REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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S O D VA
DISEÑO DE UN TABLERO PARA EL CALENTAMIENTO DE ROTORES DE GENERADORES SÍNCRONOS REPARADOS EN TURBOCARE, C.A. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
PRESENTADO POR: BR. IZEA R, ALEJANDRO A. C.I. 19.307.487 BR. MONTERO L, RAINER J. C.I 20.070.380
TUTOR ACADÉMICO
TUTOR INDUSTRIAL
__________________
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Prof. Geryk Núñez
Ing. Eduardo Belloso
MARACAIBO, DICIEMBRE DE 2011
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DISEÑO DE UN TABLERO PARA EL CALENTAMIENTO DE ROTORES DE GENERADORES SÍNCRONOS REPARADOS EN TURBOCARE, C.A.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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DISEÑO DE UN TABLERO PARA EL CALENTAMIENTO DE ROTORES DE GENERADORES SÍNCRONOS REPARADOS EN TURBOCARE, C.A.
TUTOR ACADÉMICO
TUTOR INDUSTRIAL
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Prof. Geryk Núñez
Ing. Eduardo Belloso
III
DEDICATORIA
Ante todo, darle gracias a Dios por habernos permitido vivir esta experiencia, ayudándonos a salir adelante en todo momento. A nuestros padres, Alex Izea y Rainer Montero, por ser nuestros pilares y nuestros mejores ejemplos a seguir; a nuestras madres Ana Reyes y Elisa León, dos seres hermosos que nos han demostrado el verdadero significado de la
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palabra amor; a ellos les debemos todo, y sin los cuales nada sería igual, gracias
ER S E A nuestros abuelos, quienes con R palabras han sabido impulsarnos a S O CHpor lo que queremos y sobre todo a aprender de la continuar creciendo, a E luchar R DE vida. por su esfuerzo, dedicación y apoyo, los amamos.
A nuestros hermanos Alberto, Maholys y Rainer E., quienes nos apoyaron en la realización de este trabajo de investigación. A nuestras familias, por siempre estar ahí para nosotros cuando más lo necesitamos, brindándonos su apoyo y cariño. A mi novia, quien ha estado junto a mí en las buenas y las malas, bridándome su amor, su atención, paciencia y dedicación, gracias por estar a mi lado (Alejandro). A personas especiales, que en cuerpo no forman parte de mi vida pero que fueron piezas fundamentales en mi camino, que me apoyaron y alentaron para seguir adelante, por ello mi corazón siempre estará con ustedes (Rainer). A nuestros amigos, quienes con sus palabras y ocurrencias, hicieron que este recorrido estuviese lleno de alegrías y momentos especiales. A ustedes, les dedicamos éste triunfo por que también es suyo.
IV
AGRADECIMIENTO
A la empresa TurboCare, C.A., por aceptarnos, y permitir la realización de este trabajo especial de grado dentro de sus instalaciones. A la Universidad Rafael Urdaneta, por ser la institución en donde se concibieron nuestros conocimientos. A los Ing. Eduardo Belloso y Juan García; por su dedicación a la hora de
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impartir sus conocimientos, por sus consejos y su compresión durante el
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desarrollo del proyecto.
HO C E nuestro trabajo especial DER de grado.
Al Prof. Geryk Núñez, por su asesoría brindada durante el desarrollo de
Al Prof. Claudio Bustos, por compartir sus experiencias y conocimientos, y ser ejemplo de disciplina y responsabilidad. A todos los profesores, en especial a la Prof. Nancy Mora, quien a lo largo de nuestra carrera nos instruyó conocimientos; haciéndonos crecer, tanto como persona como profesional. A nuestra amiga Ing. Dayana Vargas, quien nos dio a conocer muchos de los aspectos involucrados a las materias de nuestra carrera. A nuestra amiga Ing. Gabriela Morales, por su aporte y comprensión en cuanto al desarrollo de nuestra investigación. A todas y cada una de las personas que de una u otra forma son parte de este logro. Gracias.
V
INDICE GENERAL Pág. DEDICATORIAS
IV
AGRADECIMIENTOS
V
INDICE GENERAL
VI
RESUMEN
XVII
ABSTRACT
XVIII
INTRODUCCIÓN
A
RV E S E
R S O CH E R E
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA
DOS
D
XIX
21
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
22
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
26
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
26
3.1. OBJETIVO GENERAL
26
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
26
4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
27
5. DELIMITACIÓN
28
5.1. DELIMITACIÓN ESPACIAL
28
5.2. DELIMITACIÓN TEMPORAL
28
5.3. DELIMITACIÓN CIENTÍFICA
28
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
29
2.1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
29 VI
2.2 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
31
2.3. FUNDAMENTOS TEORICO
37
2.3.1. MÁQUINAS SINCRÓNICAS
38
2.3.1.1 ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE GENERADORES SÍNCRONOS
41
2.3.1.2. GENERALIDADES DEL DEVANADO ROTÓRICO
S O D VA
43
2.3.1.3. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR
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HO C E 2.3.1.4. CURVAS DER DE CAPACIDAD DEL GENERADOR
SINCRÓNICO
SINCRÓNICO
45
48
2.3.1.5. PLACA CARACTERISTICA DE LOS GENERADORES SÍNCRONOS
51
2.3.1.6. OPERACIÓN DE CORTA DURACIÓN Y FACTOR DE SERVICIO
53
2.3.2. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
54
2.3.2.1.
TERMOPAR
54
2.3.2.2.
AMPERIMETRO
55
2.3.2.3.
MEGOHMETRO
56
2.3.2.4.
EL SENSOR
57
2.3.3 DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Y CONTROL 2.3.3.1. EL CONTACTOR
61 61
VII
2.3.3.2. EL RELÉ
67
2.3.3.3. RELÉS POLARIZADOS
69
2.3.3.4. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y TENSIÓN
70
2.3.3.2. PLC
76
2.3.4. MATERIALES AISLANTES
77
2.3.4.1. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES
S O D VA
AISLANTES
R E S E 2.3.4.2. PROPIEDADES ELÉCTRICAS R DE LOS MATERIALES S O CH E R AISLANTES DE
78
79
2.3.4.3. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AISLANTES SEGÚN LA TEMPERATURA DE SERVICIO
79
2.3.4.4. TEMPERATURA LIMITE DE SERVICIO DE LOS MATERIALES AISLANTES
81
2.3.5. MATERIALES DE IMPREGNACIÓN Y RECUBRIMIENTO PARA BOBINADOS DE MAQUINAS ELÉCTRICAS
82
2.3.5.1. CONSTITUCIÓN DE LOS BARNICES AISLANTES
84
2.4
TERMINOLOGIA BÁSICA
85
2.5
OPERACIONALIZACIÓN DE LA VARIABLE
88
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO
93
3.1 TIPO DEINVESTIGACIÓN
94
VIII
3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
95
3.3 TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS
97
3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA
100
3.5 FASES DE LA INVESTIGACIÓN
100
CAPÍTULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADO
103
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4.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE REPARACIÓN DE
R E S E DEVANADOS ROTÓRICOS DE GENERADORES SÍNCRONOS R S O CH C.A. E R EJECUTADO ENTURBOCARE, DE
104
4.2. DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE MOLDEADO DE DEVANADOS, CURADO DE RESINA Y SECADO DE DEVANADOS
111
4.3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE CALENTAMIENTO OBSERVADO EN TURBOCARE, C.A.
113
4.4. REVISION DE NORMATIVA APLICABLE AL PROCESO DE CALENTAMIENTO DE ROTORES
116
4.4.1. NORMATIVA UTILIZADAS EN MANTENIMIENTOS Y PRUEBAS REALIZADAS A ROTORES DE GENERADORES POR PARTE DE LA COMPAÑÍA PETRÓLEOS MEXICANOS, ABALADA
116
POR IEEE 4.4.2. IEEE STD. 112-1996 – PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PARA MOTORES DE INDUCCIÓN POLIFÁSICOS Y GENERADORES
IX
118
4.4.2.1. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA
118
4.4.3. IEEE STD. 1-1986 PRINCIPIOS GENERALES PARA LÍMITES DE TEMPERATURA EN LA CALIFICACIÓN DE EQUIPOS
120
ELÉCTRICOS Y PARA LA EVALUACIÓN DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO 4.4.3.1. SELECCIÓN DE MÉTODO DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA
121
4.4.3.2. OBSERVACIÓN EN EL AUMENTO DE TEMPERATURA
S O D VA
SER
E R S HO
120
4.5. DEFINICIÓN DE REQUERIMIENTOS QUE DEBE SATISFACER
EC R E D
EL TABLERO PARA DESARROLLAR EL PROCESO DE
122
CALENTAMIENTO 4.5.1. REQUERIMIENTOS OPERATIVOS
122
4.5.2. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS
124
4.6. SELECCIÓN DE EQUIPOS
126
4.7. DISEÑO CIRCUITAL DEL TABLERO
134
4.7.1. DIAGRÁMA CIRCUITAL BASE
134
4.7.2. DIAGRÁMA CIRCUITAL MODIFIDICADO
137
4.7.3. SELECCIÓN DE EQUIPOS COMPLEMENTARIOS
139
4.8. DISEÑO DEL GABINETE
144
4.8.1. SELECCIÓN DE MATERIALES DEL GABINETE
144
4.8.2. DISTRIBUCIÓN DE EQUIPOS EN EL GABINETE
149
X
4.9. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA MANEJO POR MEDIO DEL PLC
154
4.9.1. DISTRIBUCION ENTRADAS – SALIDAS DEL PLC
154
4.9.2. PROTOCOLO DE CONTROL DE PROCESO POR EL PLC
156
4.9.3. DESARROLLO DEL PROGRAMA CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
ANEXOS
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BIBLIOGRAFÍAS
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158 163 164 165 169
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 Tipos de sensores electrónicos
60
Tabla 2.2 Características de (Pm) y (Ie) de un contactor Electromagnético
65
Tabla 2.3 Categoría de servicio del receptor de un contactor Electromagnético
66
Tabla 2.4 Aplicaciones en función de la categoría de servicio de los Contactores
67
Tabla 2.5 Equivalencias de funciones en el transformador de Instrumento
71 XI
Tabla 2.6 Precisiones normalizadas en transformador de corriente
74
Tabla 2.7 Precisiones normalizadas en transformador de tensión
77
Tabla 2.8 Temperatura de los materiales aislantes
79
Tabla 2.9 Temperatura límite de servicio de los materiales aislantes
82
Tabla 2.10 Cuadro de Variables
89
Tabla 4.1 Valores sugeridos para monitoreo de aumento de
S O D VA
Temperatura
R E S E Tabla 4.2 Corriente requerida para cadaR tipo de Rotor de Generador S O CHde calentamiento en TurboCare E R Eléctrico para realizar proceso DE
122
Tabla 4.3 Amperímetros de Corriente Directa
126
Tabla 4.4 Transformadores de Corriente
128
Tabla 4.5 Megóhmetros Digitales
129
Tabla 4.6 Termocuplas Tipo T
130
Tabla 4.7 Máquinas de soldar por arco eléctrico
132
Tabla 4.8 Controladores Lógicos Programables
133
Tabla 4.9 Entradas Discretas Utilizadas en el PLC
155
Tabla 4.10 Salidas Discretas 1746-OBP16 Utilizadas en el PLC
155
Tabla 4.11 Salidas Discretas 1746-OA16 Utilizadas en el PLC
155
Tabla 4.12 Entradas Analógicas 4-20mA Utilizadas en el PLC
156
XII
123
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 2.1 Relación entre la tasa de giro de los campos magnéticos de la máquina y la frecuencia eléctrica del estator
40
Ecuación 2.2 Tensión en una fase
46
Ecuación 2.3 Diferencia total entre EA y Vφ
47
Ecuación 2.4 Reactancia sincrónica de la máquina
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R E S E Ecuación 2.5 Ecuación final que describe Ra Vφ S O CH de potencia activa E R Ecuación 2.6 Origen del diagrama DE
Ecuación 2.7 Origen del diagrama de potencia reactiva
47 48 49 49
Ecuación 2.8 Longitud correspondiente a EA sobre el diagrama de Potencia
50
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Estructura Organizativa
31
Figura 2.2 Tipos de Rotores de Generadores Síncronos
39
Figura 2.3 Rotor de Polo no Saliente
43
Figura 2.4 Circuito Sencillo de Generador Síncrono
47
Figura 2.5 Circuito Equivalente por fases
48
Figura 2.6 Derivación de la curva de capacidad de un Generador XIII
Síncrono
49
Figura 2.7 Curva de capacidad del Generador
50
Figura 2.8 Placa característica de Máquinas Eléctricas
51
Figura 2.9 Megóhmetro
57
Figura 2.10 Contactor y Esquema del Contactor
62
Figura 2.11 Diagrama de Bloque de un Relé
68
Figura 2.12 Relé polarizado y Diagrama Esquemático
S O D VA
R E S E Figura 4.1 Método de calentamiento porR inducción y Extracción S O CH E R De Anillos de Retención DE
70
Figura 4.2 Proceso de Extracción de devanados
105
Figura 4.3 Proceso de Limpieza y Moldeado manual
106
Figura 4.4 Proceso de remplazo de aislamiento de los devanados
106
Figura 4.5 Pieza ferromagnética Limpia y bajo pintura Anti-Flash
107
104
Figura 4.6 Proceso de Inserción de bobinas en sus ranuras con sus aislantes respectivos
108
Figura 4.7 Compactación de Devanados
109
Figura 4.8 Aislamiento remplazado en cabezas de bobinas
109
Figura 4.9 Instalación de anillos de retención
110
Figura 4.10 Rotor reparado satisfactoriamente
111
Figura 4.11 Prensas de cabezas de bobinas
112
Figura 4.12 Aplicación de terminales sobre anillos colectores
113
XIV
Figura 4.13 Monitoreo del Operador
114
Figura 4.14 Periodo de disminución de temperatura controlada
115
Figura 4.15 Rotor adaptándose a temperatura ambiente
115
Figura 4.16 Amperímetro Análogo Vitel
127
Figura 4.17 Transformador de Corriente CIRCUTOR
129
Figura 4.18 Megóhmetro AEMC 5060
130
Figura 4.19 Termocupla EXEMYS PT100
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Figura 4.20 PLC SLC500 ALLEN BRADLEY
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131 133
Figura 4.21 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc
134
Figura 4.22 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc separados en bloques circuitales
135
Figura 4.23 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc modificado para el diseño del Tablero
138
Figura 4.24 HMI SIEMENS P1500 Basic
140
Figura 4.25 Contactor BTICINO FC4A6/230N
140
Figura 4.26 Modelo de tomacorriente BTICINO de 120v
141
Figura 4.27 Transmisor LTA-T 4-20 mA LOGIC Electronics
141
Figura 4.28 Relé de Panasonic RLAQE12112
142
Figura 4.29 Interruptor BTICINO Btdin 60-F82/63 y Btdin 60-F81/16
143
Figura 4.30 Materiales del Gabinete
144
Figura 4.31 Vista Frontal del Gabinete
145 XV
Figura 4.32 Vista Lateral del Gabinete
146
Figura 4.33 Vista Trasera del Gabinete
146
Figura 4.34 Distribución de Equipos Vista Frontal
151
Figura 4.35 Distribución de Equipos Vista Lateral
152
Figura 4.36 Distribución de Equipos Vista Trasera
153
Figura 4.37 Entradas y Salidas del PLC
154
Figura 4.38 Control del Corriente
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156
Figura 4.39 Selección de modo y control de baja corriente en el PLC
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160
Figura 4.40 Medición de aislamiento y control de media corriente en el PLC
161
Figura 4.41 Medición de aislamiento en el PLC luego del proceso de curado
162
XVI
DISEÑO DE UN TABLERO PARA EL CALENTAMIENTO DE ROTORES DE GENERADORES SÍNCRONOS REPARADOS EN TURBOCARE, C.A. RESUMEN Izea R, Alejandro A., Montero L., Rainer J. Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Electricista. Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica. Universidad Rafael Urdaneta. Maracaibo, Edo Zulia. Venezuela. Diciembre 2011.
[email protected],
[email protected]
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Este trabajo tuvo como propósito el diseño de un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A., cuyos objetivos están enmarcados en describir el proceso de reparación de los rotores, revisión de la normativa vigente, determinación de los requerimientos tantos técnicos como operativos, diseño del hardware y por último el desarrollo del software adecuado. Esta investigación fue de tipo descriptiva; de diseño documental, no experimental, de campo y transversal. La observación directa e indirecta, documental y entrevistas estructuradas fueron las técnicas utilizadas para la obtención de la información. Como resultados se obtuvo en principio la descripción general del proceso de reparación del rotor, haciendo énfasis en la fase de calentamiento del mismo, por otra parte se revisó la normativa vigente relacionada con dicho proceso, para posteriormente determinar los requerimientos técnicos y operativos y así ejecutar la selección de equipos necesarios para satisfacer el correcto funcionamiento del diseño. Finalmente se diseñó el hardware capaz de alojar distribuidamente los equipos seleccionados con anterioridad, para luego crear el software apropiado que comandara el funcionamiento del tablero de manera automatizada y sencilla. Con la implementación del diseño propuesto TurboCare, C.A., pondría a su disposición un equipo automatizado capaz de reducir las horas hombre y ofrecer a su clientela un proceso sumamente confiable mediante la obtención de registros característicos del mismo.
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Palabras claves: diseño, rotores, hardware, software, requerimientos.
XVII
DESIGN OF A BOARD FOR THE HEAT OF ROTOR SYNCHRONOUS GENERATORS REPAIRED IN TURBOCARE, C.A.
ABSTRACT Izea R, Alejandro A., Montero L., Rainer J. Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Electricista. Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica. Universidad Rafael Urdaneta. Maracaibo, Edo Zulia. Venezuela. Diciembre 2011.
[email protected],
[email protected]
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This work was aimed to design a board for the heating of a synchronous generator rotor repaired TurboCare, CA, the objectives are framed to describe the repair process of the rotors, review of current regulations, determination of many technical requirements as operational hardware design and finally the development of appropriate software. This research was descriptive, has a documental, nonexperimental, field and transversal design. The direct and indirect observation, documentary and structured interviews were the techniques used to obtain information. As results obtained in the first instance were the general description of the repair process of the rotor, with emphasis on the heating phase of it, on the other hand was reviewing existing regulations pertaining to such proceedings in order specify the technical and operational requirements and thus run the selection of equipment needed to meet the proper functioning of the design. Finally the hardware was designed capable of accommodating the selected equipment, and then create the appropriate software to command the operation of the board and easily automated. With the implementation of the proposed design TurboCare, CA, would provide automated equipment capable of reducing man hours and offer your customers a highly reliable process by obtaining records of the same characteristic.
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Key words: design, rotors, hardware, software, requirements
XVIII
INTRODUCCIÓN
Incrementar el nivel de competitividad y cumplir con las exigentes necesidades del mercado actual, se logra únicamente a través del aumento en la eficiencia de los procesos de producción. En toda instalación industrial o comercial el uso de la energía eléctrica es indispensable. La continuidad de servicio y la calidad de la energía consumida por
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los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, son necesarias para lograr mayor productividad.
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En TurboCare, C.A., actualmente se realizan los procesos de reparación de
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los generadores síncronos con buenos resultados, sin embargo no existen medios para corroborar con exactitud, si posterior a la reparación, el comportamiento del rotor es adecuado; pues para ello se requiere ponerlo en marcha, en condiciones similares a las de su trabajo habitual, exponiéndolo a corrientes que generen la correspondiente elevación de temperatura. Esta comprobación se ejecuta en niveles relativamente bajos de corriente, que no son suficientes para certificar su desempeño. Por esta razón surge la idea de diseñar un tablero para el calentamiento de rotores donde se pueda apreciar el comportamiento del mismo, y así comprobar su buen desempeño. Para llevar a cabo este diseño se emplearán herramientas metodológicas tales como: la observación, revisiones bibliográficas, entre otras; que sirvan como soporte para la obtención de la información necesaria para la realización de la propuesta planteada. El desarrollo de la investigación fue seccionado en cuatro capítulos, los cuales están estructurados de la siguiente forma: Capítulo I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. En este capítulo se presenta todo lo relacionado al planteamiento del problema, objetivo general y XIX
objetivos específicos de la investigación, justificación, así como también la delimitación espacial, temporal y científica de la investigación. Capítulo II: MARCO TEÓRICO. En este capítulo se recopila toda la información necesaria para el estudio, tal como antecedentes y fundamentos teóricos. Capítulo III: MARCO METODOLÓGICO. En el presente capitulo se define el tipo y diseño de la investigación, las técnicas e instrumentos de recolección
S O D Capítulo IV: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. VA En este capítulo se R E S el desarrollo de los objetivos E presentan los resultados obtenidos mediante R OS H C planteados en la investigación. E DER
datos, y las fases de la investigación.
XX
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ER I S CAPÍTULO E OS R
CH E R DE
El Problema
21
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se presentará todo lo relacionado al planteamiento del problema, objetivo general y objetivos específicos de la investigación, justificación, así como también la delimitación espacial, temporal y física de la investigación. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
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La energía eléctrica ha sido, desde sus inicios, una de las fuentes de mayor
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importancia de desarrollo del mundo moderno y su disponibilidad se ha hecho
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indispensable al momento de determinar el éxito económico de los países industrializados. Sin duda, la electricidad juega un papel muy importante en la vida del ser humano, debido a que gracias a la energía eléctrica se establecen una serie de comodidades, que con el pasar del tiempo se han tornado en una necesidad para el hombre. La generación eléctrica a nivel mundial se lleva a cabo mediante técnicas muy diferentes, una de las más explotadas es el aprovechamiento de un movimiento rotatorio que es el resultado de una fuente de energía mecánica directa, como puede ser la corriente de un salto de agua, la producida por el viento, o a través de un ciclo termodinámico. Esta energía mecánica es transformada a energía eléctrica gracias a máquinas rotativas, denominados generadores eléctricos, en su gran mayoría mediante generadores sincrónicos. El generador síncrono es capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica. Está compuesto principalmente por una parte dinámica o rotor y una parte estática o estator. Estos generadores eléctricos son muy utilizados en el ámbito de producción de energía eléctrica en grandes centrales, ya que posee un buen rendimiento, además de ser una máquina muy confiable de robustez y capacidad para trabajar en diferentes ambientes. 22
En Venezuela el suministro de energía eléctrica viene dado por la acción de los generadores síncronos, quienes se encargan de abastecer la carga del sistema nacional para el aprovechamiento del colectivo en general, de allí la consideración de su buen funcionamiento.
Debido a la importancia de mantener los generadores síncronos en continuo funcionamiento, es necesario un mantenimiento eficaz a través del cual
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se puedan detectar fallas y emprender reparaciones, para recuperar su condición
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operativa, ofreciendo mayor confiabilidad y continuidad en el proceso de
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generación; evitándose así consecuencias de mayor magnitud.
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Por lo general, los generadores síncronos presentan inevitables fallas eléctricas, debido a que se pueden presentar sobrecargas que les imponen temperaturas superiores a su valor nominal, ocasionando deterioro en los aislamientos de los conductores, que con el transcurrir del tiempo pueden originar daños por cortocircuitos, reflejados en su mayoría en la parte dinámica de la máquina, es decir, en el rotor.
Una de las fallas más comunes en devanados de rotores es el cortocircuito ya anteriormente mencionado, que se hace presente cuando dos o más espiras están eléctricamente en contacto. Este generalmente es ocasionado por una sobrecarga o exceso de corriente, que calienta de manera abrupta a los devanados, quemando los aislamientos y ocasionando así un cortocircuito entre espiras.
En particular, la reparación de los rotores de generadores síncronos se hace de manera rigurosa, ya que conlleva al despojo de todas las partes que 23
conforman el rotor, con el propósito de sustituir las piezas afectadas por nuevas tales como: reemplazo de bobinados, cambios de cojinetes, entre otros.
Posteriormente, realizadas las sustituciones de piezas, el rotor es sometido a un tratamiento térmico que consiste en la elevación de la temperatura de las bobinas del rotor, mediante la inyección de corriente de manera progresiva y controlada para luego con ayuda de unos dispositivos realizar el moldeado y
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prensado de las mismas en el área de cabeza de bobinas, con la finalidad de
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llevarlas a la medida adecuada para la instalación de los tacos espaciadores y
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anillos de retención. Por medio de la misma técnica de calentamiento se realizan
HO C E con el fin de retirar DERla humedad interna del rotor; otro procedimiento aplicado otros procesos, como es el caso de secado que se efectúa entre los 50 y 60 ºC
mediante el método de inyección de corriente es el curado, realizado a unos 150 ºC para lograr el curado de la resina aislante aplicada a los rotores luego del proceso de rebobinado.
Ya realizado los proceso de moldeado de devanados, curado de resina y secado es indispensable revisar el comportamiento del rotor, esto debido que al momento de su reparación los componentes utilizados por lo general no son de igual calidad que los utilizados por los grandes fabricantes de los generadores síncronos. Los materiales seleccionados en la repotenciación de estos equipos influyen de manera directa en el proceder nominal de la máquina, y por ello se hace necesario verificar que las características operativas del generador reparado, cumple con los parámetros nominales del equipo en corriente, tensión y potencia.
Las empresas que efectúan el servicio de reparación y mantenimiento de máquinas eléctricas, aplican diferentes técnicas para enmendar daños causados por fallas o desgastes mecánicos, con el fin mejorar los procesos mantenimiento y 24
cumplir sus metas. Una de esas empresas es TurboCare C.A., ubicada en el estado Zulia, especializada en la reparación y mantenimiento de máquinas eléctricas específicamente generadores síncronos, que en su mayoría son de gran capacidad.
En la actualidad en TurboCare C.A. se realizan los procesos de reparación con buenos resultados, pero la problemática se centra en el hecho de que no
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existen medios para corroborar con exactitud si, posterior a la reparación, el
R
comportamiento del rotor es adecuado; pues para ello se requiere ponerlo en
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marcha, en condiciones similares a las de su trabajo habitual, exponiéndolo a
HO C E R en niveles relativamente bajos de corriente, que no son comprobación seE D ejecuta
corrientes que generen la correspondiente elevación de temperatura. Esta suficientes para certificar su desempeño.
Entre las condiciones de trabajo desfavorables se tiene que el proceso de inyección de corriente al rotor es realizado por medio de una máquina de soldar, tipo generador con motor de combustión diesel, la cual emite gases nocivos para la salud de los trabajadores. Otra de las condiciones de trabajo no adecuada es el chequeo de temperatura en el rotor, que es ejecutado por medio de un operador cada cierto tiempo lo que conlleva a un costo por sobretiempo.
Por ello, a fin de solventar esta situación se ha propuesto como trabajo especial de grado, el diseño de un tablero para el calentamiento de rotores por medio de un proyecto piloto en la empresa TurboCare C.A., quien siendo líder en Latinoamérica en mantenimiento de equipos de transformación de energía, necesita garantizar a su amplia clientela, que los generadores reparados en sus instalaciones se desempeñarán de manera eficaz en sus respectivos campos de trabajo. 25
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
Con base en el planteamiento anterior se formula la siguiente interrogante: ¿Cómo diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.?
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.
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ER S E R Los objetivos propuestos en esta investigación son los siguientes: S O H EC R E D
3.1. OBJETIVO GENERAL. Diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. •
Describir los procesos de moldeado de devanados, curado de resina y secado de devanados, utilizados en rotores de generadores síncronos.
•
Analizar en normativa vigente el protocolo establecido para el proceso de calentamiento de rotores de generadores síncronos.
•
Determinar los requerimientos técnicos y operativos que debe satisfacer el tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
26
•
Diseñar el hardware requerido para el tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
•
Desarrollar el software adecuado a las especificaciones del tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN.
S O D A de la necesidad de La importancia de la presente investigación V surge R E E automatizar el proceso de calentamiento deS rotores de generadores síncronos R S HO C.A., y cambiar le metodología de trabajo, reparados en la empresaC TurboCare E DER de la misma el diseño para una posterior construcción e poniendo a disposición implementación, y así brindar un mejor servicio garantizado a su clientela.
Con la construcción de este tablero, fundamentado en el diseño propuesto, se podrá ejecutar adecuadamente y con las medidas de seguridad requeridas la inserción de corriente en rotores reparados correspondientes generadores síncronos; determinando y corrigiendo oportunamente los defectos de fabricación que puedan surgir en ese devanado.
Para los trabajadores de TurboCare C.A., encargados de esas labores, la utilización de este tablero representará un novedoso proceso, dotado del hardware y software apropiado, disminuyendo la incidencia del error humano en los resultados del proceso de calentamiento del devanado de este tipo de rotor, y en consecuencia incrementando la calidad del acabado del mismo. Es destacable como beneficio directo, que este tablero facilitará el mantenimiento y reparación de los generadores síncronos, ejecutado dentro de los talleres de TurboCare C.A, con un manejo sencillo del tablero por parte del operador; que se reflejará en la disminución de las horas hombres de trabajo 27
debido a la rapidez del sistema; reduciendo así los costos asociados, e incrementando el beneficio económico de la empresa.
Al automatizar el proceso de calentamiento en rotores de generadores síncronos se mejorarán las condiciones de trabajo del personal, ya que se eliminará la contaminación ocasionada por los gases emitidos por el motor diesel, y a su vez evitando la expansión del mismo al medio ambiente.
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5. DELIMITACIÓN. 5.1. DELIMITACIÓN ESPACIAL.
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HO C E R de investigación, se realizará en las instalaciones de El presente DEtrabajo
TurboCare, C.A., en el Departamento de Generadores, cuya sede se encuentra ubicada en la Zona Industrial, calle 146, Esq. Av. 62 Edificio TurboCare Maracaibo, Venezuela. 5.2. DELIMITACIÓN TEMPORAL.
La investigación será efectuada durante seis meses, a partir de la aprobación del anteproyecto. 5.3. DELIMITACIÓN CIENTÍFICA.
El área temática de trabajo está contemplada en la Ingeniería Eléctrica dentro la línea de investigación de Control en el Área de Automatización Industrial, dirigida a procesos relacionados con reparación de rotores de generadores síncronos de alta capacidad.
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CAPÍTULO II Marco Teórico
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA.
La compañía TurboCare, C.A., tuvo sus comienzos en la década de los 50 cuando Westinghouse Electric Corporation instala la primera turbina a gas en el
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Lago de Maracaibo. Dos décadas más tarde el 23 de Octubre de 1973, se da inicio a las operaciones de Servicios Industriales SerWestca, C.A (antes Servicios
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Industriales Westinghouse) y a partir de 1995 Servicios Industriales SerWestca,
HO C E Vapor hasta 400 MW, DER
C.A, enfoca sus negocios en su totalidad a: Turbinas a Gas hasta 180 MW, Turbinas a
Compresores Centrífugos y Generadores
Eléctricos. A partir del 01 de Octubre del 2008 SerWestca, C,A., se transforma en TurboCare, C.A., conservando su misma gente, sus mismos principios y sus mismos valores. Misión
Estamos orientados a prestar un servicio integral, contando con un grupo de profesionales altamente capacitados que manejan conocimiento en paralelo del producto, de servicio de campo, de capacidad de reparación, de atención al cliente y de la puntualidad en el tiempo de respuesta, que incluye inspecciones y reparaciones en taller. Visión
Convertirnos en el líder mundial en el suministro del mercado de accesorios partes turbo maquinaria y servicios mediante la entrega de una insuperable combinación de la capacidad de respuesta, fiabilidad y calidad.
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Consolidar las mejoras continuas de nuestros procesos e incrementar el valor agregado a nuestros servicios y fortalecer los conocimientos técnicos a través de la sinergia y la red de talleres y oficinas TurboCare ubicadas alrededor del mundo. Estructura Organizativa
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Figura 2.1 Estructura Organizativa Fuente: TurboCare, C.A. (2011)
2.2. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.
A continuación se exponen en forma resumida varios estudios que contemplan aspectos de interés y que representan un antecedente para esta investigación realizadas en la Facultad de Ingeniería, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo – Venezuela.
31
En el año 2003 Juan C. Rangel A, realizó el trabajo especial de grado en la escuela de Ingeniería Eléctrica, titulado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA
AUTOMATIZADO
PARA
EL
CONTROL
DE
PRUEBAS
EN
GENERADORES SINCRONICOS”.
Dicha investigación tuvo como objetivo general, diseñar y construir un sistema automatizado para el control de pruebas en generadores sincrónicos de baja tensión, en el laboratorio de máquinas eléctricas de la Escuela de Eléctrica de
S O D VA al laboratorio de a realizar con los generadores sincrónicos pertenecientes R E S máquinas eléctricas II, en funciónS de R losErecursos disponibles en el mismo y HO las variables de control y monitoreo en las C normativa aplicable; b)EDeterminar R E D pruebas de vacío, cortocircuito y en carga; c) Diseñar y construir el módulo de la Universidad del Zulia. Sus objetivos específicos fueron: a) Identificar las pruebas
control de pruebas que incluye la elaboración de esquemas de control, diseño ergonómico, planos eléctricos, conexionado interno, selección y especificaciones de equipos de medición, control, protección y adquisición de datos; d) Verificar las características de funcionamiento de la tarjeta de adquisición de datos PCI-6025E; e) Diseñar los diferentes algoritmos o programas, con el software LabVIEW, basado en la programación modular asociado al sistema de control; f) Elaborar el software con los diferentes programas en función del lenguaje de programación G; g) Comprobar el funcionamiento del sistema automatizado mediante la realización de las pruebas, previamente seleccionadas, en el generador sincrónico existente en el laboratorio.
La recopilación de la información necesaria fue extraída de textos, normas, guías, manuales técnicos, apuntes dictados por profesores de la cátedra máquinas eléctricas II. Además, en los textos se consultaron los fundamentos y bases teóricas aplicadas al trabajo especial de grado, así como también lo relacionado con las diferentes señales analógicas y digitales utilizadas en el proceso de adquisición de datos mediante la aplicación de la tarjeta PCI-6025E.
32
Este trabajo especial de grado corresponde a investigación de tipo descriptiva y explicativa. La técnica de recolección de datos utilizada se centra en información teórica de tópicos contenidos en fuentes, tales como: textos, normas, guías, manuales técnicos, información directa, entrevistas y otros. La metodología de trabajo está comprendida bajo cinco etapas que son: revisión bibliográfica, selección de pruebas o ensayos, diseño y construcción del módulo de control de pruebas, comprobación de resultados y elaboración del manual de usuario y disco de instalación.
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Se logró aplicar un sistema automatizado a un generador sincrónico, el
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cual consistía en el control de pruebas de vacío, cortocircuito y bajo carga. Dicho
HO C E R visual a travésD deEinstrumentos virtuales, minimizando el tiempo requerido para la sistema muestra las variables o parámetros en tiempo real, de forma impresa y
realización de los ensayos, creando mejores condiciones de seguridad al usuario y a los equipos, evitando gran cantidad de conexiones eléctricas además de
proporcionar mayor espacio físico por el uso del computador personal, utiliza instrumentos virtuales a nivel de laboratorio, reduce costos de equipos e instrumentos de medición que se traducen en una mínima inversión económica requerida para el funcionamiento de sus laboratorios. La lógica de control del ensayo, para la adquisición de las diferentes señales analógicas como corrientes y tensiones en AC o DC, son monitoreadas y procesadas a través de un cable de comunicaciones ubicado entre el módulo de control y la computadora. El acondicionamiento de señal, incluye funciones como amplificación, filtrado, aislamiento eléctrico y multiplicación. Así mismo, se destaca el control de la corriente de excitación, utilizando un motor DC acoplado al variac controlado a través del PID alojado en el software, diseñado para la ejecución de las experiencias prácticas de los generadores sincrónicos.
Esta investigación proporciona una visión de cómo aplicar un sistema automatizado para el monitoreo y control de variables o parámetros específicos predeterminados del sistema. Otro de los motivos por lo cual ha sido tomado como 33
antecedente es que enfoca un interés en mejorar las condiciones de trabajo del operario, creando mejores condiciones de seguridad al usuario, dando paso a nuestro interés de tomar en cuenta éstos importantes aspectos.
En el año 2008 Juan M. Carrasquero M., realizó el trabajo especial de grado en la escuela de Ingeniería Eléctrica, titulado, “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO DE PRUEBAS ELÉCTRICAS A FUSIBLES, INTERRUPTORES, TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y CONECTORES
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DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN UTILIZADOS POR ENELVEN”.
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HO C E R eléctricas a fusibles, interruptores, transformadores de automatización de DEpruebas El objetivo general planteado fue diseñar e implementar un sistema de
corriente y conectores de media y baja tensión utilizados por Enelven, y los
objetivos específicos fueron: a) Diagnosticar el estado físico y operativo de la máquina del equipo de inyección de corriente perteneciente al laboratorio de verificación de calidad de Enelven; b) Desarrollar el protocolo de pruebas tomando en consideración las normas vigentes nacionales e internacionales para fusibles, interruptores, transformadores de corriente y conectores de media y baja tensión; c) Determinar las características técnicas y la filosofía de operación del sistema de automatización; d) Realizar el hardware y el software del sistema de automatización; e) Comprobar el funcionamiento del sistema de automatización y elaborar el manual de usuario. Para esta investigación, se aplicaron diversas técnicas de recolección de datos, entre las cuales se pueden mencionar: la observación documental, la observación directa, la observación indirecta y la entrevista estructurada. Se enmarca dentro de la investigación descriptiva y en la cual las actividades requeridas para la consecución de los objetivos planteados se dividen en seis fases. A continuación se describen dichas fases: recopilación de información, diagnóstico del equipo inyector de corriente, desarrollo de los protocolos de 34
pruebas, diseño del sistema automatizado, verificación del funcionamiento del sistema de automatización, elaboración del manual de usuario del sistema de automatización.
Se logró el diseño e implementación de un sistema automatizado de pruebas eléctricas que permite elaborar pruebas eléctricas a los dispositivos antes mencionados y visualizar los resultados de cada una de las pruebas realizadas con el mismo. Este sistema consta de un hardware diseñado especialmente para
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esta aplicación, conformado por un motor, termopares, un computador portátil, un
R
equipo inyector de corriente, una interfaz y un transformador de corriente de igual
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formar el sistema posee un software diseñado en VISUAL BASIC 6.0, que permite
HO C E R en las que resulta muy simple introducir la información pantallas de fácil DEmanejo,
controlar y monitorear la ejecución de las pruebas de forma sencilla a través de requerida para la elaboración de dichas pruebas eléctricas. El hardware y el software combinados constituyen el sistema automatizado que se convierte en una herramienta de avanzada demostrada mediante apropiados y confiables resultados, obtenidos en las pruebas en dispositivos seleccionados, utilizando los protocolos de pruebas diseñados también para estos fines, así como el referido al sistema automatizado. Con este producto se fortaleció el equipamiento del mencionado laboratorio y asegura la correcta ejecución de las pruebas. Dicha investigación está centrada en el diseño de un sistema automatizado, el cual nos provee información relevante para diseñar sistemas de control automatizados para efectuar pruebas eléctricas. A su vez, el sistema consta de un hardware diseñado conformado por termopares, entre otros elementos, los cuales son de suma importancia a la hora de la realización de nuestro trabajo especial de grado ya que se tomará en cuenta como elemento dentro del diseño.
En el año 2008 José R. Carbone N. y Eduardo J. Morón M, realizaron el trabajo especial de grado en la escuela de Ingeniería Eléctrica, titulado, “DISEÑO 35
DE MÓDULO DE PRUEBAS PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE VUELTAS EN BOBINAS DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN, ELABORADAS POR LA EMPRESA TIVECA”.
Esta investigación tuvo como objetivo principal, diseñar un módulo de pruebas para determinar el número de vueltas en las bobinas de los transformadores de distribución, elaboradas por la empresa TIVECA, y entre sus objetivos específicos se pueden nombrar: a) Identificar las características
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constructivas de las bobinas de los transformadores de distribución elaboradas por
R
la empresa TIVECA; b) Establecer criterios de diseño, especificaciones técnicas y
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filosofía de operación del módulo de pruebas para la comprobación del número de
HO C E eléctrico y mecánico DERdel módulo de pruebas; d) Elaborar los planos ergonómicos y
vueltas en bobinas de transformadores de distribución; c) Realizar el diseño eléctricos del módulo de pruebas; e) Elaborar características técnicas de los diferentes componentes que constituyen al módulo de pruebas; f) Realizar el estimado de costo de materiales y equipos a utilizar para la construcción del módulo de pruebas.
Las técnicas de recolección de datos utilizadas fueron: La observación directa y las entrevistas estructuradas al personal especializado en la materia adscrita a la empresa TIVECA, tales como ingenieros, técnicos y trabajadores. La observación documental fue otro de los métodos para la recolección de datos. El tipo de investigación realizada fue de tipo descriptiva y la metodología de trabajo comprende tres fases, éstas son las siguientes: documentación teórica, documentación técnica y diseño del módulo de prueba del número de vueltas en bobinas. Se logró la elaboración de un diseño completo de un módulo capaz de realizar esta prueba, el cual se desarrolló basado en la experiencia del personal calificado. La investigación se inicia con una identificación de las principales características constructivas de las bobinas de los transformadores de distribución 36
que actualmente fabrica la empresa. Esta propuesta presenta los diferentes criterios aplicados para el desarrollo del diseño del módulo, como también los detalles de las características físicas y dimensiones, además todo lo relacionado con el diseño eléctrico y mecánico que garantizan su adecuado funcionamiento, igualmente se encuentran los planos ergonómicos y eléctricos para su construcción y las especificaciones técnicas de cada uno de los componentes implementados. Esta investigación consta con un estimado de costo de materiales y equipos necesarios para la fabricación del módulo de pruebas.
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Esta investigación se presenta como un gran aporte para el presente
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trabajo especial de grado, ya que el mismo ilustra el proceso para establecer los
HO C E R de control, así como también las dimensiones, y todo lo operación de D un E módulo criterios de diseño, especificaciones técnicas, características físicas y filosofía de
relacionado con la parte eléctrica y mecánica que garantizan su adecuado funcionamiento, proporcionando así información de mucha utilidad para el logro de nuestro trabajo especial de grado.
2.3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. Toda investigación o proyecto debe mostrar la estrecha relación que existe entre la teoría, el proceso de investigación y la realidad o entorno. La finalidad de las bases teóricas es el situar el problema que se está estudiando dentro de un conjunto de conocimientos, que permita orientar la búsqueda y ofrezca una conceptualización adecuada de los términos que se utilizaran en el trabajo.
La teoría da significado a la investigación. Es a partir de las teorías existentes sobre el objeto de estudio, como pueden generarse nuevos conocimientos. La validez interna y externa de una investigación se demuestra en las teorías que la apoyan y, en esa medida, los resultados pueden generalizarse.
37
2.3.1. MÁQUINAS SINCRÓNICAS.
Los generadores sincrónicos o alternadores son máquinas sincrónicas utilizadas para convertir energía mecánica en energía eléctrica. Este capítulo estudia los generadores sincrónicos, cuando operan solos o cuando operan conjuntamente con otros generadores. En un generador síncrono se aplica una corriente de excitación al devanado
S O D VA giratorio dentro de gira mediante un motor primario y produce un campo magnético R E S un grupo trifásico de tensiones Einduce R la máquina. Este campo magnético S giratorio O H C en los devanados del estator del generador. E DER del rotor, la cual produce un campo magnético. Entonces el rotor del generador
Dos términos muy utilizados para describir los devanados de la máquina son: devanados de campo y devanados de armadura. En general, el término “devanados de campo” se aplica a los devanados que producen el campo magnético principal en la máquina, por su parte el término “devanados de armadura” se aplica a los devanados donde se induce la tensión principal. En las máquinas sincrónicas, los devanados de campo están sobre el rotor, de modo que los términos “devanados del rotor” y “devanados de campo” se utilizan indistintamente. De igual modo se emplean los términos “devanados estatóricos” y “devanados de armadura”.
Por su parte, el rotor de un generador sincrónico es un gran electroimán. Los polos magnéticos del rotor pueden ser construidos salientes o no salientes. El término “saliente” significa “proyectado hacia afuera”; un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia afuera de la superficie del rotor. Por otro lado, un polo no saliente es un polo magnético construido al mismo nivel de la superficie del rotor. La figura 2.2 a) muestra un rotor de polos no salientes o cilíndricos y la figura 2.2 b) muestra un rotor de polos salientes. Puesto que el rotor está sujeto a
38
campos magnéticos variables, se construye con láminas delgadas agrupadas para reducir las pérdidas por corrientes parásitas. (Stephen J. Chapman, 2005).
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Figura 2.2. a) Rotor de polo no saliente o cilíndrico. b) Rotor de polos saliente. Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
Los anillos rozantes son metálicos que circundan el eje de la máquina pero se encuentran aislados de él. Un extremo del devanado del rotor está unido a cada uno de los dos anillos rozantes colocados sobre el eje de la máquina síncrona, y una escobilla estacionaria se desliza sobre cada anillo rozante. Una “escobilla” es un bloque de un compuesto de carbón grafitado que conduce la electricidad libremente y tiene muy baja fricción para no desgastarse con los anillos rozantes. Si se conecta el extremo positivo de una fuente de tensión a una escobilla y el extremo negativo a la otra, se aplicará igual tensión al devanado de campo en todo momento, sin tener en cuenta la posición angular o la velocidad del rotor.
Los anillos rozantes y las escobillas crean algunos problemas cuando se utilizan para suministrar potencia de los devanados de campo de la máquina 39
sincrónica, pues exigen más mantenimiento en la máquina ya que se deben revisar con regularidad las escobillas debido a su desgaste. Además, la caída de tensión en las escobillas puede causar pérdidas significativas de potencia en las máquinas que tienen grandes corrientes de campo. A pesar de estos problemas, los anillos rozantes y las escobillas se utilizan en todas las máquinas sincrónicas pequeñas ya que en ningún otro método de suministro de corriente de campo es adecuado por el costo que representa.
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R
Los generadores sincrónicos son por definición, aquellos donde la
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frecuencia eléctrica producida está entrelazada o sincronizada con la tasa
HO C E electroimán al cual se suministra corriente directa. El campo magnético del rotor DER mecánica de rotación del generador. Un rotor de generador síncrono consta de un
apunta en cualquier dirección según gire el rotor. La relación entre la tasa de giro de los campos magnéticos de la máquina y la frecuencia eléctrica del estator se expresa mediante la ecuación 2.1:
(Ec. 2.1)
Dónde: fe = Frecuencia eléctrica, en Hz. nm = Velocidad mecánica del campo magnético en r/min (igual a la velocidad del rotor para las máquinas sincrónicas). P = Número de polos.
Puesto que el rotor gira con la misma velocidad que el campo magnético, esta ecuación relaciona la velocidad de rotación del rotor con la frecuencia eléctrica resultante. Dado que la potencia eléctrica es generada a 50 ó 60 Hz, el 40
generador debe girar a una velocidad fija que depende del número de polos de la máquina. Por ejemplo, para generar potencia a 60 Hz en una máquina de dos polos, el rotor debe girar a 3600 r/min. Para generar potencia a 50 Hz en una máquina de cuatro polos, el rotor debe girar a 1500 r/min.
2.3.1.1. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE GENERADORES SÍNCRONOS.
Si en un generador sincrónico se aplica al embobinado del rotor una
S O D VA lo cual producirá un del generador se impulsará por medio de un motorR primario, E S Este campo magnético rotatorio, E R campo magnético rotatorio dentro de la máquina. S Ovoltajes H C inducirá un sistema trifásico de dentro del embobinado del estator del E R E generador. D corriente contínua, se producirá un campo magnético en el rotor. Entonces, el rotor
El rotor de un generador sincrónico es esencialmente un gran electroimán. Los polos magnéticos del rotor pueden ser de construcción saliente o no saliente. El término saliente significa protuberante o resaltado; y un polo saliente es un polo magnético que resalta de la superficie del rotor. Por otra parte, un polo no saliente es un polo magnético construido a ras de la superficie del rotor. Los rotores de polo no saliente se usan normalmente para rotores de dos y cuatro polos, mientras que lo de polo saliente se utiliza normalmente en rotores de cuatro o más polos. Como el rotor está sujeto a cambios en los campos magnéticos, se construye de láminas delgadas para reducir perdidas por corrientes parásitas.
Un flujo de corriente continua debe alimentar el circuito de campo del rotor. Puesto que éste está girando, se necesita un arreglo especial para llevar la fuerza de corriente contínua a su embobinado de campo. Hay dos métodos comunes para suministrar esta fuerza corriente contínua: 1.- Suministrarle al rotor la potencia de corriente contínua desde una fuente externa de corriente contínua, por medio de anillos de rozamiento y escobillas. 41
2.- Suministro de potencia de corriente contínua desde una fuente de corriente contínua especial, montado directamente en el eje del generador sincrónico.
Los
anillos
de
rozamiento
son
anillos
metálicos
que
envuelven
completamente al eje de la máquina, pero aislados de él. Cada extremo del embobinado del rotor de corriente contínua está unido a cada uno de los dos anillos de rozamiento del eje de la maquina sincrónica y sobre cada uno de ellos
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se coloca una escobilla. Si el extremo positivo de una fuente de voltaje de
R
corriente contínua se conecta a una escobilla y el extremo negativo a la otra,
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entonces el mismo voltaje de corriente contínua llegara al embobinado de campo
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en todo momento, sin tener en cuenta la posición angular o la velocidad del rotor.
D
Los anillos de rozamiento y las escobillas crean algunos problemas cuando se usan para suministrar potencia de corriente contínua a los embobinados de campo de una maquina sincrónica. Ellos aumentan la cantidad de mantenimiento requerido por la máquina, puesto que las escobillas deben examinarse periódicamente para ver su estado de desgaste. Además, la caída de voltaje en las escobillas puede ser la causa de pérdidas significativas de potencia en máquinas con corriente de campo muy grandes. A pesar de estos problemas, los anillos de rozamiento y las escobillas se usan en todas las máquinas sincrónicas más pequeñas, porque ningún otro método es tan económico para suministrar la corriente de campo. En generadores y motores más grandes, se usan excitatrices sin escobillas para suministrarle la corriente de campo a la máquina. Una excitatriz sin escobilla es un generador de corriente alterna pequeño con su circuito de campo montado sobre el estator y su circuito de inducido montado sobre el eje del rotor. La salida trifásica de la excitatriz se rectifica a corriente contínua con un circuito rectificador trifásico, montado también sobre el eje del generador y luego inyectado al circuito de campo principal. Controlando la escasa corriente de campo de corriente 42
contínua, en la excitatriz (localizada en el estator), es posible ajustar la corriente de campo en la máquina principal sin anillos rozantes ni escobillas. Puesto que nunca ocurre un contacto mecánico entre el rotor y el estator, una excitatriz sin escobillas, requiere mucho menos mantenimiento que los anillos rozantes y las escobillas.
Para hacer la excitación de un generador completamente independiente de cualquier fuente de potencia externa, una pequeña excitatriz piloto se incluye a
S O D VA
menudo en el sistema. Una excitatriz piloto es un generador de corriente alterna
R
pequeño, con imanes permanentes montados sobre el eje del rotor y un devanado
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trifásico sobre el estator; ella produce la potencia para el circuito de campo de la
HO C E (Stephen J. Chapman, DER2005).
excitatriz, que a su vez control el circuito de campo de la maquina principal.
Figura 2.3. Rotor de polos no salientes. Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
2.3.1.2. GENERALIDADES DEL DEVANADO ROTÓRICO.
Conexiones del arrollamiento de un rotor devanado
Los rotores pequeños se suelen conectar como trifásico de la misma manera que los devanados primarios, distribuyendo los grupos polares de cada
43
fase de manera que estén todos ellos en serie o formando dos o más secciones en paralelo.
Las tres fases se conectan en estrella o en triangulo, todo ello para obtener una tensión entre anillos apropiada.
En los motores grandes con bobinas de barra y un gran número de polos y grupos, las conexiones frontales suelen ser muy incomodas de hacer, difíciles de
S O D VA
sujetar y equilibrar, y requieren también el empleo de gran cantidad de cobre. En
R
estas máquinas se acostumbran a emplear el arrollamiento ondulado, ya que con
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este solamente se necesitan doce terminales en un arrollamiento trifásico, con el
HO C E par de R polos. Los arrollamientos DE
sistema de conexiones de grupo, deben ser conectados entre si doce terminales para cada
ondulados pueden ser del tipo
ondulado propiamente dicho o modificado. En el primero se combinan los polos y ramas de forma que todas las bobinas tengan el mismo paso; con el tipo modificado un grupo de bobinas tiene un paso menor que los demás que los demás en seis sitios diferentes.
Para formar el sistema de devanado ondulado se va siempre siguiendo alrededor el rotor, cambiando de sentido en cada polo. Después de haber dado una vuelta completa, el primer conductor segundo circuito cae al lado del que ha servido del punto de partida, ya sea antes o después. Si es después el devanado se llama progresivo, y si es antes retrogrado. En un devanado ondulado la comprobación más importante es que el primer conductor de la segunda vuelta caiga al lado del primero de la primera. (Stephen J. Chapman, 2005). Devanados ondulados propiamente dichos para rotores devanados
Pueden ser divididos en secciones, siguiendo el devanado siempre un mismo sentido y dividendo en seis partes iguales o emplear el método abreviado; este método supone dos conductores por ranura, modo que cuando se trata de 44
cuatro conductores se supondrá el número de estos doblados. Para obtener un número impar de ranuras con dos conductores, mediante un devanado con cuatro barras por ranura, se deja muerta una bobina, es decir, un conductor superior de una ranura y un conductor inferior de otra ranura que este separado de la primera a una distancia igual al paso. Si se ha de tomar alguna derivación en una ranura comprendida entre una bobina muerta o inactiva
se debe tener cuidado en
escoger la barra conveniente. La primera ranura que tiene un conductor inactivo (supongamos que sea el superior) tiene solamente el conductor del fondo activo;
S O D VA
por lo tanto el conductor superior de la ranura próxima debe considerarse como
R
perteneciente a la primera ranura. En otras palabras, las nuevas ranuras en la
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zona comprendida en una ranura inactiva están formadas por el conductor inferior
HO C E deD estas ERranuras, lo anteriormente
de una ranura y el conductor superior de la siguiente. Si no debe tomarse ninguna derivación
expuesto no debe tenerse en
cuenta. (Stephen J. Chapman, 2005).
Devanados ondulados modificados para rotores devanados
Prácticamente todos los bobinados del tipo ondulado, en los rotores de construcción moderna, están modificados de manera que el número de fases por el número de polos sean iguales para grupos iguales de bobinas, o bien que el número de ranuras sean un múltiplo del producto del número de fases por el número de pares de polos si se admiten grupos desiguales de bobinas. Esto se obtiene curvando los extremos de las bobinas en seis sitios diferentes alrededor del rotor para acortar el paso anterior de una ranura. (Stephen J. Chapman, 2005). 2.3.1.3. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR SINCRÓNICO.
La tensión EA es la tensión interna generada, en una fase del generador sincrónico. Sin embargo, esta tensión EA no es usualmente la tensión que aparece en los terminales del generador. En efecto, la única vez en la cual la tensión interna EA es la misma tensión de salida Vφ, de una fase es cuando no 45
fluye corriente de armadura en la máquina. ¿Por qué la tensión de salida φ de V una fase no es igual a EA, y qué relación hay entre las dos tensiones? La respuesta a estas preguntas lleva al modelo de generador sincrónico. Existen varios factores que ocasionan la diferencia entre EA y Vφ: 1. La distorsión del campo magnético del entrehierro debida a la corriente que fluye en el estator, llamada reacción del inducido.
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2. La autoinductancia de las bobinas de la armadura.
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3. La resistencia de las bobinas de la armadura.
D
4. El efecto de la forma de los polos salientes del rotor.
El primer efecto mencionado y normalmente el mayor de ellos es la reacción del inducido. Cuando gira el rotor de un generador, se induce un tensión EA en las bobinas estatóricas del mismo. Si se conecta una carga a los terminales del generador, fluye una corriente, pero el flujo de corriente trifásica estatórica produce un campo magnético propio en la máquina. Este campo magnético estatóricos distorsiona el campo magnético del rotor cambiando la tensión de fase resultante. Este efecto se llama reacción del inducido debido a que la corriente del inducido (estator) afecta al campo magnético que la produce en primera instancia. (Stephen J. Chapman, 2005).
La tensión en una fase es entonces:
(Ec. 2.2)
46
Obsérvese el circuito de la figura 2.4. La ley de tensiones de Kirchhoff para este circuito se muestra en la ecuación (2.2). Entonces, la tensión de reacción del inducido se puede modelar mediante una inductancia en serie con la tensión interna generada.
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DFigura 2.4. Circuito Sencillo del Generador Sincrónico. Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
Además de los efectos de la reacción del inducido, los devanados del estator tienen una autoinductancia y una resistencia. Si llamamos IA la autoinductancia del estator (y XA a su correspondiente reactancia), mientras que la resistencia del estator es llamada RA, la diferencia total entre EA y áVφ est dada por:
(Ec. 2.3)
Los efectos de la reacción del inducido y la autoinductancia de la máquina son representados por reactancias, y es costumbre combinarlas en una sola llamada reactancia sincrónica de la máquina: (Ec. 2.4)
La ecuación final que describe a Vφ es: 47
(Ec. 2.5)
El circuito equivalente por fase de esta máquina se muestra en la figura 2.5. Se debe tener en cuenta un factor importante al utilizar el circuito equivalente por fase: las tres fases tienen igual tensión y corriente sólo cuando las cargas conectadas a ellas están balanceadas. Si las cargas sobre el generador no están
S O D VA
balanceadas, se requieren técnicas de análisis más sofisticadas.
R
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D
Figura 2.5. Circuito equivalente por fase. Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
2.3.1.4 CURVAS DE CAPACIDAD DEL GENERADOR SINCRÓNICO.
El límite de calentamiento del rotor y del estator, junto con cualquier limitante externa al generador, pueden ser expresados en forma gráfica por un diagrama de capacidad. Un diagrama de capacidad es un dibujo de la potencia compleja S = P + jQ derivado del diagrama fasorial del generador, suponiendo que Vφ es constante en la tensión nominal de la máquina. (Stephen J. Chapman, 2005).
48
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Figura 2.6. Derivación de la curva de capacidad de un generador sincrónico, a) Diagrama fasorial del generador, b) Unidades correspondientes de potencia.
D
Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
La figura 2.6a muestra el diagrama fasorial de un generador sincrónico que opera a un factor de potencia en atraso y tensión nominal. Se dibuja un conjunto de ejes ortogonal sobre el diagrama con su origen en el extremo de Vφ y unidades de volts. En este diagrama, el segmento vertical AB tiene una longitud XS.IA.cosθ y el segmento horizontal OA tiene una longitud XS.IA.senθ. Los ejes vertical y horizontal de la figura pueden ser recalibrados en términos de las potencias real y reactiva (figura 2.6b). El factor de conversión para cambiar la escala de los ejes de volts a voltamperes (unidades de potencia) es 3 Vφ/XS: En los ejes de tensión, el origen del diagrama fasorial está en -Vφ sobre: el eje horizontal, de modo que el origen del diagrama de potencia está en:
(Ec. 2.6) (Ec. 2.7)
49
La corriente de campo es proporcional al flujo de la máquina y éste es proporcional a EA = K.φ.ω. La longitud correspondiente a EA sobre el diagrama de potencia es:
(Ec. 2.8)
S O D VA
La corriente del inducido IA es proporcional a XS.IA y, la longitud correspondiente a XS.IA sobre el diagrama de potencia es 3.VφIA.
R
SE E R S
HO C E ER
D
Figura 2.7. Curva de capacidad del generador. Fuente: Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman, 2005.
La curva final de capacidad del generador sincrónico se muestra en la figura 2.7. Es un dibujo de P contra Q, en que la potencia real P está sobre el eje horizontal y la potencia reactiva Q sobre el eje vertical. Las líneas de corriente del inducido Ia constante aparecen como líneas de S = φ.IA, 3.V las cuales son círculos concéntricos alrededor del origen. Las líneas de corriente de campo constante corresponden a líneas de EA constante, las cuales se muestran como círculos de magnitud 3.EA.Vφ/XS centrados en el punto .
50
El límite de la corriente del inducido
aparece como
el
círculo
correspondiente a la corriente nominal IA o a los kilovoltamperes nominales, y el límite de la corriente de campo aparece como el círculo correspondiente a IF o EA nominales. Cualquier punto situado entre ambos círculos es un punto de operación segura para el generador.
2.3.1.5 PLACA CARACTERISTICA DE LOS GENERADORES SÍNCRONOS.
S O D A fácilmente visible y Cada generador debe contar con una placaR deV datos, E ESdel mismo material que las placas. R firmemente sujeta al generador conS remaches HO C Las placas de datos deben ser de acero inoxidable, la pintura no debe cubrir las E R E D placas de datos, la información debe ser grabada en el metal de las placas de tal
manera que pueda ser leída aunque desaparezca la coloración e impresiones de superficie. (Stephen J. Chapman, 2005). Placas de identificación de máquinas eléctricas según la norma DIN:
Figura 2.8. Placa característica de máquinas eléctricas según la norma DIN. Fuente: http://electricidad-viatger.blogspot.com/2008/06/placa-de-caractersticas-en-las-mquinas.html
51
En donde: 1. Nombre del fabricante. 2. Tamaño, forma de construcción. 3. Clase de corriente. 4. Clase de máquina; motor, generador, etc. 5. Número de fabricación. 6. Identificación del tipo de conexión del arrollamiento. 7. Tensión nominal.
S O D VA
8. Intensidad nominal.
ER S E R aparente en kVA en generadores corriente continua e inducción. Potencia S O H síncronos. REC E D 10. Unidad de potencia, por ejemplo kW.
9. Potencia nominal. Indicación en kW para motores y generadores de
11. Régimen de funcionamiento nominal. 12. Factor de potencia. 13. Sentido de giro. 14. Velocidad nominal en revoluciones por minuto revol/min. 15. Frecuencia nominal. 16. “Err” excitación en máquinas de corriente continua y máquinas síncronas. “Lfr” inducido para máquinas asíncronas. 17. forma de conexión del arrollamiento inducido. 18. Máquinas de cc y síncronas: tensión nominal de excitación. Motores de inducido de anillos rozantes: tensión de parada del inducido (régimen nominal). 19. Máquinas de cc y síncronas: corriente nominal de excitación. Motores de inducido de anillos rozantes: intensidad nominal del motor. 20. Clase de aislamiento. 21. Clase de protección. 22. Peso en Kg. 23. Número y año de edición de la disposición VDE tomada como base.
52
2.3.1.6. OPERACIÓN DE CORTA DURACIÓN Y FACTOR DE SERVICIO.
La limitación más importante en la operación de estado estacionario de un generador sincrónico es el calentamiento de los devanados del inducido y de campo. En general el límite de calentamiento ocurre en un punto mucho menor que el correspondiente a las máximas potencias magnética y mecánica que puede suministrar el generador. De hecho, un generador sincrónico típico es capaz de suministrar hasta el 300% de su potencia nominal durante cierto tiempo (hasta que
S O D VA
sus devanados se queman). Esta capacidad de suministrar potencia por encima
R
de su valor nominal se utiliza para alimentar momentáneamente picos transitorios
SE E R S
de potencia durante el arranque de motores y transitorios similares de carga.
HO C E ER
(Stephen J. Chapman, 2005).
D
También es posible utilizar un generador durante largos periodos a potencias que exceden los valores nominales, mientras los devanados no se calienten demasiado antes de remover el exceso de carga. Por ejemplo, un generador que suministre 1 MW indefinidamente podría suministrar 1.5 MW durante 1 minuto sin daño grave, y más bajos niveles de potencia, durante periodos progresivamente mayores. De todas maneras, la carga debe removerse al final o los devanados se sobrecalentarán. Cuanta más alta sea la potencia sobre el valor nominal, más corto será el tiempo que puede tolerarla la máquina.
La elevación máxima de temperatura que puede soportar la máquina depende de la clase de aislamiento de sus devanados. Hay cuatro clases estándar de aislamientos: A, B, F y H. Aunque exista una variación en la temperatura aceptable, dependiendo de la construcción particular de la máquina y del método para medir la temperatura, estas clases corresponden generalmente a elevaciones de temperatura de 60, 80, 105 y 125 °C, respectivamente, sobre la temperatura ambiente. Cuanto mayor sea la clase de aislamiento de una máquina dada, mayor es la potencia que puede suministrar sin sobrecalentamiento de sus devanados. 53
El sobrecalentamiento de los devanados es un problema muy grave en un motor o un generador. Una vieja regla empírica indicaba que por cada 10 °C de elevación de temperatura por encima de la nominal del devanado, la vida media de la máquina se reducía en la mitad. Los materiales de aislamiento modernos son menos susceptibles de ruptura que los de antes, pero las elevaciones de temperatura aún acortan dramáticamente sus vidas. Por esta razón una máquina sincrónica no debe sobrecargarse a menos que sea necesario.
S O D VA
Una pregunta relacionada con el problema de sobrecalentamiento es ¿qué
R
tan bien se conoce el requerimiento de potencia de una máquina? Antes de la
SE E R S
instalación, con frecuencia sólo hay estimativos aproximados de la carga. Por
HO C E R entre la potencia máxima verdadera de la máquina, y su definido comoD la E relación
tanto, las máquinas de uso general tienen usualmente un factor de servicio potencia nominal de placa. Un generador con un factor de servicio de 1.15 puede ser operado indefinidamente sin daño a 115% de la carga nominal. El factor de servicio de una máquina provee un margen de error en caso de que las cargas sean estimadas equivocadamente.
2.3.2. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. 2.3.2.1. TERMOPAR.
El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebeck en 1821, de la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distinta temperatura. Esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales distintos cuando una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas. 54
El efecto Peltier puede ponerse de manifiesto en el montaje de una cruz térmica formada por la unión en su centro de dos metales distintos se hace pasar una corriente en uno u otro sentido con el interruptor abierto. Después de cada paso de corriente el otro interruptor se abre (desconectándose la pila) y se cierra el otro interruptor leyendo en el galvanómetro la f.e.m creada, que es proporcional a la temperatura alcanzada por la cruz térmica en cada caso. Se observara que restando el calentamiento óhmico, que es el proporcional
S O D VA
al cuadrado de la corriente, queda un remanente de temperatura que en un
R
sentido de circulación de la corriente es positivo y negativo en el sentido contrario.
SE E R S
El efecto depende de los metales que forman la unión.
HO C E El efecto ER puede detectarse en un circuito formado por una barra DThomson
metálica con un termopar diferencial aislado y una bobina para calentamiento eléctrico centrada. En régimen, calentando con la bobina uno de los puntos, se presentara una diferencia de temperaturas, lo que se acusara en el galvanómetro; si ahora se hace pasar una corriente por la barra, se notara un aumento o disminución de la temperatura diferencial con el efecto contrario si se invierte la corriente.
La combinación de los dos efectos, de peltier y de Thomson, es la causa de la circulación de corriente al cerrar el circuito en el termopar.
2.3.2.2. AMPERIMETRO. Es un instrumento digital diseñado para medir y presentar en forma digital la corriente eléctrica de un equipo. Es importante tener la corriente adecuada para la cual fueron diseñados los diferentes dispositivos conectados al sistema. Salirse de éste rango de operación puede ser motivo de deterioro de los mismos.
55
Cuando la tecnología nos permite saber, cual es la intensidad, con bastante precisión, no se debe seguir con dispositivos que solo indican que ‘‘hay’’ corriente pero no exactamente cuánta. El amperímetro puede ser utilizado no solo para corriente alterna sino también para corriente continua. Las corrientes alternas superiores a 5 amperios utilizan transformadores de corriente, los cuales se pueden conseguir en amplia gama de relaciones de
S O D VA
transformación.
R
SE E R S
La medición de corriente continua ha sido hecha tradicionalmente utilizando
HO C E respecto a lasD variaciones ER de temperatura. La corriente al circular produce una
un shunt. El shunt es una resistencia de una aleación bastante estable con
caída de tensión pequeña la cual se mide y se presenta como el valor de la corriente. Normalmente los shunts vienen calibrados para que al pasar la corriente nominal se tenga una caída de 60 mili-voltios.
2.3.2.3. MEGOHMETRO.
Es un aparato que permite medir la resistencia de aislamiento existente en un conductor o sistemas de tierra. Funciona en base a la generación temporal de una sobrecorriente eléctrica la cual se aplica al sistema hasta que se rompe su aislamiento, al establecer un arco eléctrico.
El megóhmetro es un instrumento del tipo de los ohmímetros, en el que el valor de la resistencia que se mide se registra directamente sobre una escala y esta indicación es independiente de la tensión. Consta de dos partes principales: un
generador
de
corriente
continua
de
tipo
magnetoeléctrico,
movido
generalmente a mano o electrónicamente (Megóhmetro digital), que suministra la corriente para llevar a cabo la medición, y el mecanismo del instrumento por medio del cual se mide el valor de la resistencia que se busca. 56
Este tiene dos imágenes permanentes rectas, colocadas paralelamente entre sí. El inducido del generador, junto con sus piezas polares de hierro, está montado entre dos de los polos de los imanes paralelos, y las piezas polares y el núcleo móvil del instrumento se sitúan entre los otros dos polos de los imanes. El inducido del generador se acciona a mano, regularmente, aumentándose su velocidad por medio de engranajes. Para los ensayos corrientes de aislamiento, la tensión que más se usa es la de 500 voltios, pero con el fin de poder practicar
S O D VA
ensayos simultáneos a alta tensión, pueden utilizarse tensiones hasta 2500 voltios.
R
SE E R S
HO C E ER
D
Figura 2.9. Megóhmetro. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Meg %C3 %B3hmetro
2.3.2.4. EL SENSOR.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una 57
resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de
S O D VA
dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede
ER S E R automotriz, Industria de aplicación de los sensores: S Industria O CH Robótica, entre otros. E Medicina, Industria de manufactura, R DE
decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas aeroespacial,
Característica de un Sensor Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes: •
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
•
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
•
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
•
Linealidad o correlación lineal.
•
Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
•
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
58
•
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
•
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
•
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
S O D VA
R E S E Un sensor, es un tipo de transductor R que transforma la magnitud que se S O H que facilita su medida. Pueden ser de indicación quiere medir o controlar, en Cotra, E R E directa (e.g. D un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de
acondicionamiento,
como
por
ejemplo
un
puente
de
Wheatstone,
amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.
Resolución y Precisión La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida. La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, 59
entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión. Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima
S O D VA
variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de
R
SE E R S
salida.
HO C E ER
D
Tipo de Sensores
En la tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos. Tabla 2.1 Tipos y ejemplos de sensores electrónicos Magnitud
Transductor
Característica
Posición lineal o angular
Potenciómetro
Analógica
Encoder
Digital
Transformador diferencial de variación lineal
Analógica
Galga extensiométrica Magnetoestrictivos Magnetorresistivos LVDT
Analógica A/D Analógica Analógica
Dinamo tacométrica
Analógica
Encoder Detector inductivo Servo-inclinómetros
Digital Digital A/D
Desplazamiento y deformación
Velocidad lineal y angular
60
Aceleración
RVDT Giróscopo
Analógica
Acelerómetro
Analógico
Servo-accelerómetros Fuerza y par (deformación)
Presión Caudal
Galga extensiométrica
Analógico
Triaxiales Membranas Piezoeléctricos Manómetros Digitales Turbina Magnético Termopar RTD Termistor NTC
A/D Analógica Analógica Digital Analógica Analógica Analógica Analógica Analógica
D
R
SE E R S
HO C E ER
Temperatura
S O D VA
Fuente: www.wikipedia.org
2.3.3 DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Y CONTROL.
2.3.3.1 EL CONTACTOR.
Un contactor es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de "todo o nada".
61
Figura 2.10. a) Contactor. b) Esquema del contactor. Fuente: http://tegnologiasdelaautomatizacion.blogspot.com
R
SE E R S
HO C E ER
Clasificación del Contactor
D
S O D VA
1. Contactores electromagnéticos. Su accionamiento se realiza a través de un electroimán. 2. Contactores electromecánicos. Se accionan con ayuda de medios mecánicos. 3. Contactores neumáticos. Se accionan mediante la presión de un gas. 4. Contactores hidráulicos. Se accionan por la presión de un líquido.
Aspectos constructivos de un Contactor Magnético •
Contactos principales: Son los destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia. Están abiertos en reposo.
•
Contactos auxiliares: Son los encargados de abrir y cerrar el circuito de mando. Están acoplados mecánicamente a los contactos principales y pueden ser abiertos o cerrados.
62
•
Bobina: Elemento que produce una fuerza de atracción (FA) al ser atravesado por una corriente eléctrica. Su tensión de alimentación puede ser de 12, 24 y 220V de corriente alterna, siendo la de 220V la más usual.
•
Armadura: Parte móvil del contactor. Desplaza los contactos principales y auxiliares por la acción (FA) de la bobina.
•
Núcleo: Parte fija por la que se cierra el flujo magnético producido por la bobina.
•
S O D V Resorte: Es un muelle encargado de devolver losA contactos a su posición R E S E de reposo una vez cesa la fuerzaR FA. S HO C E DER
Funcionamiento del Contactor
A los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente, será bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías.
Los contactos auxiliares son de dos clases abiertos y cerrados. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones, los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo. Cuando la bobina del contactor queda excitada por la circulación de la corriente, mueve el núcleo en su interior y arrastra los contactor principales y auxiliares, estableciendo a través de los polos el circuito entre la red y el receptor. Este arrastre o desplazamiento puede ser: •
Por rotación, pivote sobre su eje. 63
•
Por traslación, deslizándose paralelamente a las partes fijas.
•
Combinación de movimientos, rotación y traslación.
Cuando la bobina deja de ser alimentada, abre los contactos por efecto del resorte de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil. La bobina está concebida para resistir los choque mecánicos provocados por el cierre y la apertura de los contactos y los choques electromagnéticos
S O D VA
debidos al paso de la corriente por sus espiras, con el fin de reducir los choques
R
mecánicos la bobina o circuito magnético, a veces los dos se montan sobre amortiguadores.
SE E R S
HO C E R desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se Si se debe DEgobernar
conectan en paralelo y el de parada en serie.
Simbología y Referenciado de Bornes
Los bornes de conexión de los contactores se nombran mediante cifras o códigos de cifras y letras que permiten identificarlos, facilitando la realización de esquemas y las labores de cableado. •
Los contactos principales se referencian con una sola cifra, del 1 al 16.
•
Los contactos auxiliares están referenciados con dos cifras. Las cifras de unidades o cifras de función indican la función del contacto:
1 y 2, contacto normalmente cerrados (NC). 3 y 4, contacto normalmente abiertos (NA). 5 y 6, contacto de apertura temporizada. 7 y 8, contacto de cierre temporizado. 64
•
La cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qué contactor pertenece.
•
Las bobinas de un contactor se referencian con las letras A1 y A2. En su parte inferior se indica a qué contactor pertenece.
•
El contactor se denomina con las letras KM seguidas de un número de orden.
R
SE E R S
Elección de un Contactor Electromagnético
S O D VA
HO C E R las siguientes características del receptor: Es necesario E Dconocer •
La tensión nominal de funcionamiento, en voltios (V).
•
La corriente de servicio (Ie) que consume, en amperios (A). Tabla 2.2. Características de (Pm) y (Ie) de un contactor electromagnético.
Potencia Mecánica (Pm) (kW)
Corriente de Servicio (Ie) (A) 220V 380V 3 2 4 2.5 6 3.5 8.5 5 11 6.5 14.5 8.5 18 11.5 25 15.5 35 21 39 23 51 30 73.5 44
0.75 1.1 1.5 2.2 3 4 5.5 7.5 10 11 15 22
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Contactor
65
La naturaleza y la utilización del receptor, o sea, su categoría de servicio. Tabla 2.3. Categoría de servicio del receptor de un contactor electromagnético.
Categoría de Servicio AC1 AC2 AC3 AC4
Ic/Ie 1 2.5 1 6
Factor de Potencia 0.95 0.65 0.35 0.35
S O D VA
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Contactor
R
SE E R S
Los pasos a seguir para la elección de un contactor son los siguientes:
HO C E 1. Obtener la corriente DERde servicio (Ie) que consume el receptor. 2. A partir del tipo de receptor, obtener la categoría de servicio.
3. A partir de la categoría de servicio elegida, obtener la corriente cortada (Ic) con la que se obtendrá el calibre del contador.
Además, hay que considerar la condición del factor de potencia, ya que, en el caso de los circuitos de alumbrado con lámparas de descarga (vapor de mercurio, sodio) con factor de potencia 0,5 (sin compensar), su categoría de servicio es AC3, aunque por su naturaleza debería ser AC1. Mientras que si estuviera compensado a 0,95 su categoría sería AC1.
Aplicaciones
Las aplicaciones de los contactores, en función de la categoría de servicio, son:
66
Tabla 2.4. Aplicaciones en función de la categoría de servicio de los contactores.
Categoría de Servicio AC1 AC2
Aplicaciones Cargas puramente resistivas para calefacción eléctrica Motores asíncronos para mezcladoras, centrífugas Motores asíncronos para aparatos de aire acondicionado, compresores, ventiladores Motores asíncronos para grúas, ascensores
AC3 AC4
S O D VA
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Contactor
R
SE E R S
HO C E ER
2.3.3.2. EL RELÉ.
D
Un relé es un sistema mediante el cual se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido. Tipos de Relé •
Relés electromecánicos
•
Convencionales.
•
Polarizados.
•
Relé inversor.
•
Relés híbridos.
•
Relés de estado sólido.
67
Estructura del Relé
Figura 2.11. Diagrama de Bloque de un relé. Fuente: www.electronicafacil.net/tutoriales/El-rele.php
S O D VAgeneral de un relé los En general, podemos distinguir en el esquema R E S E R siguientes bloques: OS H C RE E D • Circuito de entrada, control o excitación. •
Circuito de acoplamiento.
•
Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:
a. Circuito excitador. b. Dispositivo conmutador de frecuencia. c. Protecciones.
Característica del Relé
Las características generales de cualquier relé son: •
El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.
•
Adaptación sencilla a la fuente de control.
68
•
Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida.
•
Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por:
a. En estado abierto, alta impedancia.
S O D VA
b. En estado cerrado, naja impedancia. .
R
SE E R S
Para los relés de estado sólido se pueden añadir: • •
HO C E Gran número de conmutaciones y larga vida útil. DER
Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero.
•
Ausencia de ruido mecánico de conmutación.
•
Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS.
•
Insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.
•
Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.
2.3.3.3. RELÉS POLARIZADOS.
Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los
69
contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito (ó varios).
S O D VA
R
SE E R S
Figura 2.12. a) Relé polarizado. b) Diagrama Esquemático.
HO C E ER
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Rel %C3 %A9
D
2.3.3.4. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y DE TENSIÓN.
Los transformadores de corriente (CT’s) y transformadores de tensión (PT’s) son una clasificación de los llamados transformadores de instrumentos empleados en los sistemas de protección y medición de las S/E.
Los transformadores de instrumentos son dispositivos electromagnéticos cuya función principal es reducir o escalar, las magnitudes de tensión y corriente que se utilizan para la protección y medición de los diferentes circuitos de una subestación, o sistema eléctrico en general.
La razón de su utilización es que los aparatos de medición y protección que se montan sobre los tableros de una subestación, no están construidos para soportar grandes tensiones, ni grandes corrientes. Con el objeto de disminuir el costo y los peligros de las altas tensiones en los circuitos de control y protección, se dispone de los llamados transformadores de corriente y tensión que representan a escalas muy reducidas, las grandes magnitudes de tensión y de corriente respectivamente. Normalmente estos 70
Transformador se construyen con sus secundarios para corrientes de 5 amperios y tensiones de 120 voltios.
Transformadores de Corriente
Son instrumentos en los que la corriente secundaria, de control de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la corriente
S O D VA
primaria aunque ligeramente desfasada.
R E S E Los CT’s se conectan en serie R con la línea, mientras que los PT’s S O transformadores tensión, C se H conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y E R E Dsi representa un concepto de dualidad entre los Transformador de neutro. Esto en corriente y de tensión que se pueden generalizar en la tabla 2.5.
Tabla 2.5. Equivalencias de funciones en el transformador de instrumento.
Concepto Tensión Corriente La carga se determina por: Causa de error: La carga secundaria aumenta cuando Conexión del transformador a la línea Conexión de los aparatos al secundario
Transformador Potencial Corriente Constante Variable Variable Corriente Corriente Tensión Caída de tensión en Corriente derivada en serie paralelo Z2 disminuye
Z2 aumenta
En paralelo
En serie
En paralelo
En serie
Fuente: http://html.rincondelvago.com/transformador-de-corriente.html
71
A continuación el estudio por separado de las características de estos transformadores. Ambos pueden utilizarse para la protección medición, o bien para los dos casos simultáneamente siempre y cuando las potencias y clases de precisión sean adecuadas a la función que desarrollen.
Complementaremos el estudio con las definiciones adoptadas por la Norma Venezolana COVENIN y
la norma ANSI distinguiendo la
referencia y
posteriormente entraremos en detalles entre las normas y sus equivalencias.
S O D VA
Desarrollan dos tipos de función: Transformar la corriente a valores
ER S E Ry baja tensión. conectados a los circuitos de alta, media S O CH E R E D El primario del transformador se conecta en serie con
manejables por los relés y aislar los instrumentos de protección y medición
el circuito por
controlar y el secundario se conecta en serie con la bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieren ser energizados. (Stephen J. Chapman, 2005).
Elección de Transformadores de Corriente
Para el correcto funcionamiento de una instalación, es conveniente estudiar con detalle la elección del transformador de corriente, recordando los siguientes puntos: •
Tipo de instalación interior o intemperie. Se debe tener en cuenta la altitud, para valores superiores a 1000 m. sobre el nivel del mar.
•
Nivel de aislamiento. Recomendaciones que se deben elegir de acuerdo a los valores indicados en las diversas normas.
72
•
Regulación de transformación nominal, recordando que se pueden recurrir a la doble o triple relación y a la gama extendida, en caso necesario.
•
Clase de precisión, de acuerdo con las diversas normas.
•
Potencia nominal, de acuerdo con las diversas normas. Recomendando no elegir una potencia excesiva. Si hay mucha diferencia entre la potencia nominal y la potencia del aparato a instalar, se puede colocar una resistencia en serie.
• •
S O D VA Factor nominal de seguridad (en caso necesario). R E S E R OSy dinámicas. No conviene excederse, pues en H Intensidades limitesC térmicas ERE estas exigencias pueden encarecer mucho el ciertas D circunstancias transformador.
•
Frecuencia nominal.
•
Numero de secundarios (núcleos).
•
Detalles constructivos.
Clase de Precisión de Transformadores de Corriente
La clase de precisión se designa por el error máximo admisible, en por ciento que el transformador puede introducir en la medición operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.
Las normas ANSI definen la clase de precisión de acuerdo con los siguientes valores: 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6, 1.2, 3 y 5, cada clase de precisión 73
especificada debe asociarse con una o varias cargas nominales de precisión, por ejemplo 0.5 de precisión con una carga de 50VA.
Según el uso que se le da al transformador, se recomiendan las siguientes precisiones, considerando que a precisiones más bajas corresponden precios de transformador más altos para una misma tensión y relación de transformación (RT).
Clase 0.1 0.2 a 0.3 0.5 a 0.6 1.2 3a5
S O D Tabla 2.6. Precisiones normalizadas en transformador VA de corriente. R E S E R OS Utilización H C E para medición y calibraciones de laboratorio RAparatos DE Mediciones de laboratorio y alimentaciones para los vatímetros alimentadores de potencia Alimentadores para vatímetros de facturación de circuitos de distribución e industriales Alimentación a las bobinas de corriente de los aparatos de medición general Alimentación a las bobinas de los relevadores de sobrecorriente Fuente: http://html.rincondelvago.com/transformador-de-corriente.html
Los transformadores para medición están diseñados para que el núcleo se sature para valores relativamente bajos de sobre corriente, protegidos de ésta forma los instrumentos conectados al secundario del transformador.
Según la norma venezolana COVENIN 2140-86 la clase de precisión se define como: •
Clase de precisión: Es la designación aplicada a un transformador de intensidad cuyos errores permanecen dentro de los limites especificados para las condiciones de empleo especificadas. 74
•
Designación de la clase de precisión (índice de clase): La clase de precisión de un transformador de intensidad se designa por un número (índice de clase) igual al límite superior del error de intensidad admisible, expresado en tanto por ciento, para la corriente primaria nominal y la carga de precisión.
•
Clase de precisión normalizada: Las clases de precisión normalizadas de
S O D VA
los transformadores de intensidad para medida serán los siguientes: 0.10.2-0.5-1-3. •
ER S E R clases de precisión especiales de los Clase de precisión especial: Las S O H E transformadores deC intensidad para medida serán los siguientes: 0.2s-0.5s. R E D (Stephen J. Chapman, 2005).
Transformadores de Tensión
Son aparatos donde la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque ligeramente desfasada.
Desarrollan dos funciones: transformar la tensión y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta, madia y baja tensión. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensión de los diferentes aparatos de medición y de protección que se requiere energizar.
Estos transformadores se fabrican para servicio interior o exterior, y al igual que los de corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintéticas para 75
tensiones bajas o medias, mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite y porcelana.
2.3.3.5. PLC
Un PLC se puede definir como un sistema basado en un microprocesador. Sus partes fundamentales son la Unidad Central de Proceso (CPU), la Memoria y
S O D VA
el Sistema de Entradas y Salidas (E/S). La CPU se encarga de todo el control
R
interno y externo del PLC y de la interpretación de las instrucciones del programa.
SE E R S
En base a las instrucciones almacenadas en la memoria y en los datos que lee de
HO C E R o ROM y la memoria de lectura y escritura o RAM, La memoria de solo DElectura las entradas, genera las señales de las salidas. La memoria se divide en dos, la
memoria ROM almacena programas para el buen funcionamiento del sistema.
La memoria RAM está conformada por la memoria de datos, en la que se almacena la información de las entradas y salidas y de variables internas y por la memoria de usuario, en la que se almacena el programa que maneja la lógica del PLC. El sistema de Entradas y Salidas recopila la información del proceso (Entradas) y genera las acciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos conectadas a las entradas pueden ser Pulsadores, interruptores, finales de carrera, termostatos, presostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, contactos auxiliares, etc. Al igual, los dispositivos de salida son también muy variados: Pilotos, relés, contactores, Drives o variadores de frecuencia, válvulas, etc.
Clase de Precisión de Transformadores de Tensión
La clase de precisión de un transformador de tensión para medida, está caracterizada por un número (índice de clase) que es límite del error de relación, 76
expresado en tanto por ciento, para la tensión nominal primaria estando alimentado el transformador con la carga de precisión.
Esta precisión debe mantenerse para una tensión comprendida entre el 80% y el 120% de la tensión nominal con una carga comprendida entre el 125% y el 100% de la carga de precisión. (Stephen J. Chapman, 2005).
S O D Utilización A V R E Laboratorio S E R S portátiles y contadores de precisión Laboratorio, Opatrones H C E Contadores normales, aparatos de medida DER Aparatos para cuadro Tabla 2.7. Precisiones normalizadas en transformador de tensión.
Clase 0.1 0.2 0.5 1 3
Para usos en los que no se requiera una mayor precisión Fuente: http://garaje.ya.com/migotera/trafomedida.htm
2.3.4. MATERIALES AISLANTES.
Aunque los materiales conductores de corriente tales como los alambres de cobre o aluminio, barras conductoras, conectores, etc.; constituyen los elementos principales del equipo, circuitos y sistemas eléctricos, la aplicación práctica de la electricidad sería imposible sin el uso de materiales aislantes. Estos son los materias no conductores de corriente, o dieléctricos, que se emplean para encerrar las partes que transportan la corriente, asegurando la operación correcta de los circuitos, y reduciendo los peligros de la electricidad.
Existe una gran diversidad en orígenes y propiedades, muchos son de origen natural como por ejemplo el papel, algodón, parafina, etc., otros naturales, pero de origen inorgánico, como por ejemplo el vidrio, la porcelana, y las
77
cerámicas. Existen también materiales sintéticos como el silicón o compuestos a base de silicones. (Stephen J. Chapman, 2005).
2.3.4.1. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES.
Interesa considerar, principalmente, en las aplicaciones eléctricas de los aislantes, las siguientes propiedades térmicas:
S O D VA
R
a) Calor específico: es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado
SE E R S
centígrado, la temperatura de un gramo de dicho material. En los materiales
HO C E Rlo más elevado posible. calor especifico DEsea
destinados a aplicaciones eléctricas como aislantes, interesa siempre que el
b) Conductividad térmica: es la facilidad que un material presenta al paso del calor. Cuando menor sea esta, con mayor dificultad permitirá la transmisión del calor, generado en el conductor eléctrico por efecto Joule.
c) Inflamabilidad: Es la facilidad que tiene un material de para inflamarse.
d) Temperatura de seguridad: La gran mayoría de materiales aislantes empleados en máquinas eléctricas, trabajan a temperaturas superiores a la del ambiente, debido a las pérdidas de energía que producen, y que se manifiestan en forma de energía calorífica. La elevación de la temperatura de los aislantes altera sus características, disminuyendo su resistencia de aislamiento, su rigidez dieléctrica y, también, su resistencia mecánica, además que aumenta su facilidad para ser atacados por agentes químicos. (Stephen J. Chapman, 2005).
78
2.3.4.2. PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES AISLANTES.
Las principales propiedades que determinan la factibilidad d uso de un material aislante son: La resistividad o resistencia específica, la tensión disruptiva, la permitividad y la histéresis dieléctrica.
En adición a las propiedades dieléctricas se deben considerar también las propiedades mecánicas y su capacidad para soportar la acción de agentes
S O D VA
químicos, el calor y otros elementos presentes durante su operación. (Stephen J. Chapman, 2005).
2.3.4.3.
R
SE E R S
HO C E CLASIFICACIÓN DER DE LOS
MATERIALES AISLANTES SEGÚN LA
TEMPERATURA DE SERVICIO.
La clasificación de los materiales aislantes para maquinas eléctricas con relación a su estabilidad térmica cubre básicamente siete clases de materiales aislantes que se usan por lo general, los cuales se muestran en la tabla 2.8: Tabla 2.8. Temperatura de los materiales aislantes. CLASE
TEMPERATURA
Y
90 C
A
105 C
E
120 C
B
130 C
F
155 C
H
180 C
CLASE
Mayor de 180 C
Fuente: Materiales Electro-mecánicos. Enciclopedia CEAC Electricidad. Ediciones CEAC Barcelona (España), Segunda Edición 1977.
79
Una descripción de estos materiales: CLASE Y.
Este aislamiento formado por combinaciones de materiales, tales como algodón, seda y papel sin impregnar. Estos ofrecen una garantía para trabaja a temperatura de 90º C.
CLASE A.
R
SE E R S
HO C E como algodón, DERseda y papel
S O D VA
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales
tales
con alguna impregnación o recubrimiento
cuando se sumergen dieléctricos líquidos tales como aceites. Otros materiales o combinación de materiales que caigan dentro de estos límites de temperatura, pueden caer dentro de esta categoría.
CLASE E.
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales que por experiencia o por pruebas, pueden operar temperaturas hasta de 5 ºC, sobre la temperatura de los aislamientos Clase A.
CLASE B.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, asbesto, etc. con algunas sustancias aglutinantes donde puede haber otros materiales inorgánicos.
80
CLASE F.
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. con sustancias aglutinantes, así como otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente inorgánico.
S O D VA
CLASE H.
R
SE E R S
Este aislamiento consiste de materiales tales como el silicón, elastómero y
HO C E sustancias aglutinantes DER como son las resina y silicones apropiados.
combinaciones de materiales tales de mica, la fibra de vidrio, asbesto, etc. con
CLASE C.
Este aislamiento consiste materiales o combinaciones de materiales tales como mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes.
2.3.4.4. TEMPERATURA LIMITE DE SERVICIO DE LOS MATERIALES AISLANTES.
La clase térmica de los materiales aislantes, expuesta en el parágrafo anterior, indican la temperatura máxima de servicio de estos materiales. Para completar esta cuestión, deben definirse otros conceptos, relacionados con la temperatura en el punto más caliente de una maquina o aparato, ya que en todos los dispositivos eléctricos hay un calentamiento desigual en sus partes constituyentes.
81
Temperatura del punto más caliente: es la temperatura que, como máximo, puede alcanzarse en cualquier punto de la una maquina o de un aparato eléctrico.
Temperatura de ambiente máxima: para los efectos de calentamiento de máquinas y aparatos, se tomara como una base una temperatura ambiente de 40ºC. Valores máximos de aumento de temperatura: estos valores se obtienen
S O D VA
restando los 40ºC correspondientes al valor de la temperatura ambiente máxima,
R
de la temperatura del punto más caliente. En la siguiente tabla se observaran los
SE E R S
valores de aumento de temperatura según la clase térmica de los materiales.
HO C E ER
D
Tabla 2.9. Temperatura límite de servicio de los materiales aislantes.
1
Clase de Aislamiento Y A E B F H
2
3
4
Temp. Ambiente máxima ºC 40 40 40 40 40 40
Aumento medio de Temp. Sobre el ambiente ºC 45 60 75 80 100 125
Temp. Limite media ºC 85 100 115 120 140 165
5 Aumento máximo de Temp. En el puntos más caliente ºC 50 65 80 90 105 140
6 Temp. máxima en el punto más caliente ºC 90 105 120 130 155 180
Fuente: Materiales Electro-mecánicos. Enciclopedia CEAC Electricidad. Ediciones CEAC Barcelona (España), Segunda Edición 1977.
2.3.5.
MATERIALES
DE
IMPREGNACIÓN
Y
RECUBRIMIENTO
PARA
BOBINADOS DE MAQUINAS ELÉCTRICAS.
Después de realizados los bobinados sobre las maquinas eléctricas, estos se impregnan y recubren de sustancias especiales, para mejorar sus propiedades 82
dieléctricas, para conglomerar los aislamientos sólidos, para hacerles perder sus propiedades higroscópicas respecto a la humedad ambiente, para favorecer los intercambios térmicos entre las distintas partes que constituyen los bobinados, para proteger a estos contra los agentes exteriores tales como: vapores ácidos o básicos y, finalmente, para compactarlos y hacer de esta forma que tenga una mayor resistencia mecánica. Para logar todos estos propósitos se utilizan barnices, es decir, líquidos
S O D VA
más o menos viscosos que constan de materias resinas naturales o artificiales
R
disueltas en aceite, alcohol, etc. que al, extenderse sobre una superficie, se secan
SE E R S
por evaporación, formando una cubierta lustrosa y resistente a la humedad.
HO C E ER
Cuando a un barniz se le añade una materia colorante, recibe el nombre de esmalte.
D
Ante todo cabe dividir los barnices aislantes, en dos grandes grupos: barnices de impregnación y barnices de recubrimiento, llamados también bernices de protección.
Los barnices de impregnación se diferencian de los barnices de recubrimiento tanto en lo que se refiere a su composición como a las condiciones que deban cumplir. Así, un barniz de impregnación debe penetrar en el interior de los bobinados mientras que esta propiedad resulta secundaria en un barniz de recubrimiento. Un barniz de impregnación ha de tener, ante todo, muy buenas propiedades dieléctricas, mientras que un barniz de recubrimiento ha de ser altamente resistente a la acción de la humedad, ácidos, bases, gases, etc. Por otra parte, el barniz de recubrimiento ha de proporcionar una película que constituya una superficie homogénea, libre de poros y elástica y que impida la sedimentación o adhesión de partículas transportadas por el aire de refrigeración de la máquina, sobre la superficie de los devanados. Por sus propias cualidades específicas, la película de un barniz de recubrimiento, debe impedir la penetración de elementos corrosivos en el interior de los bobinados. 83
Es decir, que no resulta acertado emplear un barniz de impregnación en lugar de un barniz de recubrimiento ni a la recíproca, ya que cada uno de ellos ha de cumplir su propia misión específica. De una manera general, se puede decir que la aplicación de barnices aislantes en las maquinas eléctricas se efectúan según el siguiente orden:
1.- Aplicación a fondo de un barniz de impregnación, cuya principal misión es aumentar la propiedades dieléctricas de los materiales aislantes que recubren
S O D VA
los conductores, bobinas, ranuras, etc. hasta tal punto que, muchas veces, los
R
materiales sólidos empleados en los bobinados actúan solamente como soporte y
SE E R S
el barniz que los impregna es el que aporta propiedades dieléctricas.
HO C E 2.- Aplicación DERposterior y en la superficie de los bobinados, de un barniz de
recubrimiento cuya misión fundamental es proteger los elementos que constituyen el bobinado, de los agentes exteriores. Existen barnices de protección universales,
es decir que protegen contra todos los agentes exteriores y barnices de protección especiales que solamente es resistente a un determinado agente o grupo de agentes destructores. Naturalmente un barniz universal no es tan resistente a un determinado agente.
2.3.5.1 CONSTITUCIÓN DE LOS BARNICES AISLANTES
Esencialmente un barniz aislante está constituido por tres elementos fundamentales:
1.- Material aislante generalmente solido:
a) Resinas naturales (ámbar, copal, goma, laca, etc.) b) Resinas artificiales (epoxidicas, alquìdicas, poliéster, silicón, etc.) c) Asfalto 84
d) Ceras y parafina 2.- Sustancias disolvente del anterior:
a) Esencia de trementina o aguarrás (producto de destilación de las trementinas naturales). b) Benzoles (mezcla de hidrocarburos líquidos). c) Benzinas (producto de la destilación fraccionada de petróleo, prolongada hasta
S O D VA
200ºC).
R
d) Alcoholes (Productos obtenidos por destilación de sustancias azucaradas).
SE E R S
e) Acetona (producto derivado de los residuos de la destilación de la madera).
HO C E 3.- SustanciasD secante ER para acelerar el proceso de secado:
a) aceites de linaza (obtenido en caliente, por prensado de los granos de lino triturados y constituidos por una mezcla). b) aceites de madera china (extraídos de las simientas de ciertos arboles de extremo oriente, que se trituran y se prensan para obtener este producto.
Dada la gran variedad de materias que constituyen un barniz aislante y sus posibles campos de aplicación, resulta muy difícil intentar una clasificación racional de esta sustancia, pero intentaremos una clasificación teniendo en cuenta el disolvente empleado y el material aislante del que están constituidos estos barnices. De esta forma, se obtienen:
-
Barnices al aceite, con resinas naturales.
-
Barnices con resinas sintéticas.
-
Barnices al alcohol.
-
Barnices sin disolvente.
85
2.4. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.
Aisladores: Material con escasa conductividad eléctrica utilizados para evitar cortocircuitos, por lo general, forran a los conductores eléctricos. (Avelino Pérez 1998). Aislamiento: Acción y resultado de evitar o disminuir la propagación de un fenómeno físico, como el calor, el sonido o la electricidad, por medio de un
S O D A en forma de campo V Bobina: Espiras de alambre arrollado que almacenan energía R E S E magnético. (http://unicrom.com/tut_bobina.asp). R OS H C E Conductores: Elemento DER metálico capaz de conducir la electricidad cuando es material aislante. (http://wordreference.com/definicion/aislamiento).
sometido a una diferencia de potencial eléctrico. (Código Eléctrico Nacional CEN).
Cuña: Pieza simple de madera o de metal que se utiliza para dividir cuerpos sólidos o dos planos inclinados. (http://es.wikipedia.org/wiki/cu%C3%B1a). Curado: Proceso mediante el cual, por medio de elevación de temperatura, se logra aumentar la resistencia eléctrica de resinas utilizadas como material aislante. (Izea y Montero). Hardware: Todas las partes tangibles de un sistema. (Introducción a la ciencia de la computación. Behrouz A. Forouzan, 2003). Horma:
Molde
con
que
se
fabrica
o
se
da
forma
a
una
cosa.
en
el
aire.
(http://wordreference.com/espt/horma). Humedad:
Cantidad
vapor
de
agua
presente
(http://es.wikipedia.org/wiki/humedad). Interfaz: Es aquella que define la comunicación entre dos elementos, tales como, software-hardware o un usuario. (Izea y Montero).
86
Moldeado: Dar forma a una materia mediante una pieza que actúa como molde. (http://wordreference.com/definicion/moldeado). Pirómetro: Aparato de mecanismo óptico utilizado para realizar mediciones precisas
de temperatura sin
contacto. (http://pce-iverica.es/instrumento-de-
medida/metros/pirometros.htm). PLC: (Controlador Lógico Programable), dispositivo electrónico muy usados en automatización industrial. (Introducción a los autómatas programables. Juan
S O D A regular su propia Sistemas de control: Conjunto de componentes R queVpueden E Sun funcionamiento predeterminado, E conducta o la de otro sistema, con el finR lograr OS H C de modo que se reduzcan las probabilidades de fallas y se obtengas resultados E R E D Domingo Peña, 2003).
deseados. (Sistemas de control automático. Benjamín C. Kuo, 1996).
Slots: Es un elemento de la placa base de un ordenador que permite conectar a ésta una tarjeta adaptadora adicional o de expansión, la cual suele realizar funciones de control de dispositivos periféricos adicionales, tales como monitores, impresoras o unidades de disco. (http://es.wikipedia.org/wiki/slots). Sobrecorriente: Corriente excesiva en relación a la corriente nominal de operación de un equipo, o sobre la capacidad de corriente de un conductor. (Código Eléctrico Nacional CEN). Software: Es la suma total de los programas de cómputo, procedimientos, reglas, documentación y datos asociados que forman parte de las operaciones de un sistema. (Ingeniería de software. Ian Sommerbill, 2005). Tablero: Superficie en la cual se encuentran los controles e indicadores de mandos de un sistema. (Izea y Montero). Torsión: Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje
longitudinal
de
un
elemento
constructivo
o
(http://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nica). 87
prismamecanico.
2.5. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES. Nombre de la variable: Tablero para el calentamiento de rotores.
Definición conceptual de la variable: Es un equipo industrial compuesto por dispositivos internos que conforman un sistema capaz de ejecutar acciones para la realización del trabajo de calentamiento de rotores de manera controlada, pueden estar automatizados con PLC como elemento de control o, en una forma más
S O D VA
actual, mediante una computadora personal. Así mismo, verifica como se está llevando a cabo dicho proceso de calentamiento.
R
SE E R S
HO C E el calentamiento DEdeRrotores de generadores síncronos reparados en TurboCare,
Definición operacional de la variable: El esquema operacional del tablero para
C.A., consiste en automatizar la acción de calentamiento de rotores, diseñar el hardware requerido y desarrollar el software adecuado a las especificaciones del mismo, para la realización de tres importantes procesos como lo son: secado de devanados, curado de resina y moldeado de devanados y así, evaluar su comportamiento, monitoreando, midiendo y controlando continuamente las variables presentes en estos equipos. Estos datos, se trasmitirán y serán reflejados en una pantalla para el posterior análisis de resultados. Cuadro de variable: a continuación se muestra la tabla 2.10 donde se define la operacionalización de las variables, donde se encontraran detalladamente las dimensiones e indicadores del sistema.
88
Tabla 2.10. Cuadro de Variables
OBJETIVO GENERAL
Variable Tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos
Objetivos
Diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
S O H EC
DER
Describir los procesos de moldeado de devanados, curado de resina y secado de devanados, utilizados en rotores de generadores síncronos.
S O D VA
Dimensiones
Indicadores
R E S RE
Rotores de generadores síncronos: • Tipo de rotor Rotor devanado Capacidad (MW) Proceso de secado de devanados: • Rango de temperatura (45-60 ºC) • Corriente de inyección requerida (A)
Procesos de secado de devanados, curado de resina y moldeado de devanados
Proceso de curado de resina: • Rango de temperatura (90-120 ºC) • Corriente de inyección requerida (A) • Resistencia de Aislamiento (ohm)
Proceso de moldeado de devanados: • Rango de temperatura (120-180 ºC) • Corriente de inyección requerida (A) • Resistencia de Aislamiento (ohm)
Fuente: Izea y Montero
89
Tabla 2.10. Cuadro de Variables
OBJETIVO GENERAL Objetivos
Diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A. Variable
S O D VA
Dimensiones
Indicadores
Describir los procesos de moldeado de devanados, curado de resina y secado de devanados, utilizados en rotores de generadores síncronos.
Tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos
Observación en el Taller de TurboCare, C.A.
HOS
C E R DE
Revisar en normativa vigente el protocolo establecido para el proceso de calentamiento de rotores de generadores síncronos.
R E S RE
•Entrevistas Estructuradas
Procesos de secado de devanados, curado de resina y moldeado de devanados
•Equipos mecánicos utilizados •Duración del proceso ( Hrs)
• Normativa utilizada en mantenimiento y pruebas realizadas a rotores de generadores por parte de la compañía petróleos mexicanos, abalada por IEEE. Norma Vigente • IEEE std. 1-1986
•IEEE std. 112-1996
Fuente: Izea y Montero
90
Tabla 2.10. Cuadro de Variables
Diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
OBJETIVO GENERAL
Variable
Determinar los requerimientos técnicos y operativos que debe satisfacer el tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
Dimensiones
R E S RE
- Temperatura deseada en cada sub-proceso (°C) - Especificaciones técnicas del PLC
Requerimientos técnicos y operativos • Requerimientos operativos - Rango de variación de corriente (A) - Rango de variación de temperatura (°C) - Instrumentos de medición • Dimensiones del gabinete (m) • Protecciones eléctricas Hardware para el tablero
Fuente: Izea y Montero
91
S O D VA
Indicadores • Requerimientos técnicos - Corriente de inyección requerida (A)
S O H EC
DER
Diseñar el hardware requerido para el tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A
Tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos
Objetivos
• Selección de dispositivos de control • Selección de Instrumentos de medición
Tabla 2.10. Cuadro de Variables
Diseñar un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
OBJETIVO GENERAL
Variable
Objetivos
Indicadores
Tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos
Desarrollar el software adecuado a las especificaciones del tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare, C.A.
R E S RE
S O H EC
DER
• Programación del PLC - Configuración de Módulos. - Instrucciones de Programación - Simulación del Proceso
Software para el tablero
Fuente: Izea y Montero
92
S O D VA
Dimensiones
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
CAPÍTULO III
Marco Metodológico
93
CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO
En esta parte del proceso de investigación, se plantean una variedad de pasos para la obtención de los datos necesarios para la verificación de la categoría y abarca los siguientes aspectos: tipo de investigación, diseño de la investigación, población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de
S O D VA
datos y por último, se presenta el procedimiento que se siguió para el desarrollo del estudio.
R
SE E R S
HO C E ER
D
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN.
El tipo de investigación se refiere al grado de profundidad con que se aborda un objeto o fenómeno. Aquí se indicará si se trata de una investigación exploratoria, descriptiva, correlacional o explicativa.
Con el propósito de identificar el marco metodológico de la investigación se parte de la teoría suministrada por varios autores y que se adapte de la mejor forma al contexto de la investigación.
De acuerdo con Tamayo y Tamayo, (2009, pág. 52) “Una investigación descriptiva comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual, y la comprensión o proceso de los fenómenos. El enfoque se hace sobre conclusiones dominantes o sobre cómo una persona, grupo o cosa se conduce o funciona en el presente. La investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hechos, y su característica fundamental es la de presentarnos una interpretación correcta.”
94
Por su parte, Arias (2006, pág. 24) señala que “La investigación descriptiva consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refiere.”
Por lo anteriormente expuesto y tomando en cuenta el objetivo general de
S O D VA
esta investigación, queda claro que el siguiente trabajo especial de grado se
R
enmarca dentro de la investigación descriptiva, ya que se especifica paso a paso
SE E R S
las actividades que engloban el proceso de calentamiento de rotores de
HO C E TurboCare, C.A.,E D asíRcomo también los materiales y/o equipos utilizados.
generadores síncronos mediante inyección de corriente realizado por la empresa
De igual forma, se realizó una descripción de los componentes que conforman el tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos y de los equipos a utilizar.
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.
Se puede definir el diseño de investigación como un plan estructurado de acción que, en función de unos objetivos básicos, está orientado a la obtención de información o datos relevantes a los problemas planteados.
Una investigación no experimental, según Hernández, Fernández y Baptista (2006, pág. 205) “Es aquella que se realiza sin manipular deliberadamente las variables. Es decir, se trata de estudios donde no se hacen variar en forma intencional las variables independiente para ver su efecto sobre otras variables.”
95
Bajo estas condiciones podemos decir que este estudio es no experimental, ya que en esta investigación no se modifican ni manipulan datos correspondientes a las variables de estudio.
Hernández, Fernández y Baptista (2006, pág. 208) exponen que “Los diseños de investigación transversal recolectan datos en un solo momento, en un tiempo único. Su propósito es describir variables y analizar su incidencia e interrelación en un momento dado.”
S O D VA Por este motivo, podemos decir que estaR investigación es transversal, E S R debido a que se recolectaron los datos enE un solo momento, en un tiempo único. S O H y analizar su incidencia e interrelación en un Cvariables Su propósito fue describir E R DE El periodo único de recolección de datos para esta momento determinado. investigación fue de cuatro (04) semanas y el lugar correspondiente fue el taller de mantenimiento y reparación de generadores de la empresa TurboCare, C.A.
Por su parte, Arias (1999, pág. 48) afirma que la investigación de campo “Consiste en la recolección de datos directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable alguna.”
Basado en el concepto anterior, se afirma que la investigación es de campo ya que la recolección de gran parte de los datos fue extraída directamente del taller de mantenimiento y reparación de generadores de la empresa TurboCare, C.A.
96
3.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. Los métodos de recolección de datos, son todos aquellos procedimientos necesarios para la obtención de la información necesaria que permita lograr el desarrollo de la investigación. Según Arias (1999, pág. 25) “Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa, la encuesta en sus dos modalidades (entrevista o
S O D A recoger y almacenar instrumentos son los medios materiales que se emplean Vpara R E S E la información. Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guías de entrevista, R OSu opinión, entre otros.” Particularmente, se H grabadores, escalas de actitudes C E R E D definirán a continuación las técnicas empleadas durante la realización de este
cuestionario), el análisis documental, análisis de contenido, y otros. Los
trabajo especial de grado.
Según Hurtado (2000, pág. 38) “La observación es el método fundamental de obtención de datos de la realidad, toda vez que consiste en obtener información mediante la percepción intencionada y selectiva, ilustrada e interpretativa de un objeto o de un fenómeno determinado. Existen diversos tipos y clases de observación, éstos dependen de la naturaleza del objeto o fenómeno a observar, y de las condiciones en que ésta se ha de llevar a cabo, modalidad, estilo e instrumentos.” Para la recolección de información del presente trabajo, se optaron por aquellos que a juicio del investigador y de acuerdo al problema planteado, ayudaron a obtener a información necesaria de manera organizada y precisa. Las técnicas utilizadas se describen a continuación:
97
•
Observación Documental Una de las técnicas utilizada durante el proceso de investigación fue la de
la observación documental o bibliográfica, que de acuerdo a lo expuesto por Babaresco (2006, pág. 99), “Se apoya en los distintos tipos de notas de contenido, información general, resumen, paráfrasis, comentario o confrontación directa (textual o literal), entrevista personal, mixta y cruzada así como en las técnicas de citas de pie de página y en bibliografía final de trabajos de investigación.”
S O D VA
Para esta investigación se hizo necesaria la consulta de diversos tipos de
R
fuentes de información tales como: textos y manuales relacionados con los
SE E R S
procesos de calentamiento del rotor, así como también normas, catálogos de técnicos HO para comprender las características y C E R equipos que conforman el tablero para calentamiento de funcionamiento DdeElos fabricantes
e
informes
rotores de generadores síncronos.
Dentro de los textos más relevantes utilizados se pueden nombrar: -
Documentos:
Manual de procedimientos, instrucciones y formularios de generadores (MA-GEN).
-Normas: Normativa utilizada en mantenimiento y pruebas realizadas a rotores de generadores por parte de la compañía petróleos mexicanos, abalada por IEEE. IEEE STD. 112-1996 IEEE STD. 1-1986
98
•
Observación Indirecta
La observación indirecta según Eyssautiers (2008, pág 223), “Consiste en tomar nota de un hecho que sucede ante los ojos de un observador entrenado, midiendo el comportamiento externo del individuo en sociedad dentro de una organización; en algunos casos fuera de institución.”
En esta investigación se lleva a cabo la observación indirecta ya que se
S O D VA proceso actual de calentamiento del rotor por medio de la inyección de corriente R E S EDicho documento es el manual de R realizado en la empresa TurboCare, C.A. S Hy O C procedimientos, instrucciones formularios de generadores (MA-GEN), el cual es E R E D propiedad de la empresa TurboCare, C.A. y posee información confidencial la cual revisó un documento que contiene información acerca de la ejecución interna del
no puede ser del todo descrita. •
Observación Directa
Según Eyssautiers (2008, pág 223), esta observación “Consiste en interrelaciones directas con el medio y con la gente que lo forma para realizar los estudios de observación de campo. El convivir con los grupos sociales otorgue al investigador el material de estudio para su trabajo.”
En la presente investigación se hizo necesaria la observación directa para presenciar en tiempo real el desarrollo del proceso actual de calentamiento del rotor mediante la inyección de corriente ejecutado por la empresa TurboCare, C.A. •
Entrevista Estructurada
Por su parte Eyssautiers (2008, pág 222) “La entrevista estructurada o dirigida es aquella que requiere de una serie de preguntas preparadas de 99
antemano por el entrevistador; la entrevista deja la iniciativa total al entrevistado, permitiéndole que se manifieste en forma espontánea”. En la presente investigación se aplicaron entrevistas estructuradas al personal especializado que ejecuta sus labores de trabajo en el taller de generadores de la empresa TurboCare, C.A., con la finalidad de obtener la mayor cantidad posible de información requerida para el logro del objetivo de ésta investigación.
R
SE E R S
3.4. POBLACIÓN Y MUESTRA.
HO C E ER
D
S O D VA
Se define población como al conjunto de elementos o eventos a fines en una o más características tomadas como una totalidad o sobre la cual se garantiza las conclusiones de la investigación.
De acuerdo con lo anteriormente dicho, para esta investigación se toma tanto para población como para muestra los generadores síncronos de capacidades comprendidas aproximadamente en un rango entre 40 y 120 MW que son reparados por la empresa TurboCare, C.A. 3.5. FASES DE LA INVESTIGACIÓN. Las actividades requeridas para la consecución de los objetivos planteados en este trabajo especial de grado se han dividido en cuatro (04) fases. Estas fases conllevan a la realización de actividades propias, que se detallan de acuerdo a la importancia y al énfasis que se debe hacer en ciertos aspectos. A continuación se describen dichas fases:
100
FASE I. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE CALENTAMIENTO DEL ROTOR.
