentes tipos y potencias.

Estos 800 hP a reparar mensualmente resultan de la siguiente consideración:

El taller está equipado para atender diariamente la reparación de 60 hP;

inicialmente solo contará con el personal necesario para realizar la reparación de

35 a 40 hP diariamente, que multiplicado por los aproximadamente 23 días habiles

que tiene un mes, entrega el total de hP propuestos mensualmente. Esta

consideración nace de la optimizacion de los trabajos a realizar en el taller desde

____________

(15) Estudio realizado en el segundo semestre de 2000, en pesos, moneda corriente colombiana.

137

la recepción del motor hasta su facturación y entrega, considerados en el capítulo

número cinco.

Como valor unitario de la reparación de un hP se tomará $17.309 que resulta de

considerar los costos totales de operación del taller(16) y el precio promedio del

mercado actualmente.

6.3 ORGANIZACIÓN ADMINISTRATIVA

Es importante considerar el organigrama del taller, ya que esto influye en gran

medida en los costos de operación del mismo (por nómina), y además permite

identificar las funciones a realizar para el buen desarrollo del mismo. Para el

desarrollo del proyecto se considera necesaria la siguiente organización:

____________

(16) El análisis unitario del costo por reparación de un hP se presenta en la tabla número 18

GERENTEGENERAL

JEFE DEDEPARTAMENTO

TECNICO

ASISTENTE DEGERENCIATECNICO TECNICO

138

Las principales funciones de cada una de los departamentos serán las siguientes:

v GERENTE GENERAL: se encargará de manejar la comercialización del

servicio, mercadeo, publicidad, contabilidad y en general desarrollará las

funciones administrativas que requiere el funcionamiento de un taller de este

tipo

v JEFE DE DEPARTAMENTO TECNICO: será el encargado de verificar la

calidad del servicio prestado, manejará toda la parte técnica del taller,

pensando siempre en la optimización de los trabajos y en el mejoramiento del

servicio

v ASISTENTE DE GERENCIA : será el auxiliar del gerente general en todas sus

tareas

v TECNICO: Bajo la supervisión de el jefe del departamento técnico, realizará el

diagnóstico, las pruebas y las reparaciones sobre los motores recibidos en el

taller.

6.4 FLUJO DE FONDOS DEL PROYECTO (17)

El flujo de fondos se define para toda la vida útil del proyecto o para todo el

horizonte de evaluación; presenta los costos desembolsados y los ingresos

(beneficios) recibidos en todos los años del proyecto.

____________

(17) Estudio realizado en el segundo semestre de 2000, en pesos, moneda corriente colombiana.

139

Conociendo los costos de inversión del proyecto, para realizar un flujo de fondos

real también se manejarán los costos de operación totales, compuestos por los

costos fijos y los costos variables.

Para poder realizar la evaluación del proyecto mediante un flujo de fondos se

deben tener claros los siguientes aspectos:

v Inversión : $ 77´568.100

v Capital propio : $ 27´568.780

v Financiación: $ 50´000.000

Tasa de interés efectiva anual 13.58 % más 9.2% (total 22.78%)(18) a 10 años

sobre saldos . A partir de la entrada en operación de la planta.

v Vida útil : 20 años

v Costos de operación : Para conocer los costos de operación se consideraron

v los costos fijos, costos variables, inversiones y costos de pre-operación. En el

flujo de caja se presenta el detalle de los mismos

v Seguros : 1 % de los bienes depreciables anualmente

v Valor de salvamento: 10%

v Ingresos : 9600 hP reparados anualmente (800 hP mensuales), con un

incremento anual del 2.5% a partir del tercer año.

v Impuestos : 35 %

____________

(18) Fuente: Instituto de Fomento Industrial IFI, intermediario Davivienda. Credito febrero año 2001

para microempresa según clasificación del IFI.

140

Establecidos los datos anteriores, es importante analizar la financiación del

proyecto, para identificar el tipo de amortización y el valor de la cuantía a pagar

anualmente.

