Rebobinado del Motor Asincrónico

Núcleo del Motor Asincrónico Rebobinado del Motor Asincrónico

Rebobinado del Motor Asincrónico. El desafío para cualquier empresa de reparación de motores, en la batalla actual por el ahorro de energía, debe ser doble: reparar la máquina adecuadamente y demostrar a los usuarios, mediante documentos y pruebas convincentes, que los motores reparados mantienen su eficiencia operacional.

Medidas para mantener la eficiencia del motor asincrónico durante su rebobinado

Numerosos estudios se han desarrollado para determinar el efecto que el rebobinado tiene sobre la eficiencia del motor asincrónico de «jaula de ardilla». Estos estudios identifican diversas variables que pueden impactar sobre la eficiencia en un motor rebobinado, incluyendo la temperatura de quemado del núcleo, el diseño del devanado, el tipo de rodamiento, el entrehierro y la resistencia del bobinado.

Las recomendaciones que se exponen en este trabajo son el resultado de esos estudios, que han ratificado que la eficiencia, tanto de los motores estándar, como en los de alta eficiencia, se puede mantener durante la reparación y el rebobinado. Esas prácticas, que contienen valores fiables (basados en los datos disponibles) y procedimientos adecuados, son aplicables a todo tipo de motor de baja tensión.

Debe prestarse atención a la prueba del núcleo, por sus características muy específicas, el poco conocimiento que hay sobre ella y las precauciones que se deben tomar al realizarla.

Programa de aseguramiento

Para asegurar la calidad debe comprobarse que los suministradores entreguen los materiales y componentes solicitados. Debe medirse el alambre para asegurar que los carretes están adecuadamente marcados. Hay que comprobar que el alambre y los materiales aislantes tengan las dimensiones adecuadas.

También debe conservarse la documentación de las pruebas iniciales y, especialmente, de la extracción de los devanados y de los ciclos y tiempos de cocido del horno. Igualmente, el barniz debe probarse a los intervalos indicados por los productores.

Programa de calibración

Hay que calibrar los instrumentos por lo menos anualmente, mediante un servicio de pruebas certificado. Para las pruebas de núcleo deben utilizarse instrumentos que lean los valores efectivos reales («rms»), ya que las tensiones y las corrientes en los ensayos pueden contener armónicos.

Prueba del núcleo

Los estatores de las máquinas deben ser probados, tanto antes como después de extraerle el devanado, y reparar el núcleo (si esto último resulta necesario), para asegurarse de que las pérdidas del núcleo no se hayan incrementado durante el proceso.

La prueba del núcleo o toroidal ha probado ser efectiva para detectar laminaciones en cortocircuito en la estructura ferromagnética del estator. Ésta se basa en establecer un nivel de inducción específico en el núcleo, energizando el toroide con una Fuente Monofásica. Las corrientes circulantes inducidas en las laminaciones simularán las pérdidas del núcleo que ocurren durante la operación normal, y calentarán el material ferromagnético (Esquema de Prueba del núcleo). Las condiciones en que se encuentra el núcleo se determinan a partir de su temperatura y de la potencia consumida.

Esquema de la prueba del núcleo

Para la prueba del núcleo se debe seleccionar una fuente, preferentemente de tensión variable y de la misma frecuencia que la nominal del motor. Debe garantizarse que la alimentación sea sinusoidal. Se requiere un termómetro, pirómetro, scanner infrarrojo u otro aparato para leer temperatura. El procedimiento para el cálculo de los parámetros del toroide y de los valores de las pruebas, se encuentran en la literatura especializada.

Los metros deben conectarse tan próximos al toroide como sea posible, con el objetivo de reducir la influencia de las pérdidas en los cables de alimentación. La tensión debe mantenerse constante durante toda la prueba.

El núcleo del estator comienza a calentarse una vez que el toroide ha sido energizado. Si las laminaciones no están dañadas, las temperaturas superficiales se mantendrán uniformes y usualmente se incrementarán de 5 a 10 °C en unos 30 minutos. Sin embargo, la razón de incremento variará con el tamaño del motor.

Los defectos localizados en el núcleo se harán evidentes a partir de las mediciones de temperatura durante la prueba. Las áreas dañadas, detectadas como puntos calientes, se calentarán varias veces más rápidamente que las que están en buen estado. Los puntos calientes cerca de la superficie pueden ser detectados en pocos minutos. Esos puntos calientes en la parte interior del hierro pueden necesitar un tiempo del orden de 20 minutos para hacerse evidentes en la superficie.

