DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
MANTENIMIENTO.
En mantenimiento, se agrupan una serie de actividades cuya ejecución permite alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles, instalaciones, etc.
Si bien Uds. pueden tener un concepto bastante claro de lo que quiere expresar confiabilidad, diremos que es la probabilidad de que un producto se desempeñe del modo que se había propuesto, durante un tiempo establecido, bajo condiciones especificadas de operación.
¿Sobre qué se aplican las tareas de mantenimiento?
Las tareas de mantenimiento se aplican sobre las instalaciones fijas y móviles, sobre equipos y maquinarias, sobre edificios industriales, comerciales o de servicios específicos, sobre las mejoras introducidas al terreno y sobre cualquier otro tipo de bien productivo.
Alcanza a máquinas, herramientas aparatos e instrumentos, a equipos de producción, a los edificios y todas sus instalaciones auxiliares como agua potable, desagües, agua para el proceso, agua para incendios, pozos de agua y sistemas de bombeo, agua caliente y vapor con sus correspondientes generadores como calderas, intercambiadores de calor, instalaciones eléctricas monofásica y de fuerza motriz, pararrayos, balizamiento, instalación de aire comprimido, de combustibles, sistemas de aire acondicionado y de telefonía, equipos, aparatos y muebles de oficina, jardinería y rodados.
¿Qué se busca obtener con un buen mantenimiento? Se busca:
• Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados.
• Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar
• Evitar detenciones inútiles o paros de máquinas.
• Evitar accidentes.
• Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas.
• Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de
operación.
• Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes.
El mantenimiento adecuado, tiende a prolongar la vida útil de los bienes, a obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallas.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Decimos que algo falla cuando deja de brindamos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión.
En el ejemplo de un clavo, si el mismo se dobla o se rompe al tratar de introducirlo golpeando adecuadamente con el martillo, habrá fallado. Sin embargo aparecen situaciones diferentes a este ejemplo, como el caso de una heladera hogareña que deja de funcionar o el caso de un automóvil en el que si bien no deja de marchar su motor, no funciona el indicador de combustible, o funciona mal en forma intermitente su limpiaparabrisas. ¿Falló o no falló el producto en estos casos?
En general, todo lo que existe, especialmente si es móvil, se deteriora, rompe o falla con el correr del tiempo. Puede ser a corto plazo o a muy largo plazo.
Según el momento de la vida útil en el que aparecen las fallas, podemos clasificadas en:
• Fallas tempranas: correspondientes al período de mortalidad infantil, ocurren
al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje. Se presentan normalmente en forma repentina y pueden causar graves daños (circuito electrónico con soldaduras frías, pieza de sección resistente menor a la necesaria para soportar un esfuerzo, rueda de un automóvil nuevo sin las tuercas correspondientes, etc.). Actualmente y gracias a los criterios de calidad total, este tipo de fallas se encuentra en franca regresión.
• Fallas adultas: son las fallas que presentan mayor frecuencia durante la vida.
Son derivadas de las condiciones de operación y se presentan más lentamente que las anteriores (suciedad en un filtro de aire, cambios de rodamientos de una máquina, etc.).
• Fallas tardías: representan una pequeña fracción de las fallas totales,
aparecen en forma lenta y ocurren en la etapa final de la vida del bien (envejecimiento de la aislamiento de un pequeño motor eléctrico, pérdida de flujo luminoso de una lámpara incandescente, etc.).
Algunas fallas no avisan, o avisan poco antes de su producción, por ejemplo, al
encender una lámpara incandescente ésta sufre la rotura del filamento y no se logra su encendido; una correa dentada de transmisión de un motor de automóvil, que no se encuentra a la vista, funciona correctamente hasta que arriba a su rotura.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Otros tipos de fallas dan indicios con bastante anticipación a su producción, como es el caso del filo de una herramienta de corte el cual se mantiene en buenas condiciones durante un tiempo, luego el mismo se va perdiendo paulatina y continuamente, hasta llegar a límites inaceptables para el producto, o como el caso de una correa de transmisión de una máquina de carpintería, la cual comienza a deshilacharse y a producir un golpeteo previo a su rotura.
LA EFECTIVIDAD DEL MANTENIMIENTO
Veamos algunas características del servicio de mantenimiento, que llevan a que el mismo sea considerado efectivo.
Hemos dicho que la confiabilidad o fiabilidad es la probabilidad de que un bien funcione adecuadamente durante un período determinado, bajo condiciones operativas específicas (por ejemplo, condiciones de presión, temperatura, velocidad, tensión o forma de una onda eléctrica, nivel de vibraciones).
LOS SISTEMAS DE MANTENIMIENTO
Los tipos de mantenimiento que trataremos son los siguientes: 1 - Mantenimiento correctivo
a- de emergencia b- programado
2 - Mantenimiento preventivo 3 - Mantenimiento predictivo
4 - Mantenimiento productivo total (TPM).
Normalmente coexisten varios de ellos en una misma empresa, pues tratamos de elegir el sistema que más convenga según el tipo de bien a mantener, la política empresarial en esta materia, la organización del mantenimiento y la capacidad del personal y de los talleres, la intensidad de empleo de los bienes, el costo del servicio o las posibilidades de aplicación.
Como le resultará evidente, no todos los bienes a mantener son del mismo tipo. Así podemos discriminar entre:
• Críticos
• Importantes
• Comunes o sin Importancia
Esta clasificación está basada principalmente en las consecuencias que pueden acarrear las fallas que se produzcan sobre cada uno de ellos.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
EL MANTENIMIENTO CORRECTIVO
a.-. El mantenimiento correctivo de emergencia
Tanto este tipo de servicio, cuanto el correctivo programado, actúan sobre hechos ciertos y el mantenimiento consistirá en reparar la, falla.
El correctivo de emergencia deberá actuar lo más rápidamente posible con el objetivo de evitar costos y daños materiales y/o humanos mayores.
Este sistema resulta aplicable en sistemas complejos, normalmente componentes electrónicos o en los que es imposible predecir las fallas y en los procesos que admiten ser interrumpidos en cualquier momento y durante cualquier tiempo, sin afectar la seguridad. También para equipos que ya cuentan con cierta antigüedad.
Tiene como inconvenientes, que la falla puede sobrevenir en cualquier momento, muchas veces, el menos oportuno, debido justamente a que en esos momentos se somete al bien a una mayor exigencia.
Asimismo, fallas no detectadas a tiempo, ocurridas en partes cuyo cambio hubiera resultado de escaso monto, pueden causar daños importantes en otros elementos o piezas conexos que se encontraban en buen estado de uso y conservación.
Otro inconveniente de este sistema, es que debería disponerse inmovilizado un capital importante invertido en piezas de repuesto visto que la adquisición de muchos elementos que pueden fallar, suele requerir una gestión de compra y entrega no compatible en tiempo con la necesidad de contar con el bien en operación (por ejemplo: caso de equipos discontinuados de fabricación, partes importadas, desaparición de¡ fabricante).
Por último, con referencia al personal que ejecuta el servicio, no nos quedan dudas que debe ser altamente calificado y sobredimensionado en cantidad pues las fallas deben ser corregidas de inmediato. Generalmente se agrupa al personal en forma de cuadrillas.
b - El mantenimiento correctivo programado
Al igual que el anterior, corrige la falla y actúa muchas veces ante un hecho cierto. La diferencia con el de emergencia, es que no existe el grado de apremio del anterior, sino que los trabajos pueden ser programados para ser realizados en un futuro normalmente próximo, sin interferir con las tareas de producción.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
En general, programamos la detención del equipo, pero antes de hacerlo, vamos acumulando tareas a realizar sobre el mismo y programamos su ejecución en dicha oportunidad, aprovechando a ejecutar toda tarea que no podríamos hacer con el equipo en funcionamiento. Lógicamente, aprovecharemos para las paradas, horas en contraturno, períodos de baja demanda, fines de semana, períodos de vacaciones, etc.
