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ELEARNI NG CONTRI BUCI ON DE LOS OPERADORES EN LA GESTI ON DE LAS AQUAS RESI DUALES

TOMO 5.

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5.1EQUIPO ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO

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Índice 5. 1.- EQUIPO ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO 5. 11. - Conceptos básicos 5. 12. - Equipo eléctrico básico 5. 13. - Uso del ordenador 5. 14. - Sistemas Scada (SKAY-dah) 5. 15. - Control eléctrico básico y reparación de averías 5. 16. - Sistemas PLC, automatización, telemetría 5. 17. - Sistemas de distribución de energía 5. 18. - Motores eléctricos 5. 19. - Consumo en espera y energía eléctrica de emergencia – Sistemas de equipo rotatorio 5. 110. - Consumo en espera y energía eléctrica de emergencia – Pilas y acumuladores 5. 111. - Conjunto generador 5. 112. - Iluminación 5. 113. - Glosario 5. 114. - Preguntas & Respuestas

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Bibliografía Arcadio P. Sincero Sr. D.Sc. P.E., Gregoria A. Sincero M. Eng. P.E. (2003). PHYSICAL– CHEMICAL TREATMENT OF WATER AND WASTEWATER. (C. Press, Ed.) Morgan State University Baltimore Maryland, Department of the Environment State of Maryland: IWA. California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants – Volume I. Sacramento.

California State University. (2008). Operation of Wastewater Treatment Plants – Volume II. Sacramento.

Camp, T. R., and P. C. Stein. (1943). Velocity Gradients and Internal Work in Fluid Motion. Journal Boston Society of Civil Engineers (30), p. 209.

David H.F. Liu, Bela G. Liptak. (1999). Environmental Engineers Handbook.

Eddy, Μ. &. (1999). Wastewater treatment.

EPA. (1985). PROTECTING HEALTH AND SAFETY AT HAZARDOUS WASTE SITES: AN OVERVIEW. Eastern Research Group Inc. Frank R. Spellman. (2011). Spellman's Standard Handbook for Wastewater Operators (2nd Edition ed., Vol. II). Boca Raton, USA: CRC Press.

Garr M. Jones, PE. (2006). Pumping Station Design (3nd Edition ed.). Elsevier Inc. Jensen Engineered Systems. (2012). Pump Station Design Guidelines – Second Edition. 2nd.

John M. Stubbart, W. G. (2006 ). AWWA Wastewater Operator Field Guide. USA. Robert C. Rosaler. (2004). STANDARD HANDBOOK OF PLANT ENGINEERING (3nd ed.).

McGraw-Hill.

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EQUIPO ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO 5.1.- Conceptos básicos A un operador de mantenimiento de aguas residuales que está cualificado para llevar a cabo trabajo eléctrico, se le suele asignar la tarea de reparar o reemplazar componentes de un sistema eléctrico.

Para reparar cualquier cosa, lo primero que se debe hacer es encontrar el problema. El operador puede reparar el problema simplemente restaurando la energía eléctrica (por ej. Restaurando un disyuntor o reemplazando un fusible). Sin embargo, en otras ocasiones, se puede llegar a necesitar una reparación de las averías de gran calibre. La reparación de averías se asemeja al trabajo de un detective: encontrar al culpable (el problema o lo que ha sucedido) y arreglar la situación. La reparación de averías es una habilidad, pero incluso el mejor reparador podría tener problemas al tener que reparar máquinas eléctricas complejas sin los planos o diagramas eléctricos adecuados.

Símbolos eléctricos La ilustración siguiente muestra algunos de los símbolos más comunes usados en los planos eléctricos. No es necesario aprenderlos de memoria, pero el operador de mantenimiento debería estar familiarizado con éstos y ser capaz de reconocerlos a la hora de leer dibujos eléctricos.