Han de registrarse las temperaturas de núcleo, tanto al comienzo como al final de la prueba, además de la temperatura ambiente (por si es necesario hacer correcciones) y los tiempos transcurridos. Debe hacerse una medición frecuente de la temperatura del núcleo con el objetivo de determinar rápidamente los puntos calientes. Tan pronto como esos puntos sean detectados, es necesario detener la prueba para evitar averías adicionales en el material ferromagnético. Deberán ser realizadas las reparaciones necesarias y probar de nuevo el núcleo. Se evaluarán los datos de la prueba para determinar si el núcleo está en buen estado, o si resulta necesario repararlo.

El núcleo puede ser utilizado si las pruebas indican:

1. Mínimo incremento de temperatura en el núcleo.
2. No resultan prevalecientes los calentamientos localizados.
3. Las pérdidas por kilogramo se comparan favorablemente con los datos que aporta la literatura, de la información ofrecida por el fabricante, o con valores tomados en núcleos semejantes.

Los valores de pérdidas específicas variarán de 2 a 13 W/kg dependiendo del tipo de material, del calibre de las láminas y del método de procesar el material ferromagnético. En las máquinas modernas son usuales valores más bajos, es decir, de 2 a 3 W/kg.

Valores de hasta 6 W/kg pueden considerarse satisfactorios, si no hay forma de compararlos. Se debe recordar que las pérdidas de la prueba representan solamente las pérdidas en la culata.

El núcleo deberá ser reparado si la prueba indica que una o las tres de las condiciones siguientes están presentes:

• La temperatura del núcleo es alta o se incrementa rápidamente.
• Se detectan calentamientos locales elevados.
• Los valores de las pérdidas por kilogramo son altos o se comparan desfavorablemente con otros valores de referencia.

La prueba que se realiza después de la reparación del núcleo se efectúa con la misma tensión y frecuencia que la primera y, tan aproximadamente como sea posible, a la misma temperatura ambiente. Es también importante estar seguro de que la bobina utilizada en la prueba «posterior» duplica tan cercanamente como sea posible aquélla usada en la prueba «anterior». Se registran las lecturas de los metros y las temperaturas, y se calculan las pérdidas por kilogramo.

Se determina el estado del estator, comparando las lecturas de los vatímetros anterior (W1) y posterior (W2) a la reparación. Si la relación W2/W1 no resulta mayor que 1,1, se puede considerar que el núcleo es adecuado para rebobinar, suponiendo que también cumple con los otros requerimientos que se explicaron anteriormente. Si la relación W2/W1 es mayor que 1,1, el núcleo debe ser reemplazado.

Reparación o reemplazo de las láminas

Si resulta necesario reparar el núcleo, se deben separar todas las láminas en cortocircuito. Cuando se vuelvan a apilar las láminas del núcleo, debe barnizarse una de las caras de las chapas, curar el barniz a la temperatura recomendada y colocar, entonces, los lados secados contra los no barnizados. Si las nuevas laminaciones tienen que ser recortadas, puede enviarse una muestra al suministrador. Debe asegurarse que las pérdidas en las nuevas laminaciones sean iguales o menores que en las originales.

Es necesario eliminar las rebarbas de todas las laminaciones nuevas o reapiladas.

Evaluación del impacto

Si se pretende cambiar el devanado de concéntrico al imbricado («lap»), o viceversa, es necesario evaluar con anterioridad el efecto que ese cambio tendrá sobre la eficiencia, ya que esto puede afectar las pérdidas adicionales e incrementar la resistencia del devanado. Hay que evitar los cambios que reduzcan la sección total de los conductores, que incrementen la longitud media de las vueltas, o que de alguna manera afecten la resistencia total del devanado. Las conversiones incorrectas pueden cambiar otras características operacionales del motor, no solamente su eficiencia.

Cuando el devanado concéntrico es de dos capas, algunas veces es posible mejorar la eficiencia mediante el cambio por devanado imbricado.

Medición y registro

Debido a que la resistencia es afectada por la temperatura, deben medirse y registrarse tanto la resistencia como la temperatura del devanado y del local.

Es conveniente medir y registrar la corriente y la tensión en todas las fases. Las tensiones en las líneas de un sistema de suministro eléctrico se alteran con la carga, de manera que no se debe suponer que se mantiene siempre una determinada tensión.

Las altas tensiones provocan que la corriente sin carga aumente. Las tensiones desbalanceadas causan que las corrientes sean también desbalanceadas en un porcentaje mayor que el desbalance de tensión.

Si las corrientes están desbalanceadas, se intercambian los tres terminales del motor, de tal manera que la dirección de rotación no cambie; y se prueba de nuevo el motor. Se debe observar si el terminal de entrada con alta corriente se sigue correspondiendo con la misma línea o no. Si se mantiene igual, el motor está bien. Si no, puede haber un problema con la máquina. Se deben registrar y conservar todas las lecturas.

Sobrecalentamiento del núcleo del estator

Los estudios demuestran que el efecto de la temperatura de quemado depende del tipo de aislamiento de las laminaciones. Los materiales orgánicos tienden a fallar a temperaturas inferiores que las de los materiales inorgánicos. La conclusión obvia es que extraer los devanados del estator a una temperatura muy alta daña el recubrimiento de las laminaciones. Esto causa cortocircuitos entre las laminaciones, aumentado las pérdidas del núcleo. Por esta razón se debe utilizar un horno de pirólisis controlado, y se recomienda que la máxima temperatura del núcleo no exceda los 360 °C para los materiales orgánicos y los 400 °C para los inorgánicos. Los núcleos más nuevos pueden ser procesados con seguridad a temperatura más alta. Si hay dudas sobre el tipo de material utilizado en un motor particular, y no se tiene información del fabricante, debe emplearse temperatura más baja.

Para prevenir el sobrecalentamiento deben seguirse las recomendaciones de los fabricantes de los hornos de pirólisis, al cargarlo. Diferentes diseños de hornos implican diferentes procedimientos. No se deben apilar estatores uno arriba del otro o colocar pequeños estatores dentro de los grandes. Estos hornos también deben estar equipados con «sprays» de agua que se activen automáticamente en el caso de alguna inflamación, o por si alguna temperatura excede la preestablecida. Las temperaturas, que pueden variar dependiendo de la localización de los sensores dentro del horno, deben ser adecuadamente monitoreadas.

Resistencia de los devanados

• Debe medirse cuidadosamente el calibre del conductor con un micrómetro antes de remover la capa de barniz.
• Debido a que actualmente muchos fabricantes de motores utilizan alambre métrico, o escalas intermedias a las convencionales, no deben usarse calibradores para determinar el calibre.
• El total del área de los conductores no debe ser reducida.
• No debe realizarse ningún cambio en las vueltas efectivas de los devanados.
• Antes de extraer el devanado hay que medir cuidadosamente y registrar las dimensiones de las bobinas: distancia interna nariz-nariz, paso, longitud de la bobina y extensión de sus terminales.
• Es necesario contar las vueltas cuidadosamente, asegurándose de que el conteo se realice en un grupo completo.
• Si se detecta la existencia de un número diferente de vueltas en las bobinas del mismo grupo, hay que comprobar otro grupo buscando el mismo patrón.
• Cuando se confeccionen las Bobinas de reemplazo hay que medir el alambre después de que el primer grupo de bobinas ha sido conformado.
• Mucha tensión puede estirar el alambre, reduciendo su diámetro e incrementando la resistencia y las pérdidas de cobre.

Otras medidas

• No utilizar llama para extraer el devanado o limpiar el núcleo. El calor descontrolado degrada el núcleo, como ya se explicó, y comba las laminaciones.
• No emplear chorreado de arena para la limpieza del núcleo. Este chorreado, o el de otros materiales duros, puede causar cortocircuitos entre las laminaciones si impactan a ciertos ángulos. Las laminaciones en corto circuito incrementan las pérdidas del núcleo. Hay que usar herramientas con materiales no metálicos, como rimas de madera dura.
• No cortocircuitar las laminaciones cuando se realice esmerilado o rellenado. Estos procedimientos, si se realizan inadecuadamente, pueden causar cortos entre las laminaciones, incrementando las pérdidas. Cuando se remueva el barniz de la estructura del estator después del cocido, debe evitarse incrementar el diámetro del estator o causar cortocircuitos en las laminaciones.
• No incrementar el entrehierro. Incrementar el diámetro del estator o recortar el rotor aumenta el entrehierro. Esto produce una mayor corriente de magnetización y afecta adversamente las pérdidas.

Enlaces externos

• www.cubasolar.cu

Fuentes

• Rodríguez, Dr.Carlos Rafael, Revista Científico-Popular de Cubasolar, Enero-Marzo 2011, no.53. ISSN:1028-9925.