Si bien muchas de las paradas son programados, otras, son obligadas por la aparición de las fallas. Por ello, este sistema comparte casi las mismas desventajas o inconvenientes que el método anterior.
Para el caso del ejemplo, podemos diferir hasta el fin de semana, en horas diurnos, la reparación de la chapa perforada si las condiciones del tiempo permiten realizada. Mientras tanto, debido a la zona en que ocurrió el hecho, probablemente no se haga más que trasladar los elementos que pudieran encontrarse cerca del pato interior y/o cubrirlos adecuadamente.
Si la acción de reparación no exige la conveniencia de emplear luz natural, como en el caso de la chapa, podemos programar la reparación a contraturno de las horas de trabajo de producción, evitando de ese modo, toda interferencia con las tareas de producción.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO
¿Qué trata de efectuar el mantenimiento preventivo?
Este tipo de mantenimiento trata de anticiparse a la aparición de las fallas. Evidentemente, ningún sistema puede anticiparse a las fallas que no nos avisan por algún medio. Por ejemplo, una lámpara eléctrica debía durar 4000 horas de encendido y se quema cuando sólo se la había empleado 200 horas. Ningún indicio o evidencia simple, nos informó sobre la proximidad de la falla.
¿Cuál es entonces la base de información para un mantenimiento preventivo?
La base de información surge de fuentes internas a la organización y de fuentes externas a ella.
Las Fuentes Internas: están constituidas por los registros o historiales de reparaciones existentes en la empresa, los cuales nos informan sobre todas las tamos de mantenimiento que el bien ha sufrido durante su permanencia en nuestro poder. Se debe tener en cuenta que los bienes existentes tanto pudieron ser adquiridos como nuevos (sin uso) como usados.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Forman parte de las mismas fuentes, los archivos de los equipo e Instalaciones con sus listados de partes, especificaciones, planos generales, de detalle, de despiece, de archivos de Inventarios de piezas y partes de repuesto (spare parts) y, por último,
los archivos del personal disponible en mantenimiento con el detalle de su calificación,
habilidades, horarios de trabajo, sueldos, etc.
Las fuentes externas: están constituidas por las recomendaciones sobre el mantenimiento, que efectúa el fabricante de cada bien.
Las salidas del sistema están constituidas por los informes de:
Mano de obra: Se necesitará contar con mano de obra intensiva y especial para
períodos cortos, a efectos de librar el equipo al servicio lo más rápidamente posible.
Mantenimiento no efectuado: Si por alguna razón, no se realiza un servicio de
mantenimiento previsto, se alteran los períodos de intervención y se produce un degeneramiento del servicio.
El planeamiento para la aplicación de este sistema consiste en:
• Definir qué partes o elementos serán objeto de este mantenimiento
• Establecer la vida útil de los mismos
• Determinar los trabajos a realizar en cada caso
• Agrupar los trabajos según época en que deberán efectuarse las
intervenciones.
El agrupamiento aludido da origen a órdenes de trabajo, las que deben contener.
• Los trabajos a realizar
• la secuencia de esos trabajos
• la mano de obra estimada
• los materiales y repuestos a emplear
• los tiempos previstos para cada tarea
• las reglas de seguridad para cada operario en cada tarea
• la autorización explícita para realizar los trabajos, especialmente aquellos
denominados “en calientes” como la soldadura.
• la descripción de cada trabajo con referencia explícita a los planos que sea
necesario emplear.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
• Un bajo porcentual de mantenimiento, ocasionará muchas fallas y
reparaciones y por lo tanto, sufriremos un elevado lucro cesante.
• Un alto porcentual de mantenimiento, ocasionará pocas fallas y reparaciones
pero generará demasiados períodos de interferencia de labor entre Mantenimiento y Producción.
MANTENIMIENTO PREDICTIVO
¿En qué se basa el mantenimiento predictivo?
La mayoría de las fallas se producen lentamente y previamente, en algunos casos, arrojan indicios evidentes de una futura falla, indicios que pueden advertirse simplemente. En otros casos, es posible advertir la tendencia a entrar en falla de un
bien, mediante el monitoreo de condición, es decir, mediante la elección, medición y
seguimiento, de algunos parámetros relevantes que representan el buen funcionamiento del bien en análisis.
En otras palabras, con este método, tratamos de acompañar o seguir, la evolución de las futuras fallas.
¿Cómo?
A través de un diagnóstico que realizamos sobre la evolución o tendencia de una o varias características mensurables y su comparación con los valores establecidos como aceptables para dichas características.
¿Cuáles pueden ser esas características?
Por ejemplo, pueden ser: la temperatura, la presión, la velocidad lineal, la velocidad angular, la resistencia eléctrica, la aislación eléctrica, los ruidos y vibraciones, la rigidez dieléctrica, la viscosidad, el contenido de humedad, de impurezas y de cenizas en aceites aislantes, el espesor de chapas, el nivel de un fluido, etc.
¿Cuáles son los aparatos e instrumentos a utilizar?
Son de naturaleza variada y pueden encontrarse incorporados en los equipos de control de procesos (automáticos), a través de equipos de captura de datos o mediante la operación manual de instrumental específico. Actualmente existen aparatos de medición sumamente precisos, que permiten analizar ruidos y vibraciones, aceites aislantes o espesores de chapa, mediante las aplicaciones de la electrónica en equipos de ultrasonidos, cromatografía líquida y gaseosa, y otros métodos.
El seguimiento de estas características debe ser continuo y requiere un registro adecuado. Una de sus ventajas es que las mediciones se realizan con los equipos en marcha, por lo cual, en principio, el tiempo de paro de máquinas resulta menor.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
¿Cómo nos damos cuenta que estamos próximos al desencadenamiento de una falla?
Si bien ésta es tarea para especialistas, podemos decir que, previo a la producción de una falla, la característica seguida se dispara de la evolución que venía llevando hasta ese momento.
Además de la ventaja recién citada, el seguimiento nos permite contar con un registro de la historia de la característica en análisis, sumamente útil ante fallas repetitivas; puede programarse la reparación en algunos casos, junto con la parada programada del equipo y existen menos intervenciones de la mano de obra en mantenimiento.
Como inconveniente, debemos citar que se necesita constancia, ingenio, capacitación y conocimientos, aparatos de medición y un adecuado registro de todos los antecedentes para formar un historial
MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL
Este sistema caracterizado por las siglas TPM (total productive maintenance), coloca a todos los integrantes de la organización, en la tarea de ejecutar un programa de mantenimiento preventivo, con el objetivo de maximizar la efectividad de los bienes.
Centra entonces el programa en el factor humano de toda la compañía, para lo cual se asignan tareas de mantenimiento a ser realizadas en pequeños grupos, mediante una conducción motivadora.
El TPM se explica por:
• Efectividad total a efectos de obtener la rentabilidad adecuada, teniendo en
cuenta que ésta hace referencia a la producción, a la calidad, al costo, al tiempo de entrega, a la moral, a la seguridad, a la salubridad y al ambiente.
• Sistema de mantenimiento total consistente en la prevención del mantenimiento
(diseño libre de mantenimiento al cual ya nos hemos referido) y en la mejora de la mantenibilidad.
• Intervención autónoma del personal en tareas de mantenimiento.
• Mejoramiento permanente de los procesos al mejorar el mantenimiento.
Una vez que los empleados se encuentran bien entrenados y capacitados, se espera que se ocupen de las reparaciones básicas, de la limpieza del equipo a su cargo, de la lubricación (cambios de aceites y engrases), ajustes de piezas mecánicas, de la
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
inspección y detección diaria de hechos anormales en el funcionamiento del equipo. Para ello, es necesario que hayan comprendido la forma de funcionamiento del equipo y puedan detectar las señales que anuncian sobre la proximidad de llegada de las fallas
El mantenimiento principal lo seguirán realizando los; especialistas, quienes poseen formación e instrumental adecuado.
Debemos tener en cuenta que tradicionalmente los especialistas dicen, que los operarios de producción actúan incorrectamente sobre las máquinas y que por eso se rompen. Por su parte, la gente de producción expresa, que los de mantenimiento las reparan mal y que por ello las máquinas no aguantan. Para aumentar más esta antinomia, los operarios de mantenimiento ganan más que los de Producción, razón por la cual estos últimos, al ocuparse de algunas tareas de los primeros, reivindican reclamos saláriales.
Por estos motivos, la labor de motivación y adoctrinamiento de esta filosofía del trabajo resulta fundamental.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
FEM DE AUTOINDUCCIÓN
La inductancia existe en un circuito porque la corriente eléctrica siempre produce un campo magnético. Las líneas de fuerza de este campo siempre rodean al conductor que transporte la corriente, formando círculos concéntricos alrededor de
él. La fuerza del campo magnético depende de la cantidad de flujo de corriente,
puesto que un flujo grande produce muchas líneas de fuerza mientras que un flujo pequeño sólo produce unas pocas.
Cuando la intensidad de corriente del circuito aumenta o disminuye, la fuerza del campo magnético aumenta y disminuye en el mismo sentido. Cuando la fuerza del campo aumenta, las líneas de fuerza aumentan en cantidad y se van extendiendo hacia afuera desde el centro del conductor. Del mismo modo, cuando la, fuerza del campo disminuye, las líneas de fuerza se contraen hacia el centro del conductor. Es en realidad esta expansión y contracción del campo magnético, según varia la intensidad de corriente la que provoca una FEM autoinducida cuyo efecto se conoce como
inductancia
La corriente produceun campo magnetico
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Para comprender cómo se produce la Inductancia, supongamos que su circuito contiene una bobina como la que aparece en la figura. Mientras el Interruptor del circuito esté abierto, no habrá paso de corriente ni habrá campo alrededor de los conductores del circuito
Cuando se cierra el interruptor, la corriente pasa por el circuito y las líneas de fuerza se extienden hacía afuera en torno a los conductores del circuito, Incluyendo las vueltas de la bobina. En el instante en que se cierra el interruptor, el flujo 'de corriente asciende desde cero hasta su valor máximo. Aunque este aumento del flujo es. muy rápido, no puede ser Instantáneo. Si usted pudiese ver realmente las líneas de fuerza del circuito en el instante en que la corriente empieza a circular, notaría que forman un campo en torno a los conductores del circuito.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
A medida que la intensidad de la corriente sigue aumentando, las líneas de fuerza continúan extendiéndose, y los campos de las espiras adyacentes se entrelazan.
Las líneas de fuerza alrededor de cada espira siguen ensanchándose y, al hacerlo, atraviesan las espiras adyacentes de la bobina. Esta extensión continúa desarrollándose mientras la intensidad de corriente del circuito prosiga su aumento, habiendo más y más líneas de fuerza de las espiras de la bobina que atraviesan las espiras adyacentes.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Siempre que un campo magnético se desplaza a través de un conductor, induce una FEM en ese conductor. Siempre, que circula corriente por una bobina, ésta induce un campo magnético que atraviesa las espiras adyacentes de la bobina. Siempre que la corriente inicial cambia de sentido, el campo inducido se modifica y el efecto de esta variación de campo, al atravesar las espiras adyacentes de la bobina, se opone a la modificación de la corriente. El cambio inicial de la corriente en una FEM de autoinducción. Inductancia, por lo tanto, es la propiedad de generar una FEM de autoinducción que se opone a los cambios en la bobina
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Cuando la Intensidad de corriente del circuito alcanza su valor máximo, determinado por la tensión y resistencia del circuito, ya no cambia de valor y el campo no se extiende más, de modo que no se produce FEM autoinducida. El campo permanece estacionario, pero, en caso de que la corriente aumentase o disminuyese, el campo se dilataría o se contraería, generando una FEM autoinducida contraria a la modificación del flujo de corriente. En corriente continua la Inductancia sólo afecta el flujo de corriente al abrir y cerrar el circuito, puesto que es únicamente en esos momentos cuando la intensidad de corriente modifica su valor.
Estando la Intensidad de corriente y el campo magnético en sus valores máximos no se genera FEM de autoinducción, pero si se disminuye la tensión o se aumenta la resistencia del circuito la Intensidad de corriente disminuirá. Supongamos que desciende la tensión. La Intensidad desciende de conformidad con la Ley de Ohm hasta un nuevo valor determinado por E y R. Al disminuir la Intensidad, el campo también disminuye, contrayéndose las líneas de fuerza hacia el conductor. Ente campo en contracción o en achicamiento corta transversalmente las espiras de la bobina en sentido contrario al provocado por el aumento de corriente en el circuito.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Dado que se invierte el sentido de la variación, el campo en contracción genera una FEM autoinducida opuesta a la provocada por el campo en extensión, teniendo así la misma polaridad que la fuente de tensión. Esta FEM autoinducida incrementa, por lo tanto, la tensión de la fuente, tratando de contrarrestar la caída de intensidad. Sin embargo, no puede impedir que la Intensidad caiga indefinidamente porque la FEM autoinducida deja de existir en cuanto la intensidad deja de, variar. La inductancia, por lo tanto, o sea el efecto de la FEM autoinducida, se opone a todo cambio en el flujo de corriente, sea en aumento o disminución, retardando la velocidad con que se opera el cambio.
Mientras el circuito permanece cerrado, la intensidad se mantiene constante en el valor que le corresponde según la Ley de Ohm, y no se genera FEM autoinducida. Supongamos ahora que usted abre el Interruptor para suspender el flujo de corriente. El flujo debería caer a cero y detenerse inmediatamente, pero, en cambio, se produce un leve retardo y salta una chispa entre los contactos del Interruptor.
Al abrirse el interruptor la corriente cae rápidamente a cero y él campo también se achica a gran velocidad. Este campo en rápida disminución genera una FEM autoinducida muy alta que no sólo se opone a la variación de intensidad sino que
EL CAMPO MAGNETICO EN CONTRACCIÓN TAMBIEN PRODUCE
UNA FEM AUTOINDUCIDA
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
también produce un arco entre los contactos del interruptor para mantener, el flujo de corriente. Aunque solo sea momentánea, la autoinducida provocada por este rápido achicamiento del campo es sumamente alta, llegando a menudo a varias veces el voltaje original de la fuente de tensión. Este efecto suele usarse con frecuencia en ciertos equipos especiales para obtener tensiones muy altas
.
Si bien la inductancia es invisible está presente en todo circuito eléctrico y ejerce su efecto en él toda vez que la corriente se modifica. En las fórmulas de electricidad se utiliza la letra L para indicar inductancia. Debido a que una bobina de alambre tiene más inductancia que un trozo recto del mismo conductor, a esta bobina se la llama "inductora". En la figura de abajo se ilustra sobre la letra y su símbolo correspondiente
Dado que la corriente continua tiene normalmente un valor constante, salvo cuando se inicia y se interrumpe el flujo de corriente, la inductancia sólo afecta el
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
flujo de CC en esos momentos y, por lo general, su efecto en el funcionamiento del circuito es muy escaso. La corriente alterna, en cambio, está variando constantemente, por lo cual la Inductancia afecta el flujo de CA en todo momento. Aunque todos los circuitos tienen alguna Inductancia, su valor depende de la forma en que está, construido el circuito y de los dispositivos eléctricos que intervengan en él. En algunos circuitos la inductancia es ten pequeña que su efecto es prácticamente nulo. hasta para corriente alterna.
Todo circuito eléctrico completo tiene cierta inductancia porque hasta el más sencillo de ellos forma una espira completa. Hasta en un conductor recto se forma una FEM inducida debido a la acción del campo magnético en extensión desde el centro del conductor, o a su achicamiento hacia el mismo. Cuanto mayor sea el número de espiras adyacentes de conductor que son cortadas por el campo magnético en extensión, mayor será la FEM generada; por eso la bobina que consta de muchas espiras tiene una inductancia alta.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Todos los factores que tiendan a afectar la fuerza del campo magnético, tenderán a afectar también la Inductancia del circuito. Por ejemplo, un núcleo de hierro Insertado en el centro de una bobina hace aumentar la inductancia porque ofrece a las líneas de fuerza magnética un camino mejor que el aire. Por lo tanto habrá más líneas de fuerzas presentes y susceptibles de dilatarse y, contraerse cuando se produzca una variación en la intensidad de corriente. El núcleo de cobre. en cambio, tiene exactamente el efecto opuesto. Como el cobre se opone a las líneas de fuerza más que el aire., la introducción de un núcleo de cobre en una bobina produce menos modificaciones de campo cuando varía la corriente, reduciendo así la Inductancia.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
En las fórmulas eléctricas Se utiliza la letra L como símbolo para designar inductancia. La unidad básica para la medición de la inductancia es el henry.
La inductancia sólo se puede medir por medio de Instrumentos especiales de laboratorio y depende exclusivamente de la forma física del circuito. Algunos de los factores de primordial importancia para determinar la inductancia de una bobina Son los siguientes:
• número de espiras,
• espacio entre las espiras,
• diámetro de la bobina,
• tipo del material por fuera y por dentro de la bobina,
• diámetro del conductor, cantidad de capas de conductor,
• tipo de arrollamiento de la bobina y forma completa de la misma.
El diámetro del conductor no suele afectar la inductancia directamente, pero en
cambio determina la cantidad de espiras que se pueden hacer en un espacio dado. Todos estos factores son variables y es imposible utilizar una fórmula sencilla para hallar la inductancia. Muchas bobinas de construcción distinta tienen una inductancia de un henry y cada una de ellas ejercería el mismo efecto en el circuito.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
El término "inducción mutua" significa la condición en la cual dos circuitos comparten la energía de uno de ellos. Significa que existe un canje de energía de un circuito al otro.
Estudiemos el diagrama de abajo. La bobina A es el circuito primario que obtiene energía de la batería. Cuando se cierra el interruptor, la corriente comienza a circular y en la bobina A se crea un campo magnético. Entonces la bobina A convierte la energía eléctrica de la batería en energía magnética de un campo. Cuando el campo de la bobina A está en expansión, atraviesa la bobina B, o sea el circuito secundario, induciendo una FEM en la bobina B. El instrumento (galvanómetro) del circuito secundario experimenta una desviación y muestra que por el circuito está pasando una corriente cuyo origen es la FEM Inducida.
La FEM Inducida puede generarse desplazando la bobina B a través del campo magnético de. la bobina A. Sin embargo ente voltaje se induce sin mover la bobina B. Cuando el Interruptor del circuito primario está abierto, en la bobina A no pasa corriente y, por lo tanto, no hay campo magnético. Apenas se cierra, el Interruptor,
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
pasa corriente por la bobina y se genera el campo magnético. Este campo en expansión se mueve o "corta" los conductores de la bobina B, induciendo así una FEM sin que se mueva la bobina B.
El campo magnético crece hasta su fuerza máxima y permanece constante mientras circule una corriente uniforme por la bobina. Las líneas de flujo dejan de cortar el arrollamiento de la bobina B porque la expansión del campo ha cesado. En este punto la aguja del Instrumento indica cero porque ya no hay más FEM Inducida. Si se abre el interruptor, el campo se contrae nuevamente hacia los conductores de la bobina A. Al hacerlo, la variación del flujo corta los alambres de la bobina B, pero en sentido opuesto. La corriente: que se forma en la bobina hace que la aguja del instrumento se desvíe, Indicando el nuevo sentido. El Instrumento, por lo tanto, sólo acusa flujo de corriente cuando el campo se modifica, ya sea aumentando su fuerza o disminuyéndola. La modificación del campo, en efecto, produce una FEM Inducida exactamente como lo hace un campo magnético que se desplaza a través de un conductor. Este principio de inducir voltaje manteniendo inmóviles las bobinas y obligando al campo a modificarme, se aplica con fines innumerables. El transformador que aparece en el diagrama de abajo es particularmente ideal para su funcionamiento mediante inducción mutua.
Con fines ilustrativos, en el ejemplo que antecede se utiliza una batería. Sin
embargo el transformador es un componente perfecto para transmitir y convertir tensiones alternas según sea necesario.
Cuando por una bobina pasa corriente alterna, se genera en tomo a ella un campo magnético también alterno. Este campo magnético alterno se extiende desde el centro de la bobina y se contrae hacia ella a medida que la corriente alterna que pase por la bobina varía desde cero hasta un máximo y del máximo a cero. Como el campo magnético alterno debe desplazarse a través de las espiras de la bobina, esto induce en ella una FEM de autoinducción que se opone a la variación del flujo de corriente.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Si el campo magnético alterno generado por una bobina atraviesa el arrollamiento de otra bobina, se producirá una FEM en esta segunda bobina, exactamente de la misma forma en que se induce una FEM en una bobina cortada por su propio campo magnético. La FEM en la segunda bobina se denomina FEM de inducción mutua mientras que la acción de generar este voltaje se llama “acción transformadora”. En la acción transformadora la energía eléctrica se transmite de una bobina (la primaria) a otra (la secundaría) mediante un campo magnético, variable.
El transformador simple consiste en dos bobinas muy cerca entre sí, pero aisladas eléctricamente una de otra. La bobina a la mal se aplica la CA se llama “Primario”. Esta genera un campo magnético que atraviesa el arrollamiento de otra bobina a la cual se llama “secundario”, y produce en ella una tensión. Las bobinas no están conectadas una con otra sin embargo, existe entre ambas un acoplamiento magnético porque en el transformador se transfiere Potencia eléctrica de una bobina a la otra mediante un campo magnético alterno.
Presumiendo que todas las líneas de fuerza magnéticas del primario atraviesan todas espiras del secundario, la tensión inducida en el secundario dependerá de la
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
relación entre el número de espiras del secundario y el número de espiras del primario. Por ejemplo, si el secundario tiene 1.000 espiras y el primario sólo 100, la tensión
inducida en el secundario será diez veces la tensión aplicada al primario 10)
100 1000
( = .
Dado que en el secundarlo hay más espiras que en el primario, este tipo de transformador se denomina transformador elevador. Si, por otra parte, el secundario tiene 10 espiras y el Primario 100, el voltaje inducido en el secundario será igual a la
décima del aplicado al primario. )
10 1 100
10
( = Como en el secundario hay menos espiras que
en el primario, el transformador se llama “transformador reductor". La capacidad de los transformadores se expresa en KVA porque es independiente del factor de potencia.
La corriente del primario de un transformador circula en sentido contrario que la del secundario debido a la FEM de inducción mutua. En el primero también se establece una FEM autoinducida que es contraria a la FEM aplicada en él
Cuando no se aplica carga en la salida del secundario, la Intensidad de corriente en el primario es muy pequeña porque la FEM autoinducida tiene casi el mismo valor que la FEM aplicada. Si no se aplica carga en el secundario no hay flujo de corriente. Por lo tanto en el secundario no se puede formar el campo magnético de autoinducción que generalmente contrarresta al campo magnético del primario. Entonces el campo magnético del primario puede desarrollar su fuerza máxima al carecer de la oposición del campo que suele desarrollar el flujo de corriente en el secundario. Cuando el campo del primario llega a su fuerza máxima, produce la FEM autoinducida más fuerte posible, y, esto se opone a la tensión aplicada al circuito primario. Este es el punto en
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
que la FEM autoinducida y la FEM aplicada alcanzan valores casi iguales y opuestos. Toda diferencia entre la FEM autoinducida y la FEM aplicada produce un pequeño flujo de corriente en el circuito primario, siendo ésta la corriente excítadora o magnetizante.
La corriente que fluye en el circuito secundario es contraria a la del primario. Cuando se aplica una carga en el Secundario, ésta produce el colapso momentáneo de las líneas de flujo que ocasionan el efecto desmagnetízante en el flujo que afecta al primario. La disminución de las líneas de flujo ocasiona la disminución de la FEM autoinducida y permite el paso de una mayor cantidad de corriente en el primario.
En todos los casos de Inducción electromagnética el sentido de la FEM inducida es tal que el campo magnético formado por la corriente resultante se opone al
movimiento que está produciendo la FEM. Esto es lo que dice la ley de Lenz,
Para hallar las incógnitas de un transformador se utiliza la fórmula
S P P S S P N N I I E E = =
Donde N = Numero de espiras
E = voltaje I = Corriente
Ley de Faraday
Michael Faraday fue un científico inglés que hizo muchos importante trabajos sobre electromagnetismo. Su labor es interesante para el alumno en este momento debido a que su descubrimientos sobre. Inducción mutua condujeron eventualmente al desarrollo del transformador.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Faraday es autor de la ley que se emplea para determinar los principios de la inducción mutua. Este científico halló que si el flujo total que une a un circuito se modifica en función del tiempo, se induce una FEM en, ese circuito. Faraday también descubrió que si se aumenta la velocidad de la modificación del flujo, la magnitud de la FEM inducida también aumenta. Dicho de otro modo, Faraday esclareció que el carácter de un FEM inducida en un circuito depende de la cantidad de flujo y también de la rapidez con que se produce el cambio del flujo que une a un circuito.
Usted ha visto ya demostraciones del principio que acabamos de enunciar. Se le ha demostrado que si se hace que un conductor se mueva con respecto a un campo magnético, se induce en el mismo una FEM directamente proporcional a la velocidad del conductor con respecto al campo. El otro punto concerniente a la ley de Faraday que hemos demostrado es el hecho de que la tensión inducida en una bobina es proporcional al número de espiras de la misma, a la magnitud del flujo inductor y a la velocidad con que se produce la modificación del flujo.
Ahora describiremos un ejemplo de Inducción mutua (la Inducción de una FEM en un conductor vecino). Consideremos las dos bobinas que aparecen en la figura de abajo. Los electrones se desplazan formando una corriente en los sentidos Indicados. Esta. corriente produce un flujo de campo magnético y, si la intensidad no varía, la cantidad de líneas de flujo producidas se mantiene constante. Sin embargo, si se modifica la intensidad abriendo el interruptor, la cantidad de líneas de flujo de la bobina A disminuye y, por consiguiente, el flujo que une a la bobina B también desciende. Esta modificación del flujo induce una FEM en la bobina B, según lo evidencia el movimiento de la aguja del instrumento. Por lo tanto, se ve que la energía se puede transmitir de un circuito al otro mediante el principio de la inducción electromagnética.
En el diagrama de arriba se emplea como fuente de FEM una batería. Por lo tanto, de la 'única manera que se pueden provocar variaciones de corriente es abriendo o cerrando el interruptor. Si en reemplazo de la batería se aplica una fuente de tensión alterna cuya frecuencia sea extraordinariamente, baja (un ciclo. por segundo,
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
por ejemplo), la aguja del instrumento arrojará continuas variaciones de corriente. La aguja se desplazará hacia la Izquierda (o derecha) primero, y luego invertirá su posición acusando la inversión del flujo de CA.
Fleming y Lenz
Fleming descubrió el método para determinar el sentido de rotación de un motor conociendo el sentido de la corriente. Sería imposible exagerar la Importancia de este dato, como usted comprobará cuando aprenda más sobre los principios que rigen el funcionamiento de numerosos tipos de motores y dinamos que se utilizan en la actualidad.
Fleming halló que existe una relación definida entre el sentido del campo magnético, el sentido de la corriente en el conductor y el sentido en que el conductor tiende a desplazarse. Esta relación se denomina Regla de la Mano Derecha de Fleming para Motores.
Extendiendo el pulgar, el índice y el dedo medio de la mano derecha formando ángulos rectos entre ellos, y colocando la mano de manera que el índice apunte en el sentido de las líneas de flujo del campo magnético, entonces el pulgar apuntará hacia el movimiento del conductor y el dedo medio en el sentido de la corriente que pasa por el conductor. Es evidente que si el sentido del campo magnético se desconoce pero se sabe el movimiento del conductor y el sentido de la corriente en el conductor, el índice tiene que apuntar en dirección del campo magnético si se coloca la mano derecha en posición correcta.
En el diagrama de abajo aparece la Regla de la Mano Derecha de Fleming para Motores. Si aplica esta regla, usted siempre podrá determinar el sentido de rotación de los motores conociendo el sentido de la corriente.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Cuando pasa corriente por la bobina, la bobina misma hace las veces de imán y es desplazada en movimiento de rotación por la fuerza que se produce entre dos campos magnéticos. Este es el principio del funcionamiento de todos los motores de corriente continua, desde el más chico hasta el más grande. Por lo tanto, para comprender los motores prácticos usted podría comenzar por el más elemental, o sea una bobina de una sola espira suspendida entre los polos de un imán.
Ya sabe usted las leyes que descubriera Fleming. La ley de Lenz es la siguiente ley básica que le tocará. aplicar. La comprensión de este ley tendrá enorme Importancia para ayudarle a entender todo lo relativo a. motores y dinamos.
El conductor que transporta corriente está rodeado por un campo magnético. Esto es cierto aunque la corriente sea el resultado de una FEM inducida. En la figura 1, que aparece abajo, hay un conductor en reposo dentro de un campo magnético. No se induce FEM y no hay flujo de corriente porque el conductor se mantiene estacionarlo. En la figura 2 se desplaza el conductor hacia abajo. El resultado es una FEM inducida que produce flujo de corriente en el conductor. Como todo conductor que transporte corriente se rodea de un campo magnético, este conductor tendrá un campo magnético propio debido a la FEM inducida y al flujo de corriente resultante. Ente campo magnético se establecerá en el sentido indicado en la figura 3. Tenemos ahora dos campos magnéticos: uno de la corriente M conductor y otro del Imán.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Como los campos magnéticos jamás se cruzan, las líneas de ambos campos aumentan su densidad o se anulan, produciendo campos resultantes más fuertes o más débiles, respectivamente. En la figura 4 los dos campos magnéticos están en oposición y, por lo tanto, se anulan. Como resultado aparece un campo magnético débil por encima
del conductor. En la figura 5 se ve que los campos magnéticos por debajo del
conductor tienen el mismo sentido y, por lo tanto, se suman.
El campo del imán, por lo tanto, sufre una desviación por el efecto del campo que rodea al conductor que transporta corriente. Hay un campo débil resultante por encima del conductor y un campo fuerte resultante por debajo del mismo. Recuerde que las líneas de flujo tienden a rechazarse entre sí. En el diagrama de abajo se ve que las líneas de flujo que están debajo del conductor,. al rechazarse entre ellas, tienden a rechazar al conductor hacia arriba, mientras que las que están por encima del conductor tienden a rechazarlo hacia abajo. Sin embargo, como por debajo del conductor hay más líneas de flujo que por encima, el empuje hacía arriba es mayor y el conductor tiende a moverse hacia arriba.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Antes de proseguir conviene hacer un sumario de los datos que anteceden:
1. El campo magnético "recto" que existe entre los polos del imán es deformado por el campo magnético circular que rodea al conductor que transporta corriente.
2. Se aplica una fuerza hacia abajo empujando el conductor. 3. El campo deformado produce una fuerza hacia arriba.
Estos hechos le indican que, si empuja un conductor desplazándolo a través de un campo magnético, se induce una FEM en el conductor. Esta FEM produce circulación de corriente en el conductor, estableciendo, a su vez, un nuevo campo magnético que trata de hacer retroceder al conductor a su lugar. Esto, en realidad, es una definición general de la ley de Lenz. Lenz descubrió que en todos los casos de inducción electromagnética el sentido de la FEM inducida es tal que el campo magnético formado por la corriente resultante tiende a detener el movimiento que está produciendo la FEM.
La FEM que acabamos de describir se opone en realidad al voltaje aplicado. La FEM inducida que se forma en la armadura giratoria de un motor se llama fuerza contra-electromotriz. Esta fuerza contra-electromotriz reviste enorme importancia en el funcionamiento de los motores. Las resistencias de los inducidos de los motores suelen ser sumamente bajas, a veces menores de un Ohm. Si se aplica la corriente común de 110 o 220 volt a un Inducido, se produce un gran flujo de corriente y el bobinado se quema casi inmediatamente. Sin embargo, como la fuerza contra-electromotriz se opone a la tensión de la línea, siempre constituye un factor limitador que reduce la intensidad de corriente en el inducido a niveles seguros.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
TRANSFORMADORES Importancia de Los transformadores
Al estudiar circuitos de CA usted ha aprendido que como fuente de energía la corriente alterna tiene ciertas ventajas con respecto a la corriente continua, La ventaja más importante es que el nivel de tensión se puede aumentar o disminuir mediante el transformador. Conviene más transmitir electricidad a largas distancias con alto voltaje y baja intensidad porque la caída IR debida a la resistencia de las líneas de transmisión se reduce considerablemente.
Para transmitir corriente alterna de alto voltaje y baja intensidad se envía la tensión generada a un transformador. El transformador eleva la tensión y puesto que la potencia depende de la tensión y de la intensidad, cuanto más alta la tensión, menor será la intensidad necesaria para transmitir una potencia dada. En el extremo de utilización de la línea de transmisión se instala otro transformador que reduce la tensión hasta el nivel necesario para hacer funcionar los equipos que constituyen la carga. En las Cataratas del Niágara, por ejemplo, se produce corriente alterna de 6.000 volts que es elevada por transformadores a 120.000 volts y distribuida por, líneas de transmisión de larga distancia, siendo reducida en distintos puntos a 6000 volts para su distribución local, hasta que se la vuelva a reducir a 220 y 110 volts para su utilización para alumbrado y como fuerza motriz local.
Los transformadores se utilizan en todo tipo de equipos electrónicos para elevar y reducir las tensiones de CA. Es importante que usted se familiarice con los transformadores, con su funcionamiento, con la forma en que se los conecta con los circuitos y con las precauciones que se deben adoptar en su empleo.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
¿Cómo funciona el transformador?Cuando pasa corriente alterna por una bobina, se produce en torno a ella un campo magnético alternativo. Este campo magnético alternativo se extiende desde el centro de la bobina y luego se contrae para volver a ella, a medida que la corriente alterna de la bobina sube de cero hasta un máximo y vuelve a caer a cero. Como el campo magnético alternativo tiene que atravesar el arrollamiento de la bobina, se produce en ésta una FEM autoinducida que se opone a la variación del flujo de corriente.
FEM AUTO INDUCIDA
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Si el campo magnético alternativo generado por una bobina corta el arrollamiento de otra, en esta segunda bobina se producirá una FEM de la misma manera que se inducía una FEM en la bobina que era atravesada por su propio campo
magnético. La FEM generada en la segunda bobina se llama FEM de Inducción mutua" y
a la acción de generar esta tensión se la denomina "acción transformadora". En la acción transformadora, la energía eléctrica se transmite de una bobina (la primaria) a otra (la secundaria) por medio de un campo magnético variable.
El transformador simple consiste en dos bobinas colocadas muy cerca y aisladas eléctrica mente una de otra. La bobina a la cual se aplica la tensión alterna se llama “bobinado primario”, o simplemente “primario”. Esta bobina produce un campo magnético que atraviesa el arrollamiento de otro bobinado llamado "secundario", produciendo en él una tensión. Los bobinados no están conectados entre sí. Sin embargo, están acoplados magnéticamente. El transformador, por lo tanto, transmite energía eléctrica de un bobinado al otro por medio de un campo magnético alterno.
Suponiendo que todas las líneas de fuerza magnética del primario atraviesen todas las espiras del secundario, la tensión inducida en el secundario dependerá de la
relación entre el número de espiras del secundario y el número de espiras del
primario. Si, por ejemplo, hubiese 1000 espiras en el secundario y sólo 100 en el primario, la tensión inducida en el secundario sería diez veces la tensión aplicada al primario (1000/100=10) Como en el secundario hay más espiras que en el primario, el transformador se denomina “transformador elevador” Si, por otra parte, el secundario tuviese 10 espiras y el primario 100, el voltaje inducido en el secundario sería la décima parte del voltaje aplicado al primario (10/100=1/10)
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
llama “transformador reductor”. Los Transformadores vienen identificados en KVA Como en el secundario hay menos espiras que en el primario, el transformador seporque esto es independiente del factor de potencia.
El transformador no genera energía eléctrica. Sencillamente convierte la energía eléctrica de una bobina en energía eléctrica de otro tipo mediante Inducción magnética. Si bien el rendimiento de los transformadores no es del 100 por ciento, se
acerca mucho a esa cifra. Con fines prácticos se considera que Su rendimiento es del
cien por ciento. Por lo tanto, se puede definir al transformador diciendo que es un dispositivo que traslada potencia de su circuito primario al circuito secundario sin ninguna pérdida (suponiendo un rendimiento del cien por ciento).
Como potencia es igual a tensión por Intensidad, si Vp Ip representa la potencia primaria. Vs Is. la potencia secundaria, entonces Vp Ip = Vs Is . Si los voltajes pri-mario y secundario son Iguales, las intensidades primaria y secundaria también tienen que ser iguales. Supongamos que Vp es el doble que Vs. Entonces, para que Vp Ip sea Igual a Vs Is, Ip tiene que ser la mitad de Is. Por lo tanto, todo transformador que reduce la tensión aumenta la Intensidad. Del mismo modo, al Vp es sólo la mitad de Vs, Ip tendrá que ser el doble de Is, y el transformador que eleva el voltaje disminuye la
TRANSFORMADOR ELEVADOR
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
intensidad. Los transformadores se clasifican en elevadores o reductores sólo en relación con su efecto sobre el voltaje.
Los transformadores diseñados para bajas frecuencias tienen sus bobinas, denominadas “bobinados” montadas sobre núcleos de hierro. Como el hierro ofrece poca resistencia a las líneas de fuerza magnética, casi todo el campo magnético del primarlo pasa por el núcleo de hierro y atraviesa el secundario. El núcleo de hierro aumenta el rendimiento del transformador a un 98 a 99 por ciento, lo cual puede considerarse prácticamente un 100 por ciento, o sea que "no hay pérdida".
Los núcleos de hierro se hacen de tres tipos principales: el núcleo abierto, el núcleo cerrado y el núcleo en armadura. El núcleo abierto es más barato porque los bobinados primario y secundario; van arrollados en un mismo núcleo cilíndrico. El recorrido magnético se hace en parte en el núcleo y en parte en el aire. Sin embargo la interacción o "unión" magnética se debilita porque el trayecto por el aire se opone al campo magnético. El transformador de núcleo abierto es de poco rendimiento y nunca se lo emplea para transformar energía eléctrica.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
El núcleo cerrado mejora la eficiencia del transformador porque ofrece mayor trayecto de hierro y menor trayecto de aire al campo magnético, aumentando así la "unión" o "'acoplamiento" magnético. El núcleo en armadura aumenta todavía más el acoplamiento magnético y, por ende, la eficiencia del transformador, porque ofrece dos caminos magnéticos paralelos al campo. Por lo tanto, se logra un acoplamiento máximo entre el primario y el secundario.
Pérdidas del transformador
No toda la energía eléctrica. del bobinado primario se transmite al secundario. En el transformador se producen algunas pérdidas; el rendimiento real, si bien suele ser mayor del 90 por ciento, es inferior al 100 por ciento. Las pérdidas de los transformadores suelen ser de dos tipos: "pérdidas en el cobre" y, "pérdidas en el hierro".
Las pérdidas en el cobre representan la potencia perdida en la resistencia del alambre de los bobinados. A estas pérdidas se las llama así porque por lo general en el bobinado se emplea alambre de cobre. Sí bien normalmente la resistencia del arrollamiento no es alta, el flujo de corriente en el alambre produce calor,
consumiendo potencia. Esta potencia puede calcularse con la fórmula I2R, donde R es la
resistencia del alambre de la bobina e I la intensidad en la bobina.
Nucleo abierto Nucleo cerrado
Nucleo blindado TIPOS DE NUCLEOS PARA
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Las pérdidas en el hierro se deben a las corrientes parásitas y a la histéresis. El campo magnético que induce corriente en la bobina secundaria también atraviesa el material del núcleo, produciendo una corriente, denominada "corriente parásita” que circula dentro del núcleo. Esta corriente parásita calienta el material del núcleo, lo cual indica que está consumiendo potencia. Si se aumenta la resistencia del camino de la corriente parásita, ésta circulará menos y las pérdidas de potencia serán menores. Laminando el material del núcleo, o sea haciéndolo con hojas de hierro aisladas entre sí por barniz, se disminuye la sección del camino ofrecido y la resistencia a la corriente parásita aumenta.
Las pérdidas por histéresis dependen del tipo de material que se emplee en el núcleo. Cada vez que la corriente alterna invierte su polaridad, el campo magnético del núcleo también se invierte. Esta inversión de campo requiere cierta cantidad de potencia, dando una pérdida que se denomina "pérdida por histéresis”. Algunos materiales como el hierro aleado con silicio, cambian de polaridad fácilmente; su uso como material del núcleo reduce a un mínimo la pérdida por histéresis.
Transformador múltiple
Los transformadores se diseñan para usos y frecuencias muy distintos. El tipo con el cual usted probablemente trabajará más es el transformador múltiple. Se lo utiliza para convertir corriente de 220 volts y 50 ciclos en cualquier voltaje de 50 ciclos necesario para hacer funcionar motores, circuitos de alumbrado y equipos electrónicos.
En el grabado de abajo aparece un típico transformador múltiple para equipos electrónicos. Usted ve que el secundario consiste en tres bobinas separadas, ofreciendo cada una de ellas un circuito distinto, con su voltaje correspondiente. El secundario múltiple elimina la necesidad de tres transformadores separados, ahorrando costo, espacio y peso. El núcleo de hierro aparece designado con el símbolo correspondiente. Cada secundario tiene tres conexiones. La conexión del centro se
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
llama "punto medio" y la tensión entre el punto medio y cualquiera dé las conexiones externas es la mitad de la tensión total en esa bobina.
La cantidad de espiras que aparece en el esquema no indica necesariamente que
el transformador sea elevador o reductor. Los bobinados “vienen Identificado” de
fábrica mediante colores para indicar los bobinados secundarios, su empleo y la forma en que se los debe conectar. El código de colores que aparece aquí es el "Standard” pero los fabricantes pueden emplear otros códigos de colores o números para indicar las conexiones correctas.
Otros tipos de transformadores
Además de los transformadores múltiples, que funcionan a 60 (o 50) cps (60 ciclos por segundo), hay transformadores diseñados para frecuencias distintas.
El audio-transformador, por ejemplo, funciona en la escala de las "audio"
frecuencias o sean las frecuencias audibles para el oído humano, de 20 a 20.000 cps. El
audio transformador tiene un núcleo de hierro de aspecto similar al transformador múltiple. En los receptores y transmisores se emplean frecuencias mucho mayores que la de la escala auditiva, y se denominan "radiofrecuencias"., 100.000 cps o 100 kilociclos (kc) o más. Los transformadores de radio frecuencia (rf) carecen de núcleos de hierro porque a esas frecuencias tan altas las pérdidas en el núcleo serían demasiado grandes. Por eso los transformadores de rf tienen núcleos de aire. Las bobinas están arrolladas sobre un soporte no magnético. En las ilustraciones aparecen un transformador de rf receptor y un transformador de rf transmisor. En el transformador de rf transmisor las espiras están muy separadas entre sí debido a las altas tensiones que se emplean.
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Todos estos transformadores sólo tienen un bobinado primario y se los denomina transformadores "monofásicos". Otros transformadores, que funcionan con tres voltajes de CA, se denominan transformadores "trifásicos".
Auto transformador
El auto transformador se diferencia de los demás en que tiene un solo bobinado, en vez de dos o más como sucede en los transformadores comunes. Parte de. este bobinado sirve de primario y secundario a la vez, mientras el resto hace de primario o secundario exclusivamente, dependiendo de si el auto transformador se emplea para elevar o para reducir voltaje.
El auto transformador elevador utiliza parte del bobinado total como primario. El flujo de corriente alterna provoca en esta parte del bobinado un campo de expansión y contracción que atraviesa todas las espiras de la bobina e induce en la bobina completa un voltaje más alto que el de la porción que se utiliza como primaria.
AUDIO TRANSFORMADOR TRANSFORMADOR RECEPTOR RF TRANSFORMADOR TRANSMISOR RF AUTOTRANSFORMADORES
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Entonces los terminales extremos de la bobina se pueden emplear como bobinado secundario de voltaje mayor que el de la porción primaria.
Si se emplea la bobina completa como primaria y sólo una parte de ella como secundaria, el voltaje secundario será inferior que el Primario. Conectado de esta manera, el auto transformador sirve para reducir voltaje.
En el auto transformador parte del arrollamiento es común el primario y secundario, y transporta las dos corrientes. Los Auto transformadores requieren menos alambre porque se emplea una misma bobina y, por lo tanto, son más baratos que
los transformadores de dos bobinas. Sin embargo los auto transformadores no aíslan
los circuitos primario y secundario y no pueden emplearse en muchos circuitos eléctricos y electrónicos por este motivo.
DESPERFECTOS
Como los transformadores forman parte de los equipos con que usted habrá de trabajar, es imprescindible que sepa probarlos y localizar los desperfectos que se producen en estos dispositivos.