Símbolos eléctricos comunes 1

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Ceiling fixture, motor, motor controller, wall fixture, fuse, ground, power transformer, transformer, circuit breaker, single-receptacle floor outlet (ungrounded), branch circuit concealed in ceiling or wall, panel board and cabinet, branch circuit concealed in floor, branch circuit exposed, power panel, normally closed contacts, three-way switch, street light, normally open contacts, single-pole switch, feeders (note heavy line), number of wires in conduit (3), duplex outlet (grounded): instalación en techo, motor, regulador del motor, instalación en pared, fusible, puesta a tierra, transformador de energía, transformador, disyuntor, salida de piso de toma simple (sin conexión a tierra), circuito de bifurcación empotrado en techo o pared, placa de panel y gabinete, circuito de bifurcación empotrado en piso, circuito de bifurcación visible, panel de potencia, contactos normalmente cerrados, conmutador de tres vías, iluminación de calle, contactos normalmente abiertos, conmutador monopolo, alimentadores (línea pesada), número de cables en el conducto (3), salida de dos caras (con conexión a tierra).

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(Frank R. Spellman, 2011) Voltaje y energía eléctrica Debido a la fuerza del campo electroestático, una carga eléctrica tiene la capacidad de hacer las veces de o de mover otra carga mediante la atracción o la repulsión. La fuerza que hace que los electrones libres (electricidad) entren en un conductor bajo la forma de corriente eléctrica puede recibir las denominaciones siguientes: • Fuerza electromotriz (emf).

• Diferencia de potencial.

• Voltaje. ¿Qué es el voltaje?

Cuando existe diferencia de potencial entre dos cuerpos cargados que están conectados por un cable (conductor), los electrones (corriente) fluirán a lo largo del conductor. Este flujo va desde el cuerpo cargado negativamente hasta el cuerpo cargado positivamente hasta que ambas cargas se igualan y la diferencia de potencial deja de existir.

Nota: la unidad básica de la diferencia de potencial es el voltio (V). El símbolo del voltaje es V, lo que indica la capacidad de hacer que los electrones (intensidad de corriente) se muevan. Es por el hecho de que la unidad utilizada sea el voltio que la diferencia de potencial recibe el nombre de voltaje. ¿Cómo se produce el voltaje?

El voltaje puede producirse de muchas maneras, pero algunos métodos se usan más que otros. La lista que sigue expone los 6 métodos más comunes que producen voltaje: Educación a distancia – Página 5

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Fricción—El voltaje producido mediante el roce de dos materiales.

Presión—El voltaje producido al apretar los cristales de algunas sustancias.

Calor—El voltaje producido al calentar la junta donde se unen dos metales diferentes.

Luz—El voltaje producido por la luz al alcanzar ésta sustancias fotosensibles.

Acción química—El voltaje producido por una reacción química en una pila o acumulador.

Magnetismo—El voltaje producido en un conductor cuando este conductor se mueve a través de un campo magnético o un campo magnético se mueve a través de un conductor de manera que corta las líneas de fuerza magnética del campo. ¿Cómo se distribuye la electricidad a la planta?

La electricidad se distribuye desde una estación generadora. La electricidad viaja hasta la planta a través de cables de alta tensión. Es importante precisar que no es el voltaje en sí el que viaje a través de los cables, sino que la corriente viaja a través de los cables hasta la planta. El voltaje es la presión o la fuerza motriz que empuja la corriente a través de los cables. Esta electricidad de alto voltaje debe reducirse a un voltaje mucho menor antes de que pueda ser usado por la mayoría del equipo de la planta. Los transformadores reducen el voltaje. De hecho, es la corriente la que fluye a través de los cables. La corriente se mide en unidades llamadas amperios.