En esta fase se recolectó y analizó la información necesaria con respecto al proceso de calentamiento del rotor por medio de la inyección de corriente. Para esto fue necesario acudir a la empresa TurboCare, C.A., para visualizar los respectivos trabajos de campo que describe el proceso anteriormente citado. a)
Se revisó documentación teórica y técnica
b)
Se entrevistó a expertos del proceso para levantamiento de información
c)
S O D VA
R
SE E R S
Se visualizó e identificó los equipos utilizados
HO C E ER
D
FASE II. DEFINICIÓN PARÁMETROS DEL SISTEMA.
En esta fase de la investigación se acude a la normativa vigente establecida que determina reglas a cumplir y así a partir de ahí poder definir los diferentes parámetros técnicos y operativos del sistema con el fin de estar apegados a las normas internacionales que controlan ciertas variables involucradas con el proceso de calentamiento del rotor por medio de la inyección de corriente. a)
Se definió los parámetros técnicos
b)
Se definió los parámetros operacionales
FASE III. SELECCIÓN DE EQUIPOS.
Luego de definir los parámetros del sistema, se seleccionó en esta fase los equipos a utilizar para satisfacer las especificaciones técnicas y operativas del sistema.
101
a)
Se seleccionó los equipos de medición
b)
Se seleccionó de equipos de protección
c)
Se seleccionó los materiales a utilizar para el diseño del gabinete
d)
Se seleccionó el tipo de PLC
FASE IV. DISEÑO DEL TABLERO PARA EL CALENTAMIENTO DE ROTORES.
S O asociado D VA
En esta fase básicamente se realizó el diseño circuital del tablero para el
ER especificaciones previamente definidas del E sistema. S R S O H C E R a) Se realizó DE el diseño circuital calentamiento de
rotores
y
se
desarrolló
b) Se desarrolló del software
102
el software
a las
S O D VA
ER IV S CAPÍTULO E SR
HO C E ER
D Analisis e Interpretación de
Resultados
103
CAPÍTULO IV ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
4.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE REPARACIÓN DE DEVANADOS ROTÓRICOS
DE
GENERADORES
SÍNCRONOS
EJECUTADO
EN
TURBOCARE, C.A.
S O D VA
R
El proceso de reparación de rotores de generadores síncronos se lleva a
SE E R S
cabo por una serie de pasos que hablaremos a continuación brevemente ya que
HO C E estamos hablando DEdeRla rehabilitación completa de la pieza rotorica es necesario
son procedimientos controlados por la compañía TurboCare, C.A. Debido a que desarmar la pieza. Para ello se llevan a cabo esta serie de procesos: Extracción de Anillos de Retención
Este proceso se realiza método de inducción, alcanzando una temperatura de 280 ºC uniforme en toda la pieza, con este método se minimizan los riesgos de daños al aislamiento tanto en los cabezales de bobinas como entre espiras, debido a que no es necesario utilizar fuerza mecánica
Figura 4.1 Método de calentamiento por inducción y Extracción de Anillos de Retención. Fuente: TurboCare, C.A.
104
El método de inducción consiste en ubicar una bobina alrededor del anillo, inyectándole un voltaje y una corriente a una alta frecuencia, generando así una inducción en la pieza y como consecuencia su calentamiento. En la figura 4.1 se puede observar imágenes del proceso. Extracción y Limpieza de Bobinas
S O D VA
Ya evaluado el estado del material aislante se procede a la extracción de
R
todas las cuñas y seguidamente de cada una de las bobinas de ambos polos, de
SE E R S
manera tal que la pieza ferromagnética quede despojada de todos sus devanados
HO C E ER
como se puede apreciar en la siguiente figura 4.2.
D
Figura 4.2 Proceso de Extracción de devanados. Fuente: TurboCare, C.A.
Posteriormente extraídos los devanados pasan por un proceso de limpieza para la eliminación de residuos de aislantes y barniz. Hecho esto se procede a un moldeado manual de cada expirar para corregir cualquier deformación existente como se aprecia en la figura 4.3
105
S O D VA
Figura 4.3 Proceso de Limpieza y Moldeado manual.
ER S E R a repara las piezas que conforman el Realizado estos pasos procedemos S O CH E R DE Fuente: TurboCare, C.A.
rotor
Remplazo de aislamiento de Devanados
Una vez extraídas y luego de la limpieza y moldeado aplicado a las bobinas se realiza entonces el aislado en los cabezales de las espiras, el mismo se realiza aplicando una capa de barniz aislante marca Royal Diamond Tipo Royalac 521, tanto en la cara inferior como en la cara superior de la espira, luego se procede a colocar papel Nomex en cada cara y por ultimo se le aplica una capa de cinta de vidrio solapada. El proceso se puede observar en la figura 4.4.
Figura 4.4 Proceso de remplazo de aislamiento de los devanados. Fuente: TurboCare, C.A.
106
Limpieza y Preparación de Rotor para la instalación de Bobina
Luego de culminar la extracción de las bobinas del cuerpo del rotor generador, el mismo es trasladado al área de limpieza abrasiva para realizar una limpieza profunda de toda su superficie y ranuras, garantizando la remoción de todas y cada una de las partículas de material aislante que por efectos térmico pudiesen estar adheridas a distintas zonas del rotor generador.
S O D VA
Una vez culminada esta limpieza a este rotor se le aplica una capa de
R
pintura anti-flash o rojo aislante, que actúa como aislante eléctrico y a su vez como
SE E R S
protector anticorrosivo para preservar el material del mismo como se aprecia en la figura 4.5.
HO C E ER
D
Figura 4.5 Pieza ferromagnética Limpia y bajo la capa de pintura Anti-Flash. Fuente: TurboCare, C.A.
Realizado todo el proceso de aseado y reparación de las partes que conforman la pieza rotorica, se inician los procesos de reconstrucción del mismo armándolo de nuevo. Instalación de las Bobinas en las Ranuras
Ya listas las bobinas y la parte interna de las ranuras, se comienza a insertar espira por espira de cada bobinas en sus respectivas ranuras, esto se 107
realiza con mucha cautela, ya que no se deben deformar las laminas de cobre que conforman la espira, entre estas a medida que se van insertando en la ranura se les coloca papel Nomex con una capa de barniz para aislarlas entre ellas, como se nota en la figura 4.6.
R
SE E R S
HO C E ER
D
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Figura 4.6 Proceso de Inserción de bobinas en sus ranuras con sus aislantes respectivos. Fuente: TurboCare, C.A.
Proceso de calentamiento del rotor
Como parte del proceso de instalación de las bobinas, es necesario ejecutar un tratamiento térmico que consiste en la elevación de la temperatura de las bobinas del rotor mediante la inyección de corriente de manera progresiva y controlada para luego con ayuda de unos dispositivos realizar la compactación y prensado de las mismas en el área de cabeza de bobinas con la finalidad de llevarlas a la medida adecuada como se puede ver en la figura 4.7 esto se realiza para la instalación de los tacos espaciadores, tacos espaciadores, kit de aislamiento y anillos de retención. Este proceso también se realiza con el fin de lograr el curado de la resina y el despojo de humedad encontrada en el material ferromagnético y devanados.
108
S O D VA
Figura 4.7 Compactación de Devanados.
ER S E R de retención y Cabezas de bobinas S Reemplazo de aislamiento entre Anillos O CH E R E D Todo el kit de aislamiento de ambos extremos fueron reemplazados en su Fuente: TurboCare, C.A.
totalidad para ello se emplearon varias capas de laminas de vidrio epoxy G11, Clase H, las mismas fueron instaladas y fijadas con un pegamento especial de alta temperatura al área de cabeza de bobinas y fijadas temporalmente con flejes hasta el momento de la instalación de sus anillos de retención.
Figura 4.8 Aislamiento remplazado en cabezas de bobinas. Fuente: TurboCare, C.A.
109
Instalación de Anillos de retención, Ventiladores y Aplicación de pintura Dieléctrica:
Una vez finalizadas las labores de reaislado e instalación del aislamiento nuevo sobre los cabezales de las bobinas se procedió a calentar los Anillos de Retención con el método de inducción hasta 280°C, se colocaron en su sitio con la ayuda de una guía y halados por señoritas de 3 toneladas, sostenidos con la grúa puente. Como se observa en la figura 4.9.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
Figura 4.9 Instalación de anillos de retención. Fuente: TurboCare, C.A.
Por ultimo al enfriarse los anillos, se instalaron los ventiladores. Como fase final se tomaron las medidas de excentricidad (run out) y pre-balanceo del rotor con valores satisfactorios.
Al finalizar todos los trabajos en el rotor del generador como vemos en la figura 4.10, se procedió a pintar todo el equipo con una pintura dieléctrica color rojo mate “Anti Flash” aprobada para este tipo de equipo, ya que brinda protección ante los efectos de la corrosión y a su vez tiene propiedades aislantes.
110
S O D VA
R
SE E R S
HO C E ER
Figura 4.10 Rotor reparado satisfactoriamente. Fuente: TurboCare, C.A.
D
4.2. DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE MOLDEADO DE DEVANADOS, CURADO DE RESINA Y SECADO DE DEVANADOS.
Realizado con éxito la restauración de un rotor se procede a realizar la acción de calentar el rotor por efecto joule, es decir, mediante la inyección de corriente al rotor, logrando un aumento de temperatura. Este proceso se hace con la finalidad de realizar tres sub-procesos muy relevantes en el mantenimiento correctivo realizado a rotores de generadores con averías. Estos sub-procesos son los siguientes: Proceso de Secado
Donde se inyecta corriente para generar calor por efecto joule hasta temperatura entre los 50 y 60 ºC, la cual es ideal para el desplazamiento de la humedad interna del rotor. Esta humedad se hace presente debido a que la
111
reparación de estos equipos se hace en ambientes cerrados con presencia de aire acondicionado. Proceso de Curado
La temperatura deseada es entre 100 y 120 ºC mediante el mismo proceso de inyección de corriente. Esta temperatura es suficiente para lograr el curado de la resina aislante aplicada a los rotores luego del proceso de rebobinado que se
S O D VA
realiza al momento de un mantenimiento correctivo. Proceso de Moldeado
R
SE E R S
HO C E La temperatura DERdeseada oscila entre 120 y 150 ºC, lo cual permite que el
material de las espiras (en este caso es cobre) sea más maleable y pueda ser llevado a la forma mediante unas prensas de bobinas y lograr así la compactación deseada. En la figura 4.11 se puede observar las prensas de cabeza de bobinas.
Figura 4.11 Prensas de cabezas de bobinas Fuente: TurboCare, C.A.
112
4.3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE CALENTAMIENTO OBSERVADO EN TURBOCARE, C.A.
A continuación presentamos la metodología utilizada para realizar el proceso de calentamiento de rotores de generadores sincronos reparados en TurboCare, C.A. Estas instrucciones estructuradas fueron logradas gracias a la observación en el taller de trabajo donde se realiza el proceso.El proceso se realiza mediante la inyección de corriente controlada para ello es necesario los
S O D VA
siguientes materiales y equipos: •
Máquina de soldar DC.
•
Anillos de cobre.
• • • •
R
SE E R S
HO C E Pirómetro. DER Amperímetro tipo pinza.
Megger digital. Lona.
Sabiendo que el calentamiento se realiza por medio de inyección de corriente es necesario el contacto de los terminales de la máquina de soldar sobre el rotor. Este contacto específicamente se realiza por medio de unos anillos de cobre que trabajan de conductor de corriente que aporta la máquina de soldar, estas son colocadas en la periferia de los colectores como se pueden ver en la figura 4.12.
Figura 4.12 Aplicación de terminales sobre anillos colectores. Fuente: TurboCare, C.A.
113
Posteriormente, se realiza el encendido de la máquina de soldar DC para luego variar el nivel de amperaje teniendo un control mediante las pinzas amperimetricas colocadas en cada terminal de la máquina de soldar. Realizado esto se emprende un monitoreo de un operador, que consiste en verificar cada ciertos intervalos de tiempo la temperatura que se haya en el rotor, para luego de esta manera cuando se obtenga la temperatura deseada mantenerla durante el lapso de tiempo adecuado para poder cumplir con las temperatura optimas para que se realicen cada sub-proceso en el calentamiento del rotor. En la figura 4.13
S O D VA
se observa el monitoreo del operador.
R
SE E R S
HO C E ER
D
Figura 4.13 Monitoreo del Operador. Fuente: TurboCare, C.A.
Transcurrido el tiempo necesario a temperatura tope de acuerdo a cada magnitud del rotor, se procede a bajar los niveles de amperios y con ellos lo niveles de temperatura a la mitad de temperatura de la antes utilizada, con el fin de lograr el decremento de calor de manera controlada como se puede ver en la figura 4.14.
114
S O D VA
Figura 4.14 Periodo de disminución de temperatura controlada.
R
SE E R S
Fuente: TurboCare, C.A.
HO C E R inyector de corriente y se lleva el rotor a un lugar de desconexión del DEequipo
Culminados los intervalos de tiempo necesarios, se procede a la
reposo para que lentamente vuelva a su temperatura ambiente como se aprecia en la figura 4.15. Realizado esto, se evalúa la resistencia de aislamiento haciendo uso de un megóhmetro digital para luego los resultados arrojados sean registrados formatos de la compañía.
Figura 4.15 Rotor adaptándose a temperatura ambiente. Fuente: TurboCare, C.A.
115
4.4. REVISIÓN DE NORMATIVA VIGENTE APLICABLE AL PROCESO DE CALENTAMIENTO DE ROTORES.
4.4.1.
NORMATIVA UTILIZADAS
EN
MANTENIMIENTOS
Y
PRUEBAS
REALIZADAS A ROTORES DE GENERADORES POR PARTE DE LA COMPAÑÍA PETRÓLEOS MEXICANOS, ABALADA POR IEEE.
S O D VA
R
Es pertinente realizar la acotación de estas normativas debido que las
SE E R S
pruebas realizadas por estas compañía al momento de la rehabilitación de
HO C E principalmenteD aE su R aislamiento, que es su vez unas de las principales causas por
generadores con rotores de polos liso son de gran importancia ya que se enfocan la que se realiza el proceso de calentamiento.
El proveedor o prestador de servicio deberá efectuar las siguientes pruebas de aceptación del rotor y entregar el reporte correspondiente. Las pruebas se llevarán a cabo en diferentes etapas del proceso de rehabilitación como se indica a continuación: Resistencia de aislamiento
La prueba se aplica para garantizar que el aislamiento del devanado polar no está conectado a tierra o que no está afectado por la contaminación depositada. Se debe aplicar una tensión de prueba de 500 V CD. Se toman registros de la resistencia de aislamiento cada minuto hasta diez minutos. Potencial aplicado con corriente alterna:
Esta prueba se efectúa cuando se sustituya el aislamiento a tierra. El voltaje de prueba se aplica entre los conductores de salida de los devanados y la parte 116
metálica del rotor. Se debe aplicar una tensión de CA de 10 Vn (Vn hasta 500 volts), en ningún caso menos de 1500 Volts durante un minuto, donde Vn es el voltaje nominal del devanado de excitación de corriente directa ANSI C50.10 o equivalente. Resistencia óhmica
Esta prueba es utilizada para verificar las condiciones en que se encuentran
S O D VA
las uniones soldadas del devanado polar. La medición de la resistencia se debe
R
efectuar con un equipo que aplique una corriente entre 10 y 100 A de CD a través
SE E R S
del conductor de los devanados y registrar la resistencia del conductor la cual no
HO C E ER
debe diferir en un +/- 2% de la resistencia de diseño.
D
Medición de impedancia a 60 Hz en estado estático
Con el rotor estacionario, se aplica una tensión en terminales en pasos de 5 V hasta alcanzar 100 V de CA en los anillos del rotor. Se debe registrar la corriente circulante en el devanado y obtener la impedancia de acuerdo a la ley de Ohm. Medición de impedancia a 60 Hz en estado dinámico
Esta prueba consiste en aplicar una tensión constante de 100 V a las terminales del rotor, se registran los valores de voltaje y corriente en cada incremento de velocidad de 200 rpm hasta alcanzar el valor nominal. La impedancia debe permanecer constante, un cambio en el valor de impedancia significará la presencia de un corto circuitos entre vueltas. No se aceptan variaciones mayores del 5%.en los valores registrados entre pasos desde 0 hasta la velocidad nominal.
117
Caída de tensión
Este método es utilizado para detectar problemas de fallas de aislamiento entre vueltas en el devanado del rotor. Se debe aplicar una tensión de 100 V en terminales del rotor y medir la distribución de tensión en las bobinas de ambos polos. La diferencia de tensión entre puntos simétricos no debe exceder del 5 %. Comparación de pulsos
S O D VA
R
El pulso utilizado debe ser de acuerdo a la norma IEEE 522 o equivalente
SE E R S
ser de baja tensión de frente rápida a fin de poder hacer pruebas repetidas
HO C E extremo del devanado, DER a través de los anillos, con el extremo opuesto en circuito durante el proceso sin fatigar el aislamiento. El impulso se debe aplicar en un
abierto. Posteriormente se intercambian las posiciones y el extremo opuesto se
convierte en punto de aplicación del impulso. De esta forma se debe obtener una gráficas por cada extremo del devanado.
Al sobreponer las dos gráficas estas deben ser exactamente iguales. Si es así, se considera que el devanado es simétrico (sin corto circuitos entre vueltas ó a tierra). Por otro lado, si las gráficas son diferentes, se considera que existe alguna falla en el devanado polar y es motivo de rechazo de la reparación del rotor.
4.4.2. IEEE STD. 112-1996 – PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PARA MOTORES DE INDUCCIÓN POLIFÁSICOS Y GENERADORES.
4.4.2.1. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA.
Hay dos métodos para determinar la temperatura de la siguiente manera: 118
Termómetros
Este método es la determinación de la temperatura por termómetros de alcohol por termómetros de resistencia. Cualquiera de estos de instrumentos aplicados a la parte mas caliente de la maquina se puede obtener una buena lectura.
S O D VA
Detector Incorporado al rotor
R
SE E R S
Este método es la determinación de la temperatura mediante termopares o
HO C E instrumentos D especialmente diseñados, ER
termómetros de resistencias integradas directamente en la maquina. Son se debe utilizar con termómetros de
resistencia para evitar errores o daños significativos debido al calentamiento del termómetro de resistencia durante la medición. Otros dispositivos ordinarios de medición no podrían ser adecuados debido a la corriente relativamente grande que puede pasar a través del elemento resistivo. La temperatura local de un rotor se puede determinar mediante un detector de temperatura local. La dimensión máxima del elemento de detección no debe exceder de 2 pulgadas (5.08cm). El elemento de detección se coloca en la proximidad térmica de donde se quiere obtener la medición de temperatura. Los detectores de temperatura locales son termopares, los termómetros de resistencia pequeña y termistores.
Estos se instalan con frecuencia como parte permanente de una máquina en lugares no accesibles a los termómetros de alcohol. Se utilizan para determinar la temperatura de los conductores locales, láminas centrales dentro de un paquete, y la temperatura entre los lados de la bobina.
119
Los detectores pueden diferir sustancialmente de las determinadas por el método del termómetro, el detector incorporado y el método de resistencia, la temperatura así medida no debe interpretarse en relación con normas escritas en términos de estos métodos.
4.4.3. IEEE STD. 1-1986 PRINCIPIOS GENERALES PARA LÍMITES DE TEMPERATURA EN LA CALIFICACIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS Y PARA
S O D VA
LA EVALUACIÓN DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO.
R
SE E R S
4.4.3.1. SELECCIÓN DE MÉTODO DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA.
El
HO C E métodoEde D Rmedición termopar
es el más adecuado para medir la
temperatura de las superficies que sean accesibles a los mismos. El método de termopar de contacto es adecuado para medir la temperatura de superficies como la de las barras del conmutador y anillos. El método de la resistencia es adecuado para medir la temperatura de aislados de bobinas. Para bobinas de baja resistencia, son necesarias precauciones especiales para asi obtener resultados precisos. El método del detector integrado es adecuado para medir temperatura en las zonas señaladas antes como dicen las normas preferiblemente en máquinas rotativas, pero estas se utilizan por lo general en máquinas operando.
La prueba de
temperatura del punto más caliente puede variar
dependiendo de la capacidad de medir la temperatura interna. Rotores, Estatores y equipos similares por lo general se puede medir con un buen grado de confianza, sin embargo, es imposible asegurar que la temperatura más caliente se determinará por algún método de medición. Sin embargo, un gran número de puntos de medición pueden proporcionar datos de la temperatura cercana a la temperatura más caliente en diferentes sitios y estos comparándolos con otros puntos.
120
4.4.3.2. OBSERVACIÓN EN EL AUMENTO DE TEMPERATURA.
Para poder calificar alguna temperatura como observable existe una norma primordial, que consiste en seleccionar el método o los métodos de determinación de temperatura adecuados para cada caso. Es conveniente que siempre sea posible normalizar el método de medición de modo que las mediciones sean comparables. La selección de una temperatura como observable en un determinado equipo depende en gran medida en la experiencia práctica obtenida
S O D VA
en pruebas previamente realizadas.
R
SE E R S
Diferentes valores pueden ser apropiados para diferentes tipos de equipos
HO C E bajos voltajesD y mayores ER aumentos de temperaturas es importante reconocer los
con los mismos materiales de aislamiento. Por ejemplo, en el caso de bobinas de materiales de aislamiento que lo conforman para así saber la temperatura máxima soportable por el mismo. Por lo general se aprecia mica alrededor de la bobina en forma de escama.
Además existen algunos materiales aislantes encerrado en una atmósfera de nitrógeno que soportan temperaturas más altas que lo hacen en el aire. En la selección final del valor temperatura observable para un determinado tipo de equipos y servicios es importante reconocer la necesidad de uniformidad y simplicidad entre las distintas normas antes mencionadas.
Se recomienda que los valores de aumento de la temperatura observable ser seleccionados de la Tabla 4.1.
121
Tabla 4.1. Valores sugeridos para monitoreo de temperatura en calentamiento de maquinas rotativas.
S O D VA
R
SE E R S
HO C E ER
Fuente: IEEE 1-1986
D
4.5. DEFINICIÓN DE REQUERIMIENTOS QUE DEBE SATISFACER EL TABLERO PARA DESARROLLAR EL PROCESO DE CALENTAMIENTO.
4.5.1. REQUERIMIENTOS OPERATIVOS.
Cuando se habla de requerimientos operativos se refiere directamente a las especificaciones que debe cumplir el tablero para realizar satisfactoriamente el proceso de calentamiento de rotores de generadores síncronos y así poder cumplir con las acciones de curado de resinas, moldeado de devanados y el despojo de la humedad en el rotor también llamado secado. Este tablero deberá satisfacer las siguientes especificaciones tales como, la corriente máxima requerida para alcanzar la temperatura deseada por acción del efecto Joule, equipos de medición para chequeo del proceso, automatización del proceso por medio de controlador lógico programable (PLC) y ser capaz de registrar las variables destacables del proceso.
122
Corriente máxima requerida
Según información suministrada por el departamento de generadores de TurboCare, en base a experiencia previa, el proceso de calentamiento es realizado a rotores reparados en el taller con características que se pueden apreciar en la siguiente tabla 4.2. Tabla 4.2. Corriente requerida para cada tipo de Rotor de Generador Eléctrico para realizar proceso de calentamiento en TurboCare, C.A.
S O D VA
Corriente requerida para realizar el proceso de calentamiento (Amp)
R
Tiempo de alcance de la temperatura deseada (Hrs)
40 – 70 MW
SE E R S
70 – 90 MW
120 – 150 Amp
48 Hrs
90 – 120 MW
200 – 250 Amp
48 Hrs
Rango de Rotores (MW)
HO 50 – 70 Amp C E ER
D
48 Hrs
Fuente: Propia – Izea y Montero
Basándonos en dicha información se toma como referencia los 250 amperios siendo este el valor más alto de corriente que deberá satisfacer el tablero para realizar el proceso de calentamiento en rotores reparados en TurboCare, C.A. Medición de Corriente
Debe poseer equipos de medición de corriente para medir y confirmar que la corriente inyectada al rotor al cual se le esta llevando a cabo el proceso sea la adecuada para el calentamiento.
123
Medición de Temperatura
Debe poseer instrumentos capaces de medir temperatura, que son los indicados para llevar el seguimiento del aumento de temperatura a lo largo del proceso. Medición de Aislamientos
S O D VA
Es necesario que el tablero sea capaz de medir
la resistividad del
R
aislamiento que posea el rotor, esto para verificar luego de realizado el proceso,
SE E R S
que dichos aislamientos no hayan sido dañados por exceso de temperatura y
HO C E ER
mantengan sus propiedades resistivas.
D
Automatización del Proceso
El tablero deberá ser capaz de controlar el proceso de manera automatizada, y simultáneamente registrar todas las variables de interés con el fin de mostrar a la clientela un seguimiento preciso y detallado del calentamiento del rotor.
4.5.2. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS.
Inyección de Corriente.
La inyección de corriente será suministrada por un sistema de soldadura por arco eléctrico, capaz de aportar una intensidad de 0-250 amperios en corriente directa. Este sistema debe tener la posibilidad de controlar el nivel de corriente a inyectar deseada a través de un conjunto de contactos.
124
Medición de Corriente
Debe poseer un amperímetro de corriente directa con un rango de 0 a 300 amperios, capaz de medir la corriente máxima requerida, este debe funcionar con un transformador de corriente tipo boquilla con una relación de
400/5, con
derivaciones en el secundario de X1-X2 como mínimas a través del cual va a pasar el cable de alimentación de calibre 350 AWG/Kcmil encargado de inyectar la corriente al rotor. Medición de Temperatura
S O D VA
R
SE E R S
HO C E cobre versus cobre-níquel DER capaz de censar una temperatura que oscila entre -40 -
El tablero debe conectarse a termocuplas o termopares de tipo “T” de
+350 ºC, clase 1 con una desviación máxima 0,5 ºC, sus dimensiones máximas
deben ser 200mm de longitud y 10mm de diámetro para poder alojarse entre las ranuras del rotor, este termopar debe poseer un material protector, resistente a la temperatura a la cual será expuesto, tal como acero inoxidable. Medición de aislamiento
Para esta medición es necesario que el diseño posea un megohmetro capaz de inyectar entre 500VDC a 1000VDC y medir entre 0 – 1 Tera-ohmios. Debe poseer a su vez una salida analógica
que pueda comunicarse con un
sistema automatizado de control para posteriormente lograr una comunicación y registro de las pruebas realizadas con el mismo. Automatización del Proceso
Es necesario que el tablero cuente con un controlador lógico programable para así lograr su automatización. Este PLC deberá contar con:
125
• Módulo de entradas analógicas de corriente de 4-20 mA para leer las variables del megóhmetro y la termocupla. • Módulo de entradas discretas de 24 VDC, mínimo deberá contar con 8 para entradas para pulsadores del equipo. • Módulo de salidas discretas de 24VDC para relés de control y alarmas • Módulo de salidas discretas para contactores 100/240VAC.
S O D VA
4.6. SELECCIÓN DE EQUIPOS.
R
SE E R S
De acuerdo con las razones ya expuestas, se necesitan una serie de
HO C E R intervienen básicamente en los procesos de curado de distintas variables DEque dispositivos de medición que cumplan con el propósito de medir y registrar las
resina, moldeado de devanado y secado del rotor. A continuación, se presentan una gama de equipos clasificados de acuerdo a las diferentes variables a medir, los cuales fueron comparados y detallados en su funcionamiento y disponibilidad en el mercado, para así luego seleccionar los más adaptados a los requerimientos técnicos del tablero.
En la tabla 4.3 se muestra una variedad de amperímetros diseñados para la medición de intensidad de corriente continua de los cuales se seleccionara el más adecuado de acuerdo a los requerimientos previamente establecido. Tabla 4.3. Amperímetros de Corriente Directa Marca
Modelo
Rango de Medida
Dimensiones
Tipo de Medición
Disponibilidad
Autonics
MT4WDA41
0 - 1000amp
96x48mm
Digital
Inmediata
Vitel
AMPVI500
0 - 500amp
96x96mm
Analógica
Inmediata
CAMSCO
CP-96/ESC400A
0 - 400amp
96x96mm
Analógica
90 días
Fuente: Catálogo Autonics, Catálogo Online Vitel y Catálogo CAMSCO.
126
De acuerdo a los datos recabados en la tabla anterior, con respecto a la diversidad de amperímetros disponibles para su utilización en el tablero para el calentamiento de rotores, se hizo la selección del dispositivo de medición más adecuado y preciso para su aplicación dentro del mismo.
El instrumento de medición escogido fue el VITEL, ya que el mismo nos ofrece las mejores características: principalmente es capaz de medir el rango de temperatura requerido, su disponibilidad en el mercado es inmendiata, lo cual es
S O D VA
importante en caso de implementar y construir el diseño propuesto por parte de la
R
empresa. Posee también buenas dimensiones con una escala amortiguada de
SE E R S
90º, dicha escala ofrece una buena visibilidad y exactitud al momento de
HO C E C, es decir; es adaptable al ambiente de trabajo para el que se ER Dperfectamente
presenciar la lectura. Este amperímetro trabaja a una temperatura entre -10º y 55º requiere. Asimismo, VITEL es una marca reconocida a nivel mundial en cuanto a fabricación y distribución de materiales y equipos eléctricos, lo cual ofrece gran confiabilidad de los mismos al momento de su uso. A continuación, se muestra con la figura 4.16, más detalles del amperímetro analógico seleccionado.
Figura 4.16 Amperímetro Análogo Vitel Fuente: Catalogo Online Vitel - http://www.vitel.cl/vit/catalogo.html
Seguidamente, en la tabla 4.4 se muestra una serie de transformadores de corriente disponibles en el mercado con cierto grado de accesibilidad y los cuales poseen características específicas que se adecuan a los requerimientos y pueden formar parte del diseño.
127
Tabla 4.4. Transformadores de Corriente
Marca
Modelo
Relación de Transformación
Diámetro Interior
Disponibilidad
CAMSCO
CFS-43 400/5A
400/5
43mm
60 Días
CIRCUTOR
TRM60
400/5
30mm
Inmediata
SACI
TU-40
400/5
30mm
Inmediata
Fuente: Catálogo Autonics, Catálogo Online Vitel y Catálogo CAMSCO.
S O D VA
R
El transformador de corriente seleccionado fue el de la marca CIRCUTOR,
SE E R S
ya que dispone características importantes en cuanto a su función en el diseño del
HO C E R requerimientoD deE transformar de 400 a 5 amperios con el fin de alimentar equipos
tablero. Dichas características se presentan a continuación: cumple con el
de medición que trabajan con dicho amperaje, su diámetro interior se adecua perfectamente al calibre del cable que pasara a través de el. Su disponibilidad en el mercado es inmediata, lo cual es importante a la hora de implementar y construir el diseño por parte de la empresa, también posee un peso moderado, lo cual permite fácilmente su alojamiento en el interior del gabinete, además CIRCUTOR es una empresa española reconocida a nivel mundial encargada del diseño y fabricación de equipos eléctricos de medición y control, que cuenta con franquicias en Latinoamérica en donde destaca Colombia, debido a la cercanía de Venezuela con el hermano país lo que hace más fácil la comunicación en caso de encargo.
Las características técnicas pueden ser observadas con mayor detalle y de forma más completa en el anexo 2, extraído del manual de la compañía fabricante. De igual manera se puede observar el transformador seleccionado en la figura 4.17.
128
Figura 4.17. Transformador de Corriente CIRCUTOR Fuente: Catláogo de Relés y Transformadores de Corriente CIRCUTOR.
A continuación, se muestra en las tablas 4.5 una lista de megohmetros
S O D VA
dedicados a la medición de resistencias de aislamiento en maquinas eléctricas de
R
SE E R S
gran envergadura.
O H C Tabla 4.5. Megohmetros Digitales E ER
D
Marca
Modelo
Rango de Medida
Dimensiones
Tensión de Prueba
Disponibilidad
FLUKE
1550B
0 - 1 TΩ
170x242x330 mm
250 - 5000 VDC
90 Días
AEMC
5060
0 - 10 TΩ
270x270x180 mm
500 – 5000 VDC
30 Días
0-400 MΩ
215x110x70 mm
250 - 500 VDC
30 Días
AMPROBE AMB-25
Fuente: Catálogo FLUKE, Catálogo de Instrumentos AECM, Catálogo Online AMPROBE.
El megóhmetro seleccionado en este caso fue el AEMC gracias a las siguientes ventajas: cumple con todos los requerimientos técnicos exigidos por el diseño, más aun la compañía Turbocare, C.A., actualmente dispone de megóhmetros de este tipo además de presentar personal capacitado para el uso de los mismos. También se considera que su disponibilidad es inmediata partiendo de la premisa de que ya existe este tipo de equipo dentro de las instalaciones de Turbocare, C.A., por añadidura AEMC es una empresa líder en equipos de medición de corriente y de resistencia de aislamiento, y ofrece productos personalizados de acuerdo a las aspiraciones de los clientes, lo cual hace ser muy viable y confiable al momento de comprar equipos de esta marca.
129
El grueso de parámetros técnicos y operativos de este equipo, se encuentran con mayor detalle en el anexo 3. De igual manera se puede observar el megóhmetro seleccionado en la figura 4.18.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
Figura 4.18 Megóhmetro AEMC 5060 Fuente: Catálogo AEMC INSTRUMENTS.
En la tabla 4.6 se muestra la gama de sensores de temperaturas llamados termocuplas, de los cuales se seleccionará el más apropiado para el uso de dicho instrumento en el tablero. Tabla 4.6. Termocuplas Tipo T Marca
Modelo
Rango de Medida
Dimensiones
Material de Conductor
Disponibilidad
SECOIN
T-TipoT
200 - 400 ºC
200x15 mm
Cobre vs Constanta
90 Días
ISOTECH
T-100 TPR
196 – 250 ºC
356x6.35 mm
Cobre vs níquel
30 Días
EXEMYS
PT100
0 – 300 ºC
150X8 mm
Cobre vs CobreNíquel
·30 Días
Fuente: Catálogo FLUKE, Catálogo de Instrumentos AECM, Catálogo Online AMPROBE
130
La termocupla seleccionada para medir la temperatura durante el proceso de calentamiento de rotores, es la termocupla marca EXEMYS ya que es totalmente adecuada para medir las temperaturas oscilantes al momento de la ejecución de dicho proceso, igualmente sus dimensiones son perfectamente adaptables a las ranuras del rotor. EXEMYS es una marca reconocida en el mercado con alta capacidad y experiencia en el ámbito industrial, destacada por proveer productos de conectividad para el monitoreo, adquisición y control de procesos industriales, además nos ofrece menores plazos de entrega de equipos,
S O D VA
diseño de equipos personalizados, soporte técnico en español y servicio de
R
reparación de equipos.
SE E R S
HO C E del tipo seleccionado. DERPara más información sobre las características técnicas del
En la figura 4.19 y se puede observar la estructura física de una termocupla
instrumento y las diferentes opciones que ofrece el fabricante, se pueden observar más detalladamente en el anexo 4.
Figura 4.19 Termocupla EXEMYS PT100 Fuente: Catálogo EXEMYS para encargos.
A continuación, en la tabla 4.7 podemos observar varias máquinas de soldar por arco eléctrico, de las cuales escogeremos la adecuada para proporcionar la corriente requerida en el proceso de calentamiento.
131
Tabla 4.7. Máquinas de soldar por arco eléctrico Marca
Modelo
Capacidad de Corriente
MILLER
Dialarc
0 - 250 Amp DC
THERMAL
Pro-Lite 250Ts
0 - 250 Amp DC
LINCOLN
Power MIG215
30 - 230 Amp DC
Dimensiones 483x597x838 mm 360x180x420 mm 808x408x985 mm
Disponibilidad Inmediata 90 Dias
Fuente: Manual técnico MILLER, Catálogo THERMAL y Catálogo LINCOLN.
S O D A más importantes: inyección de corriente fue la MILLER. Destacamos lasVrazones R E Slograr el curado de resina, secado es capaz de aportar el amperaje necesario para E R S parte, gracias a que se obtuvieron los Ootra H y moldeado de devanados; por C EREcomo de operación de la máquina, éstos pudieron ser manuales tanto Dtécnicos
La máquina de soldar seleccionada para ser tomada como la base de
utilizados como punto de partida para la realización del diagrama circuital en el diseño propuesto. Así mismo, TurboCare, actualmente cuenta con varios equipos con las mismas características al seleccionado, lo cual permite la utilización de alguno de ellos en caso de implementar el diseño; aunado a esto, MILLER ofrece una amplia gama de productos y equipos de soldadura al menor precio, reconocida en el mundo por su alta confiabilidad y garantía.
Para finalizar con la selección de los equipos que conformarán el tablero, en la tabla 4.8 se plasma una diversidad de controladores lógicos programables, uno de los cuales será el responsable de automatizar el proceso de calentamiento en los rotores
132
Tabla 4.8. Controladores Lógicos Programables Marca
Modelo
Comunicación
Dimensiones
Disponibilidad
ALLEN BRADLEY
SLC 500
RS232/ETHERNET
380,5 x 220 x 82mm
30 Días
SIEMENS
SIMATIC S7-100
DH485
140 x 80 x 92mm
90 Días
SCHNEIDER
FSACCO1
RS232
239x128x 85 mm
90 Días
Fuente: Catalogo MILLER, Catalogo THERMAL y Catalogo LINCOLN.
S O D VA capacidad de satisfacer los requerimientos operativos y técnicos mencionados R E S Ehacia el controlador SLC 500 ALLEN anteriormente, pero la selección seS inclinó R O C BRADLEY debido a que en H TurboCare existe un horno de alto vacío que está E R E D controlado por un PLC de igual tipo al seleccionado, lo que hace que los
Es de resaltar que cada tipo de PLC plasmado en la tabla 4.8 tiene la
operadores ya se encuentren familiarizados con este sistema operativo. Otra razón por la cual se optó por este equipo es que sus funciones de programación y simulación son de fácil acceso en la web y se puede desarrollar de manera sencilla y amigable. El controlador lógico programable seleccionado se puede observar en la figura 4.20 que se muestra a continuación:
Figura 4.20 PLC SLC500 ALLEN BRADLEY Fuente: Manual de Usuario Módulos de E/S y controladores programables SLC 500
133
Para más información técnica del PLC revisar Anexo 5 donde se podrá observar especificaciones encontradas en el manual de instalación y operación del mismo.
4.7. DISEÑO CIRCUITAL DEL TABLERO. 4.7.1. DIAGRÁMA CIRCUITAL BASE.
S O D VA
R
En la figura 4.21 se muestra el diagrama circuital correspondiente a la
SE E R S
máquina de soldar seleccionada. Dicho diagrama sirvió como punto de partida
HO C E utilizando estaD máquina ER de soldar MILLER como equipo inyector de corriente.
para la realización del diseño del tablero para el calentamiento de rotores,
Figura 4.21 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc Fuente: Manual de Usuario de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc.
En la figura 4.22 se resaltan algunos bloques circuitales, tomando como base el funcionamiento de cada uno. 134
1
2
S O D A V R SE
6
3
C E R DE
E R S HO 4
7
8
5
Figura 4.22 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc separados en bloques circuitales. Fuente: Manual de Usuario de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc
135
El bloque 1 corresponde a los conectores de entrada y los puentes para seleccionar el voltaje primario del transformador principal. En el diseño propuesto no se requiere seleccionar manualmente el voltaje de entrada, por lo cual se realizará una conexión fija de 230V en el devanado primario.
En el bloque 2 se ilustra el transformador principal el cual se mantendrá sin modificación alguna.
S O D VA
Respecto al bloque 3, contiene el control fino de corriente a través del
R
reóstato R1. Este dispositivo no se utilizará para este tipo de control, por lo cual quedará en una posición fija.
SE E R S
HO C E En el bloque DER4 se muestra el control grueso de corriente mediante un
selector de tres posiciones denominado S4. Este selector manual será sustituido
por contactos controlados por el PLC para alcanzar los niveles de corriente deseados en el proceso de calentamiento de rotores.
En el bloque 5 se refleja los dispositivos de control local y remoto para las funciones de soldadura. Debido a que estas funciones ya no serán necesarias sino que la operación del equipo se enfocará en inyección de corriente, estos dispositivos ya no serán necesarios por lo cual se removerán los relés CR3 y TD1, así como el selector S3 con sus respectivos contactos asociados. Se mantendrán los relés W y CR2 conectados en modo local. El bloque 6 comprende el control de corriente en modo remoto a través de un reóstato externo. Por las mismas razones expuestas por el bloque 3 esta modalidad remota se eliminara completamente.
En el bloque 7 se muestra los dispositivos de acondicionamiento de la corriente de salida los cuales se mantendrán operativos para la correcta inyección
136
de corriente. Solo será necesario eliminar el selector S5 detallado en el bloque 8, ya que la corriente a inyectar será tipo DC en polarización directa (straight). 4.7.2. DIAGRÁMA CIRCUITAL MODIFIDICADO.
Luego de haber reflejado el diagrama circuital original a través de sus bloques funcionales, a continuación se muestra el diagrama circuital del diseño propuesto, el cual ha sido una modificación del diagrama circuital original (figura
S O D VA
4.21).
R
SE E R S
Estas modificaciones se detallarán más a fondo en la figura 4.23 que se
HO C E ER
muestra a continuación:
D
137
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.23 Diagrama Circuital de la Máquina de Soldar MILLER Dialarc modificado para el diseño del Tablero. Fuente: Izea y Montero – Circuit Maker 2000
138
Como se planteó anteriormente se sustituyó el selector manual S4 por los contactos CI1, CI2 y CI3, controlados por el PLC para alcanzar los niveles de corriente deseados en el proceso de calentamiento de rotores.
Igualmente se puede observar la medición de corriente en el terminal del electrodo a través del transformador de corriente y el amperímetro conectados en serie.
S O D VA
Es importante resaltar que los selectores de funcionamiento remoto S2 y S3
R
así como el selector de corriente de salida AC-DC fueron eliminados.
SE E R S
HO C E R fijo de 230V promedio y entregue tres niveles prefijados con un voltajeD deE entrada
Estas modificaciones van a permitir que el inyector de corriente funcione
de corriente DC en polarización directa para los procesos de secado, curado y moldeado de los devanados rotóricos.
4.7.3. SELECCIÓN DE EQUIPOS COMPLEMENTARIOS.
Con relación al diseño previamente mostrado surgió una serie de equipos que se requieren para complementar las funciones de control a efectuarse sobre el inyector de corriente.
A continuación se presentan los equipos seleccionados con una breve descripción de su funcionamiento dentro del sistema así como el criterio tomado para su aceptación. Interfaz humano-máquina (HMI)
Es la encargada de permitir la comunicación entre el tablero y el operador humano; por medio de la misma se llevará a cabo el control de los parámetros del 139
PLC y se podrán observar los registros obtenidos del proceso. El equipo seleccionado fue el P1500 Basic de SIEMENS, principalmente por su compatibilidad con el controlador lógico programable y también debido que su tamaño es el adecuado para satisfacer la lectura clara de los parámetros presentados. El dispositivo seleccionado se puede observar en la figura 4.24 y más información en el ANEXO 5.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
Figura 4.24 HMI SIEMENS P1500 Basic Fuente: Catálogo Paneles SIMACTIC SIEMENS
Contactores
Son necesarios para fijar los diferentes niveles de corriente inyectados al proceso. Éstos serán comandados por el controlador lógico. Se seleccionaron tres contactores FC4A6/230N de la marca de BTICINO con capacidad de 60 amperios, ya que son los muy utilizados para sistemas de control y son de tamaño compacto, por lo que se ajustan perfectamente al diseño del gabinete. El modelo del contactor seleccionado puede observarse en la figura 4.25.
140
Figura 4.25 Contactor BTICINO FC4A6/230N Fuente: Catálogo Bticino-Interruptores y accesorios
S O D VA
Toma Corriente Doble 120V
ER S E R S La función del tomacorriente será proporcionar internamente en el tablero la O CelHmegóhmetro, su participación en el diseño parte de E alimentación eléctrica para R DE
la idea de lograr que el megóhmetro no sea un instrumento permanente dentro del
tablero, al contrario, este equipo será capaz de ser desconectado y usado por sí solo. La marca del tomacorriente seleccionado fue BTICINO. En la figura 4.26 que está a continuación se puede ver el modelo de tomacorriente utilizado en el diseño.
Figura 4.26 Modelo de tomacorriente BTICINO de 120v de uso común. Fuente: Catálogo Bticino-Interruptores y accesorios
Transmisor para Termocupla de 4-20mA
Se procedió a seleccionar el transmisor LOGIC Electronics LTA-T para que el mismo cumpla la función
de acondicionar la señal, proporcionar una salida
141
línea y precisa con respecto a la censada por la termocupla seleccionada anteriormente. El transmisor se puede ver en la figura 4.27.
S O D VA
Figura 4.27 Transmisor LTA-T 4-20 mA LOGIC Electronics.
R
SE E R S
Fuente: http://www.logicelectronic.com/productos/transmisores/LTA_T.htm
HO C E ER
D
Relé 12 voltios para protección del Megóhmetro
Se debió implementar el uso de relés para protección del megóhmetro, ya que el mismo estará conectado al rotor durante el proceso de inyección de corriente, la función del relé será activarse y cerrar el circuito del megóhmetro cuando cese la intensidad de corriente en la pieza rotorica y así posteriormente poner el marchan el megado del mismo. La selección fue sencilla debido a la variedad existente de este tipo de relé para cumplir la función que se requiere, pero se concluyó
que
el
relé
PANASONIC
RLAQE12112
cumple
los
requerimientos exigidos para cumplir el rol al cual será puesto, además de ser un equipo que posee una temperatura de trabajo adecuado para la estar dentro de un gabinete. El equipo seleccionado se puede observar en la siguiente figura 4.28.
142
Figura 4.28 Relé de Panasonic RLAQE12112 Fuente: Catálogo AQ-E Solid State Relays Panasonic
R
SE E R S
Interruptores
S O D VA
HO C E ER
Para este caso se buscó tres tipos de interruptores, el de 2 polos de 63
D
amperios y el de 1 polo de 10 amperios, el primero de ellos será utilizado como principal, es decir, estará encargado de alimentar el tablero y todos sus equipos asociados; y los otros dos serán colocados como auxiliares y su función será energizar los transformadores del equipo inyector de corriente para prepararlo para su uso. Como interruptor principal se seleccionó el BTICINO Btdin 60-F82/63 y como auxiliares el BTICINO Btdin 60-F81/16, los cuales se pueden apreciar en la figura 4.29. Y para observación de la escogencia en el catálogo se puede ver en el ANEXO 6.
Figura 4.29 Interruptor BTICINO Btdin 60-F82/63 y Btdin 60-F81/16 Fuente: Catálogo Bticino-Interruptores y accesorios.
143
Cableado
A continuación se presentan los calibres seleccionados para los conductores requeridos por el diseño: • Alimentación del Transformador Principal: 3 conductores tipo THW75°C, calibre #6 AWG • Salida del Inyector de Corriente: 2 conductores tipo THW-75°C, calibre #300 Kcmill
S O D VA
• Interconexiones de Control: Deben ser de tipo THW-75°C, calibre
R
SE E R S
#14 AWG
• Cables de Instrumentación: Deben ser de tipo apantallado, calibre
HO C E ER
#18 AWG
D
4.8.- DISEÑO DEL GABINETE.
4.8.1. SELECCIÓN DE MATERIALES DEL GABINETE.
Los materiales del gabinete fueron seleccionados para un sistema de cableado interno en instalaciones industriales, clasificado según la Nema para uso interior. Las características más resaltantes se muestran a continuación: •
Lamina calibre 12 de hierro negro pulido o hierro esmaltado.
•
Pintura en polvo electrostática.
•
Cuerpo con entrada/salida de cables.
•
Puerta posterior abisagrada.
•
Caras internas anterior y posterior con doble fondo.
•
Caras laterales con rejillas de ventilación.
•
Cara inferior con rejillas localizadas para ventilación del transformador.
•
Ruedas de caucho tipo libre.
•
Manubrio en cara posterior para desplazamiento del gabinete. 144
A continuación en la figura 4.30 se puede apreciar los diferentes materiales seleccionados para formar parte del gabinete donde se alojará el diseño.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
Figura 4.30 Materiales del Gabinete Fuente: Izea y Montero.
Ya definidos los materiales del gabinete, se procedió a diseñar el mismo mediante un software de diseño asistido (CAD), el cual nos permite apreciar un modelo en tres dimensiones del gabinete terminado con sus medidas respectivas. Estas medidas contemplan las dimensiones de los equipos más importantes seleccionados previamente, a ser distribuidos en el interior del gabinete.
A continuación se presentan las diferentes vistas del modelo propuesto en las figuras 4.31, 4.32 y 4.33:
145
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.31 Vista Frontal del Gabinete Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
146
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.32 Vista Lateral del Gabinete Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
147
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.33 Vista Trasera del Gabinete Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
148
4.8.2. DISTRIBUCIÓN DE EQUIPOS EN EL GABINETE.
Para determinar las dimensiones (942x791x682mm) del gabinete se prestó especial atención a los equipos de mayor importancia, tales como: • Transformador principal • Amplificador magnético • Megóhmetro • Controlador lógico programable
HO C E Termocupla DER
• Contactores •
R
SE E R S
• Interfaz humano-máquina
S O D VA
• Amperímetro
Estos equipos se distribuyeron en tres niveles dentro del gabinete tomando en cuenta sus características físicas, su conexión con otros dispositivos y el rol que desempeñan para el correcto funcionamiento del sistema. Los niveles tomados en consideración fueron los siguientes: Nivel inferior
En este nivel se distribuyeron los principales equipos de fuerza, tales como: transformador principal, amplificador magnético, megóhmetro y transformador de corriente. Nivel medio
Contiene los equipos de enlace entre el sistema de control y el sistema de fuerza. Estos equipos son: contactores de control, cableado de interconexión. 149
Nivel superior
Este nivel alberga los sistemas encargados de censar las variables del proceso y controlar los niveles de corriente inyectados e interactuar con el operador del equipo. Entre estos sistemas podemos nombrar: controlador lógico programable, termocupla, interfaz humano-máquina y amperímetro.
S O D VA
Esta distribución de equipos se muestra a continuación en las figuras 4.34,
R
4.35 y 4.36 en las cuales se detalla la ubicación de los equipos principales anteriormente indicados:
SE E R S
D
HO C E ER
150
S O D A V R SE
Interfaz Humano-Maquina
E R S HO
C E R DE
Amperímetro
Termocupla
Bolsa para cableado de la Termocupla
Interruptor Principal Visor para observación del PLC
Figura 4.34 Distribución de Equipos Vista Frontal Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
151
S O D A V R SE
Puerta Trasera
PLC
E R S HO
C E R DE
Rejillas de Ventilación Contactores
Ruedas Salida de Cables
Figura 4.35 Distribución de Equipos Vista Lateral Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
152
Manubrio del Tablero
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE Cableado de Comunicación
Transformador
Megóhmetro
Amplificador
Figura 4.36 Distribución de Equipos Vista Trasera Fuente: Izea y Montero – Autodesk Inventor Profesional 2012
153
4.9. DESARROLLO DEL SOFTWARE PARA MANEJO POR MEDIO DEL PLC. 4.9.1. DISTRIBUCION ENTRADAS – SALIDAS DEL PLC.
Antes de adentrarse al desarrollo del software se muestra en la figura 4.37 un boceto de la distribución en cuanto a salidas y entradas más importantes que manejara el controlador lógico programable. Se podrá distinguir de la siguiente manera de color rojo se muestran las entradas y de color azul las salidas.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
Figura 4.37 Entradas y Salidas del PLC Fuente: Izea y Montero – Circuit Maker 2000
Posteriormente en las tablas 4.9, 4.10 y 4.11 se pueden apreciar más detalladamente la distribución de entradas y salidas que el controlador tendrá conectado. 154
Tabla 4.9. Entradas Discretas Utilizadas en el PLC
Entradas discretas - 1746SC-IN4i Pulsador para Proceso Manual Pulsador para Proceso Automático Pulsador de Contactor 1 Pulsador de Contactor 2 Pulsador de Contactor 3
R
SE E R S
Pulsador de Megóhmetro
HO C E ER
D
S O D VA
Fuente: Izea y Montero.
Tabla 4.10. Salidas Discretas 1746-OBP16 Utilizadas en el PLC
Salidas discretas - 1746-OBP16 Alarma de Defecto en Contactor 1 Alarma de Defecto en Contactor 2 Alarma de Defecto en Contactor 3 Alarma de Defecto en Megóhmetro Alarma de Finalizado del Proceso Megóhmetro
Fuente: Izea y Montero.
Tabla 4.11. Salidas Discretas 1746-OA16 Utilizadas en el PLC
Salidas discretas - 1746-OA16 Contactor 1 Contactor 2 Contactor 3 Fuente: Izea y Montero.
155
Tabla 4.12. Entradas Analógicas 4-20mA Utilizadas en el PLC
Entradas Analógicas 4-20mA Termocupla Salida del Megóhmetro Fuente: Izea y Montero.
S O D VA
R
SE E R S
4.9.2. PROTOCOLO DE CONTROL DE PROCESO POR EL PLC.
HO C E protocolo de control DERde corriente que para el cual se programara el PLC, lo cual En la siguiente figura 4.38 que se aprecia a continuación se observa el
será detallado más adelante:
Figura 4.38. Control del Corriente Fuente: Izea y Montero
156
El PLC deberá controlar la inyección de corriente a una primera intensidad de aproximadamente 90 A (indicado en el gráfico desde T1 hasta T4) a través del contactor CI1 (baja corriente). Mediante la señal recibida desde la termocupla se finalizará la primera etapa del proceso (secado del rotor) cuando se registren 60 grados centígrados. Este sensor notificará al controlador que se ha alcanzado la temperatura requerida para culminar este sub-proceso en T4. A continuación, se cesará la inyección de corriente por 10 min (indicado entre T4 y T5), para proceder a realizar el megado del rotor y así registrar los datos del comportamiento de su
S O D VA
aislamiento.
R
SE E R S
Posteriormente, el PLC ordenará una mayor inyección de corriente,
HO C E R anterior desdeDT5 150 A). De esta manera se alcanzará la E(aproximadamente
accionando un segundo contactor CI2, el cual controla una corriente más alta de la temperatura necesaria de 120 grados centígrados por efecto Joule, para curar las
resinas aplicadas en el rotor en reparación. Al alcanzar este punto en T7, se deberá cesar la inyección de corriente para megar el equipo de nuevo por 10 min.
Por último, se realizará la misma secuencia a través del contactor CI3 (alta corriente), con una corriente máxima de aproximadamente 250 A, para alcanzar la temperatura deseada de 150 grados centígrados. Luego de llegar a este punto, se detendrá la inyección de corriente y se verificará de nuevo la resistencia de aislamiento mediante el megóhmetro.
Al finalizar este proceso, el PLC deberá proporcionar las gráficas de comportamiento del aislamiento del rotor, con respecto a la temperatura y la corriente.
157
4.9.3. DESARROLLO DEL PROGRAMA.
Ya descrito el proceso que debe cumplir el controlador lógico programable y definidas todas las señales
de salida y entrada que manejará el mismo, se
procederá a una breve explicación de su programación.
El programa de control fue realizado mediante el software RSLogix 500, mediante una programación en escalera. En primer lugar, se procedió a identificar
S O D VA
los módulos de entradas y salidas que serán necesarios para la implementación del control del proceso.
R
SE E R S
HO C E R y salidas entre el proceso y el programa. Al culminar direccionarán D lasE entradas
Una vez identificados dichos módulos se crearon los dispositivos que
con la creación de estos dispositivos, se procedió a realizar la programación.
El proceso consta de una subrutina llamada principal en la cual se encuentran las dos opciones de funcionamiento del dispositivo, una de ellas es manual y la otra automática. Ambas opciones pueden ser habilitadas mediante unos pulsadores los cuales identificará el controlador lógico programable y así podrá iniciar el proceso en el modo seleccionado. El proceso automático está delimitado por temporizadores los cuales nos ayudarán a simular las entradas analógicas de la termocupla y el megóhmetro, también fueron agregadas una serie de alarmas las cuales nos permiten identificar las fallas que puedan presentarse durante el proceso. Por último se debe destacar que mediante el software RSView32 se realizó la configuración del HMI, enlazando las imágenes de los displays con los registros del programa ya realizado en RSLogix 500. De esta manera se podrá tener una mejor visualización del proceso y una observación detallada de los registros de las temperaturas y resistencias de aislamiento.
158
A continuación se presentan en las figuras 4.39, 4.40 y 4.41 donde se puede apreciar de manera seccionada la programación del PLC, realizada en el software RSLogix 500. La programación completa se podrá observar en el Anexo 8.
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
159
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.39. Selección de modo y control de baja corriente en el PLC Fuente: Izea y Montero – RSLogix 500
160
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.40 Medición de aislamiento y control de media corriente en el PLC Fuente: Izea y Montero – RSLogix 500
161
S O D A V R SE
E R S HO
C E R DE
Figura 4.41 Medición de aislamiento en el PLC luego del proceso de curado Fuente: Izea y Montero – RSLogix 500
162
CONCLUSIONES
Luego de culminado el “Diseño de un tablero para el calentamiento de rotores de generadores síncronos reparados en TurboCare” llegamos a las siguientes conclusiones:
•
Se definió el proceso de reparación al cual se someten los rotores de
S O D VAy sus sub-procesos de forma más detallada el calentamiento del R rotor E Sresina y moldeado de devanados. E R secado de humedad del rotor, curado de OS H C RE E D Se especificaron los requerimientos técnicos y operativos del sistema de generadores síncronos constituido por varias fases, de la cual se explicó de
•
inyección de corriente para el proceso de calentamiento de rotores para luego seleccionar los equipos que a la postre formaron parte del diseño del hardware. •
Se realizó la selección de equipos con base a algunos dispositivos ya existentes en las instalaciones de TurboCare, para así lograr un mejor aprovechamiento de los mismos y facilitar el manejo por parte del personal que opera en la compañía.
•
Se diseñó el tablero para el calentamiento de rotores y se codificó el programa en lenguaje escalera para llevar a cabo las funciones de control necesarias para cumplir el proceso. Cabe destacar que este diseño ofrece una interfaz sencilla y amigable para el manejo del operador.
163
RECOMENDACIONES
Considerando todo el contenido desarrollado en este trabajo especial de grado, se recomienda:
•
Realizar la implementación del gabinete inyector de corriente basado en
S O D VA
diseño propuesto. •
R
SE E R S
Incluir en la programación del controlador lógico programable varias
HO C E inyectada de R acuerdo al tamaño de los rotores en reparación. DE
opciones de configuración que permitan ajustar los niveles de corriente
•
Establecer un procedimiento que incluya la secuencia de instrucciones necesarias para llevar a cabo el proceso de calentamiento utilizando el diseño propuesto. En el Anexo 9 se muestra un formato que puede servir de guía para dicho procedimiento.
•
En caso de implementación, realizar un análisis de disipación calórica para determinar si es necesario agregar un sistema de ventilación forzada al gabinete.
164
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TEXTOS: ARIAS, Fidias. “El proyecto de investigación”. 1999. Editorial Episteme. Caracas, Venezuela. BAVARESCO, Aura M. “Proceso metodológico de la Investigación”. 2006. Cuarta
S O D BEHOUZ A. FOROUZAN, “Introducción a la cienciaR deV la A computación”. 2003. E S E R S CEAC, Enciclopedia Electricidad. “Talleres Electro-mecánicos Bobinados”. 1978. O H C RE CEAC. España. Segunda Edición.E D Ediciones Edición. Editorial LUZ. Venezuela.
CEAC, Enciclopedia Electricidad. “Materiales Electro-mecánicos”. 1978. Segunda Edición. Ediciones CEAC. España. CHAPMAN, Stephen J. “Maquinas Eléctricas”. 2005. Tercera edición. Editorial McGraw-Hill. CREUS, Antonio. “Instrumentación Industrial”. 2007. Séptima Edición. Editorial Marcombo. Colombia. EYSSAUTER DE LA MORA, Maurice. “Metodología de la Investigación para el Desarrollo de la Inteligencia”. 2008. Editorial Thomson. México. HERNÁNDEZ, R; FERNÁNDEZ, C Y BATISTA, P. “Metodología de la investigación”. 2006. Cuarta edición. Mc. Graw Hill. HURTADO DE BARRERA, Jacqueline. “Metodología de la Investigación Holística”. 2000. Editorial Sypal. Venezuela. KUO, Benjamín C. “Sistemas de Control Automático”. 1996. SOMMERBILL, Ian. “Ingeniería de Software”. 2005
165
PEÑA, Juan Domingo. “Introducción a los autómatas programables”. 2003 TAMAYO Y TAMAYO, Mario. “El proceso de la investigación científica”. 2009. Cuarta Edición. Editorial Limusa. México.
TRABAJOS ESPECIALES DE GRADO: DE S UN SISTEMA O D AUTOMATIZADO PARA EL CONTROL DE PRUEBAS VA EN GENERADORES R E S E SINCRONICOS”. Universidad del Zulia R 2003. OS H C E Juan M. Carrasquero. DER “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA Juan
C. Rangel A. “DISEÑO Y
AUTOMATIZADO
DE
CONSTRUCCIÓN
PRUEBAS
ELÉCTRICAS
A
FUSIBLES,
INTERRUPTORES, TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y CONECTORES DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN UTILIZADOS POR ENELVEN”. Universidad Rafael Urdaneta 2008. José R. Carbone N. y Eduardo J. Morón M. , titulada “DISEÑO DE MÓDULO DE PRUEBAS PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE VUELTAS EN BOBINAS DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN, ELABORADAS POR LA EMPRESA TIVECA”. Universidad Rafael Urdaneta 2008.
CATALOGOS Y REVISTAS: AEMC Instrument – Megóhmetro Modelos 5050 y 5060. Catálogo descriptivo de funcionamiento. ALLEN-BRADLEY – SLC500. Descripción General del Sistema. BTDIN - BTICINO. Selección de Interruptores Termomagnéticos y Accesorios.
166
CIRCUTOR Relés y Transformadores. Catálogo para selección de instrumentos de protección y control. EXEMYS - Termocuplas y PT100 Industriales. Catálogo para encargos. SIEMENS – SIMACTIC HMI. Catálogo para selección 2010.
MANUALES:
S O D VA
R
SE E R S
Manual de Procedimientos, Instrucciones y Formularios de Generadores (MA-
HO C E ER
GEN)
D
Manual Técnico y Operativo de Maquina de Soldar (MILLER Dialarc) Manual de Usuario Módulos de E/S y controladores programables (SLC 500)
NORMAS Y ESTANDARES: IEEE STD. 1-1986 – PRINCIPIOS GENERALES PARA LÍMITES DE TEMPERATURA EN LA CALIFICACIÓN DE EQUIPOS ELÉCTRICOS Y PARA LA EVALUACIÓN DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO IEEE STD. 112-1996 – PROCEDIMIENTO DE ENSAYO PARA MOTORES DE INDUCCIÓN POLIFÁSICOS Y GENERADORES. NORMATIVA UTILIZADAS EN MANTENIMIENTOS Y PRUEBAS REALIZADAS A ROTORES DE GENERADORES POR PARTE DE LA COMPAÑÍA PETRÓLEOS MEXICANOS, ABALADA POR IEEE. CODIGO ELECTRICO NACIONAL CODELECTRA-FONDONORMA 200:2004 SEPTIMA REVISION.
INTERNET: www.allen-bradley.com 167
http://electricidad-viatger.blogspot.com/2008/06/placa-de-caractersticas-en-lasmquinas.html www.electronicafacil.net/tutoriales/El-rele.php www.exemys.com www.garaje.ya.com/migotera/trafomedida.htm www.hellopro.es
S O D VA
http://www.logicelectronic.com/productos/transmisores/LTA_T.htm
R
SE E R S
www.mastercircuito.com
HO C E ER
http://pce-iverica.es/instrumento-de-medida/metros/pirometros.htm
D
http://html.rincondelvago.com/transformador-de-corriente.html www.tegnologiasdelaautomatizacion.blogspot.com www.turbocare.com www.vitel.cl/vit/catalogo.html www.wikipedia.org http://wordreference.com/definicion/aislamiento http://unicrom.com/tut_bobina.asp
168
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXOS
169
ANEXO 1
Preguntas Utilizadas para Entrevistas Estructurada
S O D VA
R
1. ¿En qué consiste el proceso de calentamiento de rotores?
SE E R S
HO C E ER
D
2. ¿Para qué se realiza el proceso de calentamiento en rotores?
3. ¿Qué tiempo dura todo el proceso de calentamiento en rotores?
4. ¿Cuáles son los parámetros a controlar cuando se efectúa este proceso?
5. ¿A qué temperatura se realiza cada sub-proceso en el calentamiento de rotores?
6. ¿Qué herramientas se utilizan en el proceso de calentamiento de rotores?
7. ¿Qué instrumentos de medición se utilizan en el proceso de calentamiento de rotores?
8. ¿Cómo se realiza el proceso de calentamiento en TurboCare, C.A.?
170
9. ¿Cuántos
operadores
se
requieren
para
realizar
el
proceso
de
calentamiento?
10. ¿Qué tanto interviene el factor humano (operador) en el proceso de calentamiento?
11. ¿Qué máquina es utilizada como inyector de corriente?
S O D A de calentamiento 12. ¿Qué impacto tiene sobre el medio ambiente elVproceso R E S E de la manera como se está realizando actualmente? R OS H C RE E D 13. ¿Qué impacto tiene sobre los trabajadores el proceso de calentamiento de la manera como se está realizando actualmente?
14. ¿Qué tipo de materiales químicos se utilizan en la construcción de los devanados del rotor?
15. ¿El proceso de calentamiento se realiza en el marco de un plan de mantenimiento preventivo o cuando se restaura un rotor completamente?
171
ANEXO 2 Catálogo de Relés y Transformadores de Corriente CIRCUTOR
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
172
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 3 Especificaciones Técnicas del AEMC 5060
173
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 4 Catálogo de EXEMYS para encargos
174
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 5 Especificaciones Técnicas del PLC SLC500
175
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 6 Especificaciones Técnicas del HMI TP1500 marca SIEMENS
176
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 7 Catálogo para Selección de Interruptores Principal y Auxiliar
177
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 8 Programación en diagrama de escalera para control del PLC
178
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 8 Programación en diagrama de escalera para control del PLC (Continuación)
179
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 8 Programación en diagrama de escalera para control del PLC (Continuación)
180
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 8 Programación en diagrama de escalera para control del PLC (Continuación)
181
R
SE E R S
HO C E ER
D
S O D VA
ANEXO 9 Protocolo de Uso del Tablero para calentamiento de Rotores.
182
CALENTAMIENTO DE ROTORES, PARA SECADO, CURADO DE RESINAS Y MOLDEADO DE DEVANADO MEDIANTE TABLERO PARA CALENTAMIENTO DE MANERA AUTOMATIZADA FORMATO BASE
MANUAL DE PROCEDIMIENTOS
1.O ALCANCE Esta instrucción aplica a todos los rotores generadores bobinados con anillos colectores. Esta instrucción define todos los pasos y pautas técnicas para
S O D la humedad del rotor, curado de la resina y moldeado V de A devanado para el acople R E S de los anillos retenedores. E R OS H C E DER
la inyección de corriente con el fin de lograr los sub-procesos de secado interno de
2.0 EQUIPOS A UTILIZAR •
Tablero para calentamiento.
3.0 INSTRUCCIÓN 3.1 Verifique que el área este demarcada debidamente, recuerde que trabajara con una máquina de alto índice de corriente. 3.2 Verifique que la superficie de los colectores esté libre de partículas, sucio o grasa. 3.3 Proceda al conexionado del cable inyector de corriente del tablero sobre la periferia de los colectores. 3.4 Proceda al conexionado de los equipos de medición de corriente, temperatura y resistencia de aislamiento respectivamente. 3.5 Encienda el tablero y todos sus equipos activando el interruptor principal de dos polos.
183
3.6 Posteriormente accione el primero interruptor auxiliar para llevar carga hacia el transformador y luego active el siguiente para poner la maquina a trabajar directamente. 3.7 Escoger en la pantalla el modo en que se desea trabajar. 3.7.1 Si se desea trabajar de manera manual seleccionar la corriente que se desea inyectar al rotor de las 3 posibles opciones. Se debe mantener un monitoreo permanente de la temperatura cuando el realiza el proceso de esta manera.
S O D A Vprogramado. en la pantalla y el proceso se realizara de acuerdo R a lo Mantener un E S Ea que exista algún tipo de alarma o chequeo de la pantalla de maquina debido R S HO C irregularidad en el proceso. E DER
3.7.2 Si se desea trabajar de manera automatizada seleccionar esa opción
3.8 Terminado el proceso verificar en pantalla del tablero que así lo indique.
3.9 Proceda al ajuste manual de las prensas de cabezas de bobinas de ser necesario. 3.10 Proceda a la observación de todo el proceso registrado en la memoria del tablero y que es visible en la pantalla. De ser necesario su extracción hacer el respectivo conexionado con el PLC alojado en su interior. 3.11 Apague el tablero y proceda a la desconexión de todos los equipos tanto de medición, como de inyección del rotor.
184