Cuando uno de los bobinados del transformador se "abre” no puede pasar la corriente y el transformador no tendrá tensión de salida. El síntoma del transformador con circuito abierto es que los circuitos que suministran potencia no tienen tensión. Verificando con un voltímetro CA los terminales de salida del transformador se observará una indicación de cero volts, mientras en los terminales de entrada habrá voltaje. Habiendo tensión en la entrada y ninguna en la salida, usted llegará a la conclusión de que uno de los arrollamientos está abierto. A continuación deberá buscar si hay continuidad en los bobinados. Después de desconectar todos los terminales primarios y secundarios, se busca la continuidad de cada bobinado basándose en la resistencia de los mismos tomada con el óhmetro. La continuidad (circuito continuo) arroja una resistencia bastante baja, mientras que en el bobinado abierto esta resistencia aparecerá como Infinito en el Instrumento. En la mayoría de los casos será necesario cambiar de transformador, a menos que, por supuesto, el corte sea accesible y se lo pueda reparar.
INSPECCION DE VOLTAJE
BUSQUEDA DE CIRCUITO ABIERTO
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Cuando algunas espiras de un bobinado secundario están en cortocircuito, la tensión de salida cae. Los síntomas son: el transformador se recalienta por las grandes corrientes que circulan en las espiras en cortocircuito y la tensión de salida es inferior de lo que debiera ser. El bobinado en cortocircuito produce en el óhmetro una lectura inferior de lo normal. Si el bobinado es de bajo voltaje, su resistencia es normalmente tan baja que resulta imposible comprobar que algunas de sus vueltas están en cortocircuito utilizando el óhmetro común. En este caso la manera infalible de decir si el transformador está descompuesto es reemplazarlo por otro. Si el nuevo transformador funciona satisfactoriamente, se debe emplear éste y reparar o descartar el viejo, según su tamaño y su tipo.
APERTURA
INSPECCION DE CONTINUIDAD
Busqueda de CORTO CIRCUITO PARCIAL
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
A veces el bobinado presenta un cortocircuito completo. También en este caso uno de los síntomas es el recalentamiento del dispositivo por la excesiva intensidad de corriente. A menudo el calor funde el barniz contenido en el interior del transformador, lo cual se puede determinar rápidamente por el olor. Por otra parte, en los terminales de salida del bobinado en cortocircuito no habrá voltaje. En los equipos que tienen fusibles, el gran flujo de corriente hará saltar el fusible antes de que el transformador se deteriore por completo. Si el fusible no salta, el bobinado en cortocircuito puede quemarse. El cortocircuito puede estar en el circuito externo conectado con el bobinado o en éste mismo. Para localizar el cortocircuito se desconecta el circuito externo. Si con éste desconectado el voltaje es normal, el cortocircuito está en el circuito externo; si sigue siendo cero, significa que el cortocircuito está dentro del transformador y que habrá que cambiarlo por otro.
Localice el bobimado en cortocircuito con el vólmetro
Desconecte la carga del transformador para comprobar si el cortocircuito
está en el circuito externo
Aplique un transformador de repuesto
El reemplazo del transformador produce DESVIACIÓN NORMAL
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
A veces la aislación desaparece en alguna parte del bobinado y el alambre hace contacto con las otras espiras. Si el alambre pelado está en la parte externa del bobinado, puede tocar con la caja del transformador, haciendo cortocircuito con ella y conectando el bobinado a tierra.
Si el bobinado hace tierra y cierto punto del circuito externo conectado con este bobinado también está a tierra, parte del bobinado dejará de funcionar por cortocircuito. Los síntomas serán los mismos que los referidos para el bobinado en cortocircuito y habrá que cambiar de transformador. Se puede verificar si el transformador hace tierra conectando el megóhmetro entre un lado del bobinado en cuestión y la caja del transformador, después de haber desconectado todos los terminales del circuito. Si la aguja indica cero o poca resistencia, significa que el bobinado hace tierra.
Halle el bobinado a masa con el vólmetro
Conecte el Ohmetro con uno de los bobinados y
con el núcleo del transformador
Hallar el bobinado a masa con el vólmetro Use el megómetro si es
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
IMPORTANCIA DE LOS GENERADORES
Usted está completamente familiarizado con las linternas, las radios portátiles y los sistemas de encendido de automóviles, todos los cuales utilizan baterías como fuentes de electricidad. En esos dispositivos la energía tomada de la batería es comparativamente pequeña y, por lo tanto, la batería es capaz de suministrar corriente durante un período de tiempo bastante largo sin necesidad de cargarla. Las baterías funcionan perfectamente cuando abastecen dispositivos que consumen poca potencia.
Pero hay muchos equipos eléctricos que requieren grandes cantidades de corriente de alto voltaje para poder funcionar. Las luces eléctricas y los motores pesados, por ejemplo, exigen voltajes e intensidades de corriente mayores que las que puede suministrar una batería de tamaño práctico. En consecuencia, se requieren fuentes de electricidad que no sean baterías para abastecer grandes cantidades de corriente. Esas grandes fuentes de electricidad poseen máquinas rotatorias eléctricas llamadas "generadores dinamoeléctricos". Los generadores dinamoeléctricos pueden suministrar corriente continua o alterna. En ambos casos el generador puede diseñarse para cantidades de corriente pequeñas o bien para muchos centenares de kilowatts de potencia.
El mundo actual quedaría prácticamente paralizado si faltase la energía eléctrica que producen los generadores. Mire a su alrededor y comprobará la importancia de la corriente eléctrica producida por los generadores.
LOS GENERADORES SON LAS FUENTES PRINCIPALES DE LA CORRIENTE ELECTRICA
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Nuestros modernos sistemas de alumbrado, nuestras fábricas y toda nuestra vida Industrial está accionada directa o Indirectamente por la corriente eléctrica que producen los generadores rotativos. Una gran ciudad pronto se convertiría en una "población fantasma" si parasen sus, generadores. El generador dinamoeléctrico es tan Importante en nuestra vida como la acción del corazón en el mantenimiento de la vida en el organismo.
Repaso de electricidad por magnetismo
Recordará usted que la electricidad puede producirse moviendo un conductor a través de un campo magnético. Mientras existe un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético, habrá producción de electricidad. SI no hay movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético no se produce electricidad. La electricidad generada es en realidad un voltaje o tensión, denominada "tensión inducida” y el método para producir esta tensión mediante el desplazamiento de un conductor a través de un campo magnético se denomina "inducción". Usted también sabe que esta tensión inducida hará que se produzca un flujo de corriente si los extremos del conductor están conectados formando un circuito cerrado, circuito que en este caso es el instrumento de medición.
MOVIENDO EL IMAN CERCA DEL CONDUCTOR
DIAGNOSTICO Y MANTEN
IMIENTO ELECTROMECANICO
Usted sabe que el valor de la tensión inducida en el conductor que atraviesa el campo magnético depende de varios factores.
1º Si la velocidad del movimiento transversal entre el conductor y el campo magnético aumenta, la fuerza electromotriz aumenta también.
2º Si la fuerza del campo magnético aumenta, la FEM aumenta.
3º Si se aumenta el número de las espiras de conductor que atraviesan el campo magnético, la FEM producida también es mayor.
La polaridad de esta FEM inducida tendrá un sentido tal que el flujo de corriente resultante irá formando un campo magnético que reacciona con el campo del imán y se opone al movimiento de la bobina. Este fenómeno ilustra un principio que se conoce con el nombre de "Ley de Lenz” que afirma que en todos los casos de
Inducción electromagnética, el sentido de la FEM inducida es tal que el campo magnético que produce tiende a detener el movimiento que da origen a la FEM.
IMAN EN REPOSO