Energía eléctrica La energía, ya sea eléctrica o mecánica, atañe a la velocidad a la que el trabajo se está llevando a cabo. El consumo de energía eléctrica de una planta está íntimamente relacionado con la intensidad de corriente. Una motobomba eléctrica de gran tamaño consume más energía (y necesita más corriente, sobre todo aquellos motores que están arrancando) en un periodo de tiempo concreto, que, por ejemplo, una luz indicadora de bajo consumo situada en un regulador de motor. El trabajo se lleva a cabo siempre que una fuerza cause movimiento. Si se usa una fuerza mecánica para levantar o mover un peso, el trabajo está hecho; aunque, la fuerza ejercida sin haber conseguido movimiento, como la fuerza de un muelle comprimido actuando entre dos objetos fijos, no se considera trabajo. La energía eléctrica se mide en vatios. Un vatio es la corriente de un amperio fluyendo con un voltaje de un voltio. Para determinar los vatios o el vataje, se multiplica la corriente (en amperios) por el voltaje (en voltios). Nota: en un transformador, el número de vatios entrante equivale al número de vatios saliente.

Corriente continua La corriente continua es la corriente que siempre fluye a través del circuito en la misma dirección.

Un flujo de corriente continua en el que el nivel siempre es constante recibe el nombre de corriente continua. La corriente continua se usa en algunos procesos electrolíticos industriales, en casi todos los vehículos, y en algunos motores. De todos modos, la mayoría de la energía eléctrica que se usa a nivel mundial se genera como corriente alterna.

Corriente alterna La corriente alterna es aquella que pasa a través de una sucesión regular de cambios de valores positivos y negativos mediante la inversión periódica de la dirección de flujo. Los valores totales de las corrientes positivas y negativas son equivalentes. La curva recibe el nombre de onda sinusoidal porque tiene la misma forma que la curva descrita por la ecuación e = Emax sinθ donde • θ es un ángulo y; Educación a distancia – Página 6

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•

e es el voltaje instantáneo.

La ilustración siguiente muestra la variación del voltaje de corriente alterna a través de dos ciclos.

El voltaje es igual a cero al comenzar el ciclo, aumenta hasta su valor máximo, y luego vuelve a descender a cero a mitad del ciclo. En la segunda parte del ciclo, el voltaje alcanza un valor máximo negativo y vuelve a cero al finalizar el ciclo. El número de ciclos en el que el voltaje pasa por 1 recibe el nombre de frecuencia. La frecuencia se expresa en ciclos por segundo, también conocidos como hercios. El suministro de corriente alterna más común tiene una frecuencia de 50 a 60 ciclos por segundo (cps), o de 50 a 60 hercios (Hz). 2

5.2.- Equipo eléctrico básico Interruptores Un interruptor es un dispositivo que sirve para hacer o romper conexiones eléctricas en un punto determinado de un alambre. Un interruptor permite iniciar, detener o cambiar la dirección de la intensidad de corriente en un circuito. La ilustración siguiente muestra algunos de los interruptores más comunes y sus símbolos.

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Alternating Current (AC), VOLTAGE, 240 Volts AC, 120 Volts AC, Relative Ground (0 Volts AC), "Common" or "Ground", white wire, 1/60 second, TIME: corriente alterna (AC), voltaje, 240 voltios de corriente alterna, 120 voltios de corriente alterna, toma de tierra relativa (0 voltios de corriente alterna), toma de tierra, cable blanco, 1/60 segundo, tiempo.

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Símbolos de interruptores 3

Inductor (Bobinas) A grandes rasgos, un inductor es una bobina de alambre, generalmente se trata de muchas vueltas de alambre alrededor de una pieza de hierro blando (núcleo magnético). En algunos casos, el alambre está enredado alrededor de un material no conductor. Los inductores se usan como balastros en lámparas fluorescentes y para imanes y solenoides. Cuando la intensidad de corriente eléctrica pasa a través de un inductor, crea un campo magnético (campo electromagnético). El magnetismo provoca algunos efectos necesarios en los circuitos eléctricos (por ej., en un circuito de alarma, el campo magnético en un inductor puede hacer que el timbre de alarma suene). No es necesario tener que entender estos efectos para ser capaz de leer un esquema eléctrico. Pero, sí que es importante reconocer los símbolos propios de los inductores. Estos símbolos se muestran en la ilustración siguiente.

Símbolos de inductores 4

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Pushbutton 2-circuit, selector switch, shorting selector, proximity limit switