Motores Asincronos o de Inducción

Universidad Nororiental Privada “Gran Mariscal De Ayacucho”

Facultad De Ingeniería

Escuela De Ingeniería De Mantenimiento Industrial

Cátedra: Máquinas Eléctricas

El Tigre – Estado Anzoátegui.

Máquinas Asíncronas: Motor Asíncrono Trifásico

Realizado por:

Hernan Gonzalez

Carlos García

Génesis Romero

Carluz Sulbaran

El Tigre, Junio de 2015

INTRODUCCIÓN

El motor de inducción es el tipo más popular de motor, por su simplicidad y fácil manejo. Un motor de inducción no tiene un circuito de campo separado; más bien, depende de la acción transformadora para inducir voltajes y corrientes en su circuito de campo. De hecho, un motor de inducción es básicamente un transformador giratorio. Su circuito equivalente es similar al del transformador, excepto por los efectos de la velocidad variable.

En un motor asíncrono, el deslizamiento o velocidad a la cual ocurre momento de torsión máximo puede controlarse por medio de la variación de resistencia del rotor. El valor de ese momento de torsión máximo es independiente de la resistencia del rotor. Una alta resistencia del rotor disminuye la velocidad a la cual el momento de torsión máximo ocurre y así aumenta el momento de torsión de arranque del motor. Sin embargo, la contraprestación por este momento de arranque es que tiene una muy pobre regulación de velocidad. Cualquier diseño normal de motor de inducción debe ser el resultado de una concertación entre estos dos requisitos antagónicos.

La máquina de inducción también puede usarse como generador, tanto tiempo cuanto se disponga de una fuente de potencia reactiva en el sistema de potencia. Un generador de inducción que funcione independientemente, tiene un grave problema de regulación de voltaje, pero cuando funciona en paralelo con un sistema de potencia grande, este puede controlar el voltaje de la máquina.

Motor Asíncrono trifásico

Descripción del Equipo

Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna que pueden ser utilizados como generador, alternador transformando energía eléctrica en mecánica o viceversa. Cuando se conecte a la corriente, la máquina empezará a funcionar como motor, girando a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad síncrona del campo magnético del estator.

Funcionamiento

El funcionamiento de un motor asíncrono viene dado como consecuencia de un campo magnético giratorio que se obtiene con tres devanados desfasados 120º (acoplados en estrella o triángulo) y conectados a un sistema trifásico de CA. Origina un flujo que induce corrientes en el rotor que interactúan con el campo magnético del estator. En cada conductor del rotor se produce una fuerza de valor F= i L B que da lugar al par motor ya que circulan corrientes por el rotor que originan fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator. El rotor gira a una velocidad N_r inferior a la velocidad de sincronismo pues en caso contrario no se induciría FEM en el rotor y por lo tanto no habría par motor.

Los motores asíncronos cumplen con IEC 34-1, EN 60034-1 y otras normas europeas pertinentes. Pueden también cumplir con normas o regulaciones especiales (clasificación, protección contra explosiones, etc.). Existen en particular instrucciones especiales para motores para las aplicaciones siguientes: Trenes de rodillos Protección contra explosiones. Los detalles del suministro constan en la documentación contractual correspondiente.

· Grado de eficacia: El grado de eficacia se determina de acuerdo con las especificaciones de la norma EN 60034-2-1. En los motores de potencia inferior a 1kW se aplica la medición directa. La inseguridad de medición de este procedimiento está clasificada como “baja”. En los motores con una potencia a partir de 1kW se aplica el procedimiento de pérdidas individuales. En este caso se determinan las pérdidas adicionales a partir de las pérdidas residuales. La inseguridad de medición de este procedimiento también está clasificada como “baja”. La placa indicadora de potencia de los motores que ahorran energía incluye la indicación del grado de eficacia y la clase del grado de eficacia según la norma EN 60034-30.

· Grado de protección: El grado de protección del motor se indica en la placa de características, pero el de otros elementos acoplados al mismo puede ser distinto, por lo que hay que tener en cuenta este aspecto al instalar el motor. En instalaciones al aire libre (grado > IP44) es preciso proteger los motores de la acción directa de los agentes atmosféricos (lluvia, nieve, hielo; pegado del ventilador por congelamiento).

Disponible en:

http://www.google.co.ve/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&ved=0CD0QFjAH&url=http%3A%2F%2Fbibing.us.es%2Fproyectos%2Fabreproy%2F4943%2Ffichero%2F2-M%25E1quinas%2Bas%25EDncronas%2Bo%2Bde%2Binducci%25F3n.pdf&ei=W3aFVb73DMfwUMb7gKAJ&usg=AFQjCNEwVAyr83KehcpabA7-7ClzcDqdNA&bvm=bv.96339352,d.d24

Las partes principales del motor de inducción son:

- La corona magnética ranurada estatórica.

- Los devanados eléctricos estatóricos.

- La corona magnética ranurada rotórica.

- Los devanados eléctricos rotóricos.

- El eje del rotor.

- La carcasa del estator.

- Cojinetes.

- Sistema de refrigeración.

- Caja de borna.

Funcionamiento como freno electromagnético

En los dos modos de funcionamiento últimos considerados, el rotor gira en el mismo sentido que el campo giratorio. Veamos ahora que sucede si conectado el estator a la red, el rotor es obligado, por medio de un medio motriz externo, a girar en sentido contrario al del campo magnético. Evidentemente, para que esto sea posible, el elemento motor tendrá que desarrollar un par superior al que da la máquina de inducción y en cuantía que depende de la velocidad impuesta al rotor.

La máquina de inducción en estas condiciones actúa pues como un freno electromagnético, sacándose partida de ello en determinadas aplicaciones, como por ejemplo en el descenso de cargas en las grúas, cuyo mecanismo de elevación es accionado por motores de inducción, y particularmente en casos de emergencia, cuando se desea frenar bruscamente una máquina, lo que se logra invirtiendo el sentido del campo magnético del motor por el simple cambio de orden de la sucesión de las fases. Esta maniobra, que prácticamente se reduce a cruzar la conexión de dos fases a la red, se traduce en una brusca inversión del sentido del par, que de motor pasa a resistente, o sea a actuar como freno. Una vez la máquina parada, de mantenerse la conexión del estator a la red se pondría a girar como motor en sentido opuesto, por lo cual es obligado, de no convenir este movimiento, desconectarla de la red tan pronto se alcance el reposo o tienda a iniciar el giro en el sentido contrario.

Análisis de criticidad

Ø Historial de fallas

# Fallas	Fallas	Frecuencia de fallas por año
1	Desgaste de Cojinetes	29
2	Aislamiento del estator	27
3	Desgaste Empacaduras	6
4	Falta de Lubricación	6
5	Jaula del Rotor	5
6	Tirantes del estator desgastados	3
7	Desgaste en el eje del rotor	2
8	Cuñas del Estator	1
9	Carcasas del Estator	1
10	Desmagnetización del Núcleo del Estator	1
11	Desmagnetización del Núcleo del Rotor	1

Ø Criterio de ponderaciones

Frecuencia de fallas

Fallas	Ponderación	Criterio
FF< 3 Fallas/Año	1	NO CRITICO
FF>= 3 Y FF< 5 Fallas/Año	2	FALLA NORMAL
FF>= 5 Y FF< 10 Fallas/Año	3	MEDIO CRITICO
FF>= 10 Fallas/Año	4	CRITICO

Costo del mantenimiento

Costo	Ponderación
CM< 20 MBS	2
CM>= 20 Y CM< 30 MBS	6
CM>= 30 MBS Y CM< 50 MBS	7
CM>= 50 MBS	10

Impacto en SHA

Nivel	Descripción	Ponderación
MENOR	Evento sin consecuencias	2
BAJO	Lesiones con tiempo perdido < 30 días; evento controlado dentro de los límites de la instalación	6
MODERADO	Lesiones con tiempo perdido > 30 días; impacto ambiental reversible en menos de un año	10
SEVERO	Heridos graves, impacto ambiental reversible en menos de un año	12
GRAVE	Uno o más daños irreversibles	15

Impacto operacional

Impacto	Ponderación
Falla Menor Afecta < 25%	2
Falla Mayor 25% =< Afecta < 50%	6
Falla Critica Afecta >= 50%	10

Datos históricos

Cojinetes:

Frecuencia de fallas: 29

Impacto operacional: 80%

Costo del mantenimiento: 60 MBS

Impacto en SHA: severo

Aislamiento (estator):

Frecuencia de fallas: 27

Impacto operacional: 75%

Costo del mantenimiento: 50 MBS

Impacto en SHA: severo

Desgastes empacaduras:

Frecuencia de fallas: 6

Impacto operacional: 40%

Costo del mantenimiento: 55 MBS

Impacto en SHA: severo

Lubricación:

Frecuencia de fallas: 6

Impacto operacional: 80%

Costo del mantenimiento: 40 MBS

Impacto en SHA: grave

Jaula (rotor):

Frecuencia de fallas: 5

Impacto operacional: 30 %

Costo del mantenimiento: 60 MBS

Impacto en SHA: moderado

Tirantes (estator):

Frecuencia de fallas: 3

Impacto operacional: 20 %

Costo del mantenimiento: 35 MBS

Impacto en SHA: bajo

Desgastes eje (rotor):

Frecuencia de fallas: 2

Impacto operacional: 60%

Costo del mantenimiento: 80 MBS

Impacto en SHA: severo

Cuñas (estator):

Frecuencia de fallas: 1

Impacto operacional: 20%

Costo del mantenimiento: 15 MBS

Impacto en SHA: menor

Núcleo (estator):

Frecuencia de fallas: 1

Impacto operacional: 70%

Costo del mantenimiento: 85 MBS

Impacto en SHA: severo

Carcasas estator:

Frecuencia de fallas: 1

Impacto operacional: 25%

Costo del mantenimiento: 18 MBS

Impacto en SHA: menor

Núcleo (rotor)

Frecuencia de fallas: 1

Impacto operacional: 70%

Costo del mantenimiento: 85 MBS

Impacto en SHA: severo

Ø Cálculo de criticidad

Sistema	Subsistema	F.F	I.O	C.M	I.SHA	T.C	Criticidad	C.R	F.C
MOTOR ASINCRONO TRIFASICO	Cojinetes	4	10	10	12	32	128	30	4-30
	Aislamiento (estator)	4	10	10	12	32	128	30	4-30
	Desgaste empacaduras	3	6	10	12	28	84	30	3-30
	Lubricación	3	10	7	15	32	96	30	3-30
	Jaula (rotor)	3	6	10	10	26	78	30	3-30
	Tirantes(estator)	2	2	7	6	15	30	20	2-20
	Desgaste eje (rotor)	1	10	10	12	32	32	30	1-30
	Cuñas (estator)	1	2	2	2	6	6	10	1-10
	Núcleo(estator)	1	10	2	12	34	34	30	1-30
	Carcasas (estator)	1	6	2	2	10	10	10	1-10
	Núcleo(rotor)	1	10	10	12	32	32	30	1-30

Ø Matriz de criticidad

Frecuencias de fallas		4				Cojinetes - Aislamiento (estator)
		3				Desgastes –Lubricación- Jaula
		2		Tirantes (estator)
		1	Cuñas – Carcasas			Desgaste ejes – Núcleo (estator)- Núcleo (rotor)
			10	20		30	40
		Consecuencias redondeadas
	NO CRITICO RANGO 0 -- 40				SEMI-CRITICO RANGO 41 – 90			CRITICO RANGO 91 --- 350

Según la tabla de criterio de ponderaciones se establece lo siguiente:

- Los cojinetes y aislamiento (estator): Critico (91-350).

- Jaula y Empacaduras: Semi-Critico (41-90).

- Lubricación: Critico (91-350).

- Tirantes (estator), Desgaste eje (rotor), Cuñas (estator), Núcleo (estator), Carcasas (estator), Núcleo (rotor): No Critico (0-40).

Se determinan las variables que influyen sobre la criticidad y se cuantifican sus efectos, se define un método de cálculo que permite establecer la estrategia de mantenimiento a la que será sometido el equipo.

La magnitud del problema o criticidad depende de: el efecto sobre el medio ambiente, seguridad, producción, costos, velocidad de reparación y frecuencias de fallas considerando el tiempo medio entre fallas, datos históricos y régimen de trabajo horario.

Después de las selección de acciones de mejora para garantizar el monitoreo del proceso es recomendable realizar seguimiento y control de la aplicación de la metodología¨ análisis de criticidad¨ para crear los registros resultantes de la misma.

Ø Diagrama de Pareto

	# Fallas	Fallas	Frecuencia de fallas por año	% Individual	% Acumulado
A	1	Desgaste de Cojinetes	29	35,365	35,365
B	2	Aislamiento del estator	27	32,926	68,291
C	3	Desgaste Empacaduras	6	7,317	75,608
D	4	Falta de Lubricación	6	7,317	82,925
E	5	Jaula del Rotor	5	6,097	89,022
F	6	Tirantes del estator desgastados	3	3,658	92,68
G	7	Desgaste en el eje del rotor	2	2,439	95,119
H	8	Cuñas del Estator	1	1,219	96,338
I	9	Carcasas del Estator	1	1,219	97,557
J	10	Desmagnetización del Núcleo del Estator	1	1,219	98,776
K	11	Desmagnetización del Núcleo del Rotor	1	1,219	99,995
	∑		82	99,995

Ø Gráfica

A continuación se le realizará un análisis del origen de las posibles causas para cada fallas que se reflejan en el 80% de la gráfica de Pareto.

Ø Diagrama Causa-Efecto

Amef

Tabla de ponderaciones

Probabilidad de ocurrencia de fallas

Rangos de severidad de fallas

Probabilidad de detección

Número de probabilidad de Riesgo (NPR)

Altamente improbable

Muy baja severidad

Alta probabilidad

Alto riesgo de fallas

500-1000

Muy baja probabilidad

2-3

Severidad baja

2-3

Media probabilidad alta

2-5

Probabilidad media de riesgo

125-300

Probabilidad media

4-6

Severidad promedio

4-6

Probabilidad media

6-8

Bajo riesgo de falla

1-134

Alta probabilidad

7-8

Severidad alta

7-8

Muy baja probabilidad

No existe riesgo

Muy alta probabilidad

9-10

Severidad muy alta

9-10

Altamente improbable

AMEF DE PROCESO

AMEF No. 01

Departamento: Mantenimiento

Ingeniero: Carlos García

Fecha: 10/03/2015

Hoja: 1/4

Descripción del equipo

Función del Equipo

Modo de falla

Efecto de la falla

Causa de la falla

Situación Actual

Acciones Recomendadas

Responsable

Situación Actual

Acciones Actuales

OCUR

SEV

DEET

NPR

Acciones Adoptadas

Ocur

Sev

NPR

Motor Asíncrono Trifásico

Producción de corriente eléctrica a través de energía mecánica

Falla del Arranque

No arranca el motor

Desgaste del bobinado

Desgaste de los carbones

Cambio de carbones.

Revisión de carbones anualmente

Mecánico

Se implantó lo recomendado

Rebobinado.

Revisión de bobinado anualmente

Electricista

Se implantó lo recomendado

AMEF DE PROCESO

AMEF No. 02

Departamento: Mantenimiento

Ingeniero: Carlos García

Fecha: 10/03/2015

Hoja: 2/4

Descripción del equipo

Función del Equipo

Modo de falla

Efecto de la falla

Causa de la falla

Situación Actual

Acciones Recomendadas

Responsable

Situación Actual

Acciones Actuales

OCUR

SEV

DEET

NPR

Acciones Adoptadas

Ocur

Sev

NPR

Motor Asíncrono Trifásico

Producción de corriente eléctrica a través de energía mecánica

Pérdida de Potencia

El motor no tiene suficiente potencia para mantener la carga

Baja compresión por anillos rotos.

Obstrucción de las líneas de combustibles.

Cambio de anillos.

140

Revisión de nivel de aceite semanal-diario

Mecánico

Se implantó lo recomendado

Revisión de líneas y filtros.

Cambio de filtros y limpiezas de líneas cada 250h

Mecánico

Se implantó lo recomendado

AMEF DE PROCESO

AMEF No. 03

Departamento: Mantenimiento

Ingeniero: Carlos García

Fecha: 10/03/2015

Hoja: 3/4

Descripción del equipo

Función del Equipo

Modo de falla

Efecto de la falla

Causa de la falla

Situación Actual

Acciones Recomendadas

Responsable

Situación Actual

Acciones Actuales

OCUR

SEV

DEET

NPR

Acciones Adoptadas

Ocur

Sev

NPR

Motor Asíncrono Trifásico

Producción de corriente eléctrica a través de energía mecánica

Bajo nivel de refrigerante

Recalentamiento de la cámara.

Fisura en el bloque.

Manguera rota.

Fisura en el radiador.

Revisión del radiador.

Revisión de radiador semanal.

Mecánico

Se implantó lo recomendado

Cambio de mangueras.

Revisión de mangueras cada 4 meses.

Mecánico

Se implantó lo recomendado

AMEF DE PROCESO

AMEF No. 04

Departamento: Mantenimiento

Ingeniero: Carlos García

Fecha: 10/03/2015

Hoja: 4/4

Descripción del equipo

Función del Equipo

Modo de falla

Efecto de la falla

Causa de la falla

Situación Actual

Acciones Recomendadas

Responsable

Situación Actual

Acciones Actuales

OCUR

SEV

DEET

NPR

Acciones Adoptadas

Ocur

Sev

NPR

Motor Asíncrono Trifásico

Producción de corriente eléctrica a través de energía mecánica

Bajo nivel de aceite

Fuga de aceite.

Empacaduras de mangueras.

Empacaduras rotas y filtros de aceite tapados.

Cambio de mangueras

118

Revisión de mangueras mensual

Mecánico

Se implantó lo recomendado

Cambio de empacaduras.

162

Revisión de empacaduras anualmente

Mecánico

Se implantó lo recomendado

Cambio de filtros.

Revisión de filtros semanal.

Mecánico

Se implantó lo recomendado

CONCLUSIÓN

El funcionamiento de una maquina asíncrona difiere de las demás en el hecho de que esta proporciona energía eléctrica a través de energía mecánica. Se hizo necesario el uso de técnicas estadísticas como lo es el análisis de Pareto enfocado en un análisis de criticidad que ayuda a establecer estrategias de mantenimiento para mejorar el funcionamiento de un equipo.

Esto también es la finalidad de las otras técnicas como el AMEF y el diagrama de causa-efecto, centradas en el estudio de los sistemas y subsistemas para conocer sus fallas y la frecuencia de las mismas así como lograr su posible disminución de la frecuencia en la que estas ocurren lo cual se visualiza más fácil en el AMEF.

La utilización del diagrama causa-efecto también conocido como espina de pescado o diagrama de Ishikawa es de suma importancia ya que permite establecer las posibles causas de cada falla mediante el método de las 5M (Materiales, Máquina, Método, Medio Ambiente y Mano de Obra). El AMEF por su parte nos ayuda a establecer estadísticamente ciertas prioridades que nos ayuden a la toma de decisiones a través de ponderaciones previamente establecidas.