6.4.1 Financiación. La inversión total del proyecto será de $77´568.100, de los

cuales será necesario financiar el 65.5% que representa 50 millones de pesos.

Este capital financiado tendrá una tasa de interés del 22.78% efectivo anual a 10

años (proyección en pesos constantes), a partir de la entrada en operación de la

planta.

La deuda se pagará por amortización simple, en donde la amortización real es

constante:

Amortizaciones: 000.000'5$10

000.000´50$=

años anuales

En este tipo de amortización el valor del interés y la cuota a pagar varían, como

lo muestra la siguiente tabla.

Tabla 16. Análisis de crédito.

DESCRIPCION 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20PRESTAMO 50TASA DE INTERES (E.A) 22.78%PLAZO 10 AÑOSPAGO CAPITAL 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5PAGO INTERESES 11.3 10.2 9.11 7.97 6.83 5.69 4.55 3.41 2.27 1.13 SALDO DEUDA

45 40 35 30 25 20 15 10 5 -

141

6.4.2 Flujo de fondos del proyecto. El flujo de fondos del proyecto se presenta

en una tabla donde se muestran el total de ingresos, total de egresos, flujo neto,

tasa de oportunidad, valor presente neto y tasa interna de retorno.

Para verlo de una manera más clara se anexa una tabla con el análisis unitario del

costo para el taller por reparación de un hP y una tabla con el detalle de la nómina

administrativa mensual.

6.4.2.1 Valor presente neto. Para conocer a ciencia cierta si el proyecto es

viable o no, se tomaron los valores entregados por el flujo de fondos neto y se

trasladaron a valor presente.

Vpn = Vpb – Vpc Ecuación 11. Valor presente neto

Dónde:

Vpn: Valor presente neto

Vpb: Valor presente de los beneficios, obtenido de la suma de todos los valores

positivos (beneficios) del periodo analizado ( 20 años).

Vpc: Valor presente de los costos, obtenido de la suma de todos los valores

negativos (costos) del periodo analizado (20 años).

El valor presente neto al ser mayor que cero demuestra la rentabilidad del

proyecto, y permite tener una idea de las ganancias resultantes de la inversión,

142

cuando es igual a cero es un proyecto indiferente y si su valor es negativo el

proyecto genera pérdidas.

Valor presente ( n ) = ( )ni

V

+1 Ecuación 12. Valor presente

Dónde :

V = flujo neto por año

n = año del proyecto

i = tasa de interés

Existe un interés para el cual el valor presente neto es cero, esta es la tasa interna

de retorno TIR; el comparar la TIR con la taza de oportunidad que tiene un

inversionista, permite conocer si el proyecto es rentable o no.

143

TABLA 17. FLUJO DE CAJA (valores en millones de pesos)

DESCRIPCION 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

CRECIMIENTO DE VENTAS 0.00% 0.00% 0.00% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50% 2.50%

UNIDADES VENDIDAS (hp) 0.00 9600.0 9600.0 9840.0 10086.0 10338.2 10596.6 10861.5 11133.1 11411.4 11696.7 11989.1 12288.8 12596.0 12910.9 13233.7 13564.5 13903.7 14251.3 14607.5 14972.7

PRECIO UNITARIO DE VENTA PORhp

0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

INGRESOS

VENTAS ANUALES 0.00 166.17 166.17 170.32 174.58 178.94 183.42 188.00 192.70 197.52 202.46 207.52 212.71 218.02 223.48 229.06 234.79 240.66 246.67 252.84 259.16

VALOR DE SALVAMENTO 10.15

TOTAL INGRESOS 0.00 166.17 166.17 170.32 174.58 178.94 183.42 188.00 192.70 197.52 202.46 207.52 212.71 218.02 223.48 229.06 234.79 240.66 246.67 252.84 269.32

EGRESOS

COSTOS FIJOS 2.19 81.14 80.40 81.24 82.12 83.04 81.95 85.02 86.07 87.16 83.27 84.49 84.41 88.50 90.57 92.70 94.89 97.12 97.36 101.77 104.18

