MOTOR Y CONTROLADOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR

El motor eléctrico de corriente directa empleado, es una máquina prima que tiene como función transformar la energía eléctrica en energía mecánica (trabajo mecánico) para posteriormente transmitir dicha energía mecánica (torque) al eje mediante un acoplamiento adecuado. Algunas características del motor eléctrico empleado en los experimentos (ver figura 4.4) se presentan a continuación:

• Velocidad máxima = 10,000 rpm.

• Sentido de giro = Horario o antihorario.

• Voltaje DC (Direct Current) = 90 VDC.

• Diámetro x Longitud = 83 mm x 140 mm.

Fig. 4.4. Motor eléctrico (Bently Nevada®).

Mientras tanto, el controlador de velocidad del motor de corriente directa está constituido por los siguientes componentes:

• Un interruptor de encendido y apagado (figura 4.5 componente 1).

• Un led (figura 4.5 componente 2) que indica el estado del controlador de velocidad, este led se encontrará en color verde cuando el controlador esté encendido y operando normalmente, en color rojo debido a emergencias que requieran la detención del motor como sucede en casos de sobrecalentamiento y en color amarillo cuando el controlador necesite ser “reseteado” (detenido por completo) antes de continuar con la operación.

• Un interruptor (figura 4.5 componente 3) para establecer el sentido de giro del motor, el cual puede ser horario (CW) o antihorario (CCW).

• Una pantalla de RPM (figura 4.5 componente 4) que permite visualizar la velocidad angular (en rpm) actual alcanzada en el motor.

• Una perilla que permite establecer la velocidad máxima (max. speed setpoint) que se desea alcanzar en el rotor durante un barrido de frecuencia (figura 4.5 componente 5). Dicha velocidad máxima puede ser desde 0 hasta 10,000 rpm.

• Un interruptor de rampa arriba/abajo (ramp up/down) (figura 4.5 componente 6) que sirve para establecer si queremos que el rotor realice un barrio de frecuencia ya sea del tipo “arranque” o “paro”, aumentando o disminuyendo su velocidad desde un

cierto valor hasta la velocidad fijada en la perilla de velocidad máxima y con el valor de rampa establecido en la perilla indicadora de la relación de rampa (componente 7).

• Una perilla indicadora de la relación de rampa (ramp rate) (figura 4.5 componente 7), la cual sirve para establecer la aceleración deseada durante un barrido de frecuencia del rotor. Dicha rampa puede ir desde 0 hasta 15,000 rpm/min.

• Un interruptor de lento rodaje/rampa/detenido (slow roll/ramp/stopped) (figura 4.5 componente 8). En la primera posición ó posición más alta (slow roll) el rotor se mantendrá girando a la velocidad angular más baja posible (normalmente 240 rpm), lo cual se consigue de forma rápida sin importar si el rotor está detenido o si se encuentra girando a una velocidad más baja o más alta que la del slow roll. En la segunda posición o posición intermedia (ramp) se llevará a cabo un barrido de frecuencia bajo las condiciones establecidas en los controladores necesarios y explicados anteriormente. En la tercera posición ó posición más baja (stopped) el rotor se detendrá tan rápido como sea posible, usando el motor como un freno.

• Conexión para el transductor de no contacto del tipo “tacómetro”, conexión para el motor, tuerca de ajuste de la velocidad de slow roll, conexiones para la parte posterior del proxímitor y conexión para la corriente eléctrica. Estos componentes son representados en la figura 4.5 componentes 9, 10, 11, 12 y 13 respectivamente. Además, el controlador de velocidad tiene las siguientes especificaciones:

• Altura x Ancho x Profundidad = 115 x 260 x 325 mm.

• Peso = 3.5 kgf. 5 6 2 4 7 8

Fig. 4.5. Vista frontal y posterior del controlador de velocidad del motor (Bently Nevada®).

ACOPLAMIENTO

El motor y los ejes o los ejes entre sí están conectados directamente por medio de acoplamientos. Como la falta de perfecta alineación del eje rotatorio es inevitable, los acoplamientos rígidos suelen conducir a roturas por fatiga, sobrecalentamiento de los cojinetes y otras perturbaciones que pueden ser evitadas empleando acoplamientos flexibles. Para fines de la presente investigación se utilizó precisamente un acoplamiento helicoidal del tipo flexible como elemento de unión entre el motor y el eje rotatorio (ver figura 4.6). La finalidad de usar un acoplamiento flexible fue para que el funcionamiento del motor no transfiera perturbaciones o ruidos al eje rotatorio, además hay que recordar que los acoplamientos flexibles remedian los efectos de pequeñas magnitudes de angularidad, juego de extremo y desplazamiento axial; sirven también para las importantes funciones de absorber choques y vibraciones que pueden aparecer en un eje rotatorio y prevenir la producción de esfuerzos invertidos originados por la deformación de los ejes rotatorios en el acoplamiento. Se debe tener cuidado de que el cople y el eje queden perfectamente alineados y sujetados.

El acoplamiento empleado se fabrica de un cilindro sólido de metal cortado con una ranura helicoidal para incrementar su elasticidad. Este tipo de diseño, de una sola pieza, permite falta de alineación axial, angular y paralela con poco o nada de juego.

Además, el acoplamiento usado cuenta con una rueda dentada con la finalidad de colocar adecuadamente un transductor de no contacto del tipo “tacómetro” y así poder medir las revoluciones por minuto a las cuáles está girando el rotor; también cuenta con una muesca para keyphasor, la cual es una marca de referencia que indica el inicio y fin de una revolución del eje. Además de que el keyphasor se utiliza para medir las revoluciones del eje, también se utiliza como referencia para medir el ángulo de fase de los transductores de desplazamiento. El tipo de transductor empleado para el keyphasor es de proximidad.

3 12 13 9 11 1 10

Algunas especificaciones técnicas del acoplamiento se muestran a continuación:

• Longitud x Diámetro externo x Diámetro interno del cople flexible = 40 x 25 x 10 mm.

• Longitud x Diámetro de la parte donde se encuentra la muesca = 10 x 32 mm.

• Longitud x Diámetro de la rueda dentada = 5 x 50 mm.

• Número de dientes de la rueda = 20.

• Longitud x Diámetro de la parte que une al motor y al cople = 10 x 25 mm.

• Diámetro interno de la parte que une al motor y al cople = 10 mm.

• Máximo desalineamiento angular = 7°.

• Máximo desalineamiento paralelo = 0.965 mm.

• Máximo desalineamiento axial = 1.524 mm.

• Torque máximo = 0.864 kgf m.

• Material = Aluminio con anodizado MILA8625 Tipo II.

En la figura 4.6 se muestra también la fotografía del cople flexible helicoidal.

Fig. 4.6. Partes constitutivas del acoplamiento empleado y cople flexible helicoidal (Bently Nevada®).