GASTOS DE NOMINA ADMINISTRATIVA 26.40 26.40 27.06 27.74 28.43 29.14 29.87 30.62 31.38 32.17 32.97 33.79 34.64 35.51 36.39 37.30 38.24 39.19 40.17 41.17

PRESTACIONES LEGALES 15.05 15.05 15.42 15.81 16.21 16.61 17.03 17.45 17.89 18.33 18.79 19.26 19.74 20.24 20.74 21.26 21.79 22.34 22.90 23.47

SERVICIOS PUBLICOS 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00

PUBLICIDAD 1.50 0.58 0.58 0.60 0.61 0.63 0.64 0.66 0.67 0.69 0.71 0.73 0.74 0.76 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88 0.91

INTERESES 0.00 11.39 10.25 9.11 7.97 6.83 5.70 4.56 3.42 2.28 1.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

SEGUROS 0.69 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00

MANTENIMIENTO ACTIVOS FIJOS 1.80 1.80 1.85 1.89 1.94 1.99 2.04 2.09 2.14 2.19 2.25 2.30 2.36 2.42 2.48 2.54 2.61 2.67 2.74 2.81

IMPUESTOS 13.42 13.81 14.70 15.60 16.51 15.31 18.37 19.32 20.29 16.08 22.26 20.74 23.49 24.13 24.78 25.46 26.15 24.73 27.58 28.32

ARRIENDO BODEGA 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50 1.50

AMORTIZACION DEUDA 0.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

INVERSIONES 68.88 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.00 0.00 0.00 0.00 14.66 0.00 6.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 6.00 0.00 0.00

ADECUACION BODEGA 12.00

MAQUINARIA, EQUIPO YHERRAMIENTA

48.88 14.66

EQUIPO DE COMPUTACION 4.00 4.00 4.00 4.00

MUEBLES DE OFICINA 4.00 2.00 2.00 2.00

COSTOS VARIABLES 0.00 66.62 66.62 68.28 69.99 71.74 73.53 75.37 77.25 79.18 81.16 83.19 85.27 87.41 89.59 91.83 94.13 96.48 98.89 101.36 103.90

MANO DE OBRA 0.00 27.79 27.79 28.48 29.20 29.93 30.67 31.44 32.23 33.03 33.86 34.70 35.57 36.46 37.37 38.31 39.27 40.25 41.25 42.28 43.34

HERRAMIENTA Y EQUIPO 0.00 0.49 0.49 0.51 0.52 0.53 0.54 0.56 0.57 0.59 0.60 0.62 0.63 0.65 0.66 0.68 0.70 0.71 0.73 0.75 0.77

MATERIA PRIMA 0.00 35.45 35.45 36.34 37.25 38.18 39.13 40.11 41.11 42.14 43.20 44.28 45.38 46.52 47.68 48.87 50.09 51.35 52.63 53.95 55.29

TRANSPORTE 0.00 2.88 2.88 2.95 3.03 3.10 3.18 3.26 3.34 3.42 3.51 3.60 3.69 3.78 3.87 3.97 4.07 4.17 4.28 4.38 4.49

COSTOS DE PRE-OPERACIÓN 6.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

ESTUDIOS 5.00

GASTOS LEGALES 1.50

TOTAL EGRESOS 77.57 147.75 147.01 149.52 152.11 154.78 161.48 160.38 163.32 166.35 179.10 167.69 175.68 175.90 180.16 184.53 189.01 193.60 202.25 203.13 208.07

FLUJO NETO -77.57 18.42 19.16 20.80 22.47 24.16 21.94 27.62 29.38 31.17 23.36 39.83 37.02 42.12 43.31 44.53 45.78 47.06 44.43 49.71 61.24

TASA DE OPORTUNIDAD 14.00%

VALOR PRESENTE NETO 101.85

TASA INTERNA DE RETORNO (%)TIR

29.48%

144

Tabla 18. Análisis unitario costo por reparación de un hP

DESCRIPCION UND CANT DESPERDICIO$UNITARIO

$ TOTAL

MANO DE OBRA 3,925 0.003925

OPERARIOS CLASE 1 HH0.70

57.00%1,875 1,913

OPERARIOS CLASE 2 HH0.50

57.00%1,250 981

MATERIA PRIMA 3,693 0.003693

COBRE KG1.00

3.00%2,500 2,575

AISLAMIENTO M20.40

3.00%1,500 618

MATERIALES MENORES GL1.00 500 500

SERVICIO DE ENERGIA GL1.00 45 45

TRANSPORTES 300 0.0003

ACARREOS KG3.00

0.00%100 300

HERRAMIENTA YEQUIPO

57 0.000056555

HERRAMIENTA YEQUIPO

GL0.005 11,311 57

TOTAL UNITARIO EN $ 6,939

0.0070

Tabla 19. Nomina administrativa mensual ( valores en millones de pesos)

DESCRIPCION SUELDO

GERENTE GENERAL 1.000

JEFE DE PLANTA 0.700

SECRETARIA 0.500

TOTAL 2.200

144

Como lo demuestra el resultado, el montar el Taller de diagnóstico, pruebas y

reparación de motores eléctricos es un negocio rentable ya que comparando la

TIR con la tasa de oportunidad promedio actual (TIO=14%)(19) hay un rendimiento

superior del proyecto de 15.5% ( TIR= 29.5%), muy llamativo para inversionistas

que deseen doblar su rentabilidad.

Figura 13. Ingresos y Egresos para el taller

Figura 14. Flujo de fondos del proyecto

____________

(19) Tasa de interes E.A. por un CDT. Fuente Davivienda, febrero de 2001

Flujo de fondos, opción arriendo de bodega

-100.00

-50.00

0.00

50.00

100.00

1 4 7 10 13 16 19

Años

Millon

es d

e pe

sos

Ingresos y Egresos para el taller

-300.00

-200.00

-100.00

0.00

100.00

200.00

300.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

Años

Mill

on

es d

e p

eso

s

Ingresos

Egresos

146

7 ASPECTOS LEGALES PARA LA CONSTITUCION DEL TALLER

A continuación se explican los procedimientos necesarios para constituir

legalmente el taller y así poder prestar el servicio a cualquier cliente.

Toda sociedad se constituye mediante escritura pública, cualesquiera que sea su

objeto social, excepto las sociedades colectivas y las en comandita simple, que lo

pueden hacer también por medio de documento privado el cual tiene la misma

validez.

Para la constitución de una sociedad se siguen los siguientes pasos:

v Reunión de las personas interesadas en conformar la sociedad para tomar las

siguientes decisiones:

Razón social

Clase de sociedad. Por ejemplo, limitada

Objeto social. El cual establece las actividades que desarrollará la sociedad

Capital social.

v Elaboración del acta de intención de la sociedad firmada por todos los socios.

147

v Se debe verificar que la razón social de la compañía no esté inscrita y

matriculada en la cámara de comercio, para lo cual se hace la solicitud de

verificación de nombre en esta entidad.

v Elaboración de la minuta de constitución en cuyos estatutos se encuentran los

principales puntos del funcionamiento de la sociedad, tales como:

RAZON SOCIAL

NATURALEZA

DOMICILIO

OBJETO SOCIAL

CAPITAL SOCIAL

RESPONSABILIDAD DE LOS SOCIOS

JUNTA GENERAL DE SOCIOS (FUNCIONES)

REPRESENTANTE LEGAL (FUNCIONES)

SUBGERENTE (FUNCIONES)

LIBRO DE SOCIOS

CAUSALES DE DISOLUCION DE LA SOCIEDAD.

v Presentación de la minuta a la notaría, la cual una vez leída y corregida se

eleva a escritura pública, debidamente protocolizada, en papel rublicado,

sellado y numerado en la notaría, ésta escritura es identificada con un número

que le asigna la notaría así como la fecha en que esta se firma. Una vez leída y

148

aprobada por los socios se procede a las firmas y sellos, cancelando los gastos

notariales, los cuales comprenden:

Liquidación de escrituración:

Se liquida de acuerdo al capital social el 2.5 * 1000 y $500 por cada hoja de la

escritura. Este pago se realiza en la notaría donde se está haciendo el trámite.

v Inscripción en la cámara de comercio:

Diligenciamiento del formulario de matrícula mercantil, para sociedades

comerciales y establecimientos de comercio, para lo cual es necesario tener la

escritura de constitución, allí se deben cancelar los siguientes aspectos:

Derechos de matrícula en el registro mercantil:

Se liquida el 0.7% del capital, que corresponde a impuesto de registro de

Cundinamarca

Un valor para sostenimiento de la cámara de comercio

Un valor del documento (Registro mercantil)

Valor del formulario de registro de sociedades que se debe pagar aparte.

Estos pagos se efectúan en la cámara de comercio.

v Inscripción del RUT:

En la Administración de Impuestos Nacionales se tramita la solicitud en original

y copia, adjuntando certificado de existencia y representación legal expedido pr

la cámara de comercio, Esta entidad suministra inicialmente un NIT provisional

y posteriormente el NIT definitivo.

149

v Inscripción de los libros de contabilidad en la cámara de comercio, lo cual se

hace mediante solicitud escrita indicando qué libros de acuerdo a lo

establecido legalmente se van a registrar.

150

8 APLICABILIDAD DEL DISEÑO EN EL LABORATORIO DE MAQUINAS

ELECTRICAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE

Terminado el diseño del Taller industrial para diagnóstico, pruebas y reparación de

motores eléctricos, ahora se realizará un análisis de la aplicabilidad que pueden

tener los equipos especificados para el taller en el laboratorio de máquinas

eléctricas de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de la Salle.

Actualmente el laboratorio de máquinas se encuentra muy bien equipado, ya que

en los últimos semestres se han adquirido equipos que permiten el desarrollo de

prácticas muy útiles para la enseñanza y entendimiento de asignaturas como

máquinas eléctricas, medidas y accionamientos, entre otras; asignaturas que

entregan conocimientos fundamentales para el desarrollo de proyectos como el

del presente trabajo de grado.

Haciendo un paralelo de lo requerido en el taller para la realización de las pruebas

a los motores eléctricos con lo que en este momento cuenta el laboratorio, se

encontró que en el laboratorio es posible realizar cada una de las pruebas

seleccionadas para desarrollar en el taller y también muchas otras pruebas que no

son necesarias en un taller de reparación pero sí en un laboratorio académico.

151

El banco de pruebas para motores diseñado para el taller presenta algunas

ventajas sobre los bancos con los que cuenta el laboratorio, como por ejemplo las

medidas eléctricas que entrega el banco con solo conectar un motor a sus

terminales de salida sin ser necesario realizar otras conexiones para instrumentos

de medición, otra ventaja es que el banco también tiene incorporado el circuito de

fuerza, control y protección para la puesta en marcha de cualquier motor eléctrico

hasta 125 hP. Pero cabe anotar que esto se considera una ventaja para el

desarrollo de un trabajo en el cual se deben realizar las tareas de una forma

rápida y eficaz, ya que de esto depende la competitividad del servicio.

Para un laboratorio en donde se realizan prácticas de aprendizaje, se considera

que si es necesario que los mismos estudiantes monten el circuito completo de

fuerza, control y medida para cada uno de los ensayos, con el fin de que se

entiendan los circuitos de conexión y el por qué de los mismos.

Hay algunas sugerencias que se pueden considerar como resultado del análisis

de la aplicabilidad del diseño en el laboratorio de máquinas de la universidad.

8.1 SUGERENCIAS PARA EL LABORATORIO

De los equipos especificados para el diseño del Taller industrial, se considera que

152

podría ser muy útil para implementar el desarrollo de las prácticas de laboratorio,

el contar con los siguientes equipos:

v Máquina bobinadora

v Equipo de medida integrado.

La máquina bobinadora permitiría realizar prácticas que facilitarían el aprendizaje

de los diferentes tipos de devanados o esquemas de arrollamientos que tienen los

motores eléctricos; tema que no es fácil asimilar a nivel teórico únicamente. Se

podría realizar la conexión completa de un motor eléctrico, práctica que sin lugar a

dudas fortalecería los conocimientos sobre los conceptos básicos de máquinas

eléctricas.

La máquina bobinadora especificada para el taller es una máquina automatizada

que permite realizar el bobinado de un motor eléctrico rápidamente, maneja

diferentes tamaños de bobinas y velocidades para realizar las mismas; en el

laboratorio se podría tener una máquina bobinadora mucho mas sencilla ya que

para prácticas de laboratorio académico no sería necesaria tanta efectividad.

El equipo de medida integrado es algo que hoy día tiene mucha aplicación en los

diferentes campos de la Ingeniería Eléctrica. Contar con un equipo de este tipo en

el laboratorio de la Facultad permitiría una familiarizacion con sus características

de funcionamiento y su gran campo de aplicabilidad.

153

Algunos equipos de medida similares al especificado para el banco de pruebas

son utilizados para monitorear la calidad de energía de un sistema, tema que

actualmente es de suma importancia en la ingeniería eléctrica de todo el mundo.

Tambien resulta muy útil que en un laboratorio dedicado a la asignatura máquinas

eléctricas, como el de la Facultad, se tengan las herramientas y el equipo

necesario para la revisión, el armado y desarmado de los motores.

154

9 CONCLUSIONES

v El diseño de un Taller industrial para el diagnóstico, pruebas y reparación de

motores eléctricos permite aplicar todos los conocimientos adquiridos durante

la formación profesional. Además es un proyecto aplicable realmente, que

exige desarrollo de ingeniería.

v Para la realización del diseño se consideraron las diferentes y más comunes

fallas que se pueden llegar a presentar en los motores eléctricos, y también

algunas de las causas de esas fallas, que pueden ser de tipo mecánico o

eléctrico.

v Se consideraron y explicaron las pruebas que en un taller de reparación de

motores se deben realizar, basados siempre en las normas respectivas de la

IEEE, IEC y NTC. Dichas normas entregan una guía de la forma en que se

deben realizar las pruebas y los parámetros que se deben considerar y medir;

variables fundamentales para la especificación de los equipos necesarios en el

taller.

155

v Para el diseño del banco de pruebas de motores y de todo el taller en general

fue necesario reconsiderar el alcance del proyecto, que se había definido para

realizar el ensayo y reparación de motores de hasta 500 hP; pero analizando la

demanda actual del servicio que prestaría el taller y la viabilidad económica

del proyecto, se disminuyó este máximo de potencia a manejar hasta 125 hP.

v Resulta muy interesante el aplicar la ingeniería para diseños como éstos, que

deben entregar resultados positivos en el aspecto técnico, económico y de

competitividad.

v Para cada una de las etapas del diseño es muy necesario no solamente

dominar la parte técnica si no también la electrotecnia correspondiente, ya que

es ésta en realidad quien tiene la ultima palabra sobre las decisiones a tomar.

v Al especificar los equipos necesarios para el taller es fundamental indicar las

características básicas de funcionamiento de los equipos; es importante no

solamente considerar sus especificaciones eléctricas sino también sus

especificaciones físicas de dimensiones y pesos para asegurar el poder utilizar

los equipos.

v El diseño eléctrico de cualquier proyecto y especialmente el de propuestas de

este tipo es parte esencial para poder definir la planta física necesaria (la

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parte civil del proyecto); por lo que resulta de mucha importancia el que el

ingeniero eléctrico sea muy claro en sus especificaciones.

v El realizar la evaluación económica del proyecto permite conocer si el proyecto

es viable y factible económicamente. El estudio económico indicó que si es

posible realizar el proyecto ya que entrega una buena rentabilidad.

v Se cumplió con el objetivo general del proyecto mediante el desarrollo de cada

uno de los objetivos específicos aprobados por el Consejo de Facultad.

v La realización del presente trabajo de grado fue muy significativa e importante,

ya que sin lugar a dudas fortaleció la formación como futuros profesionales en

ingeniería eléctrica impartida por la universidad.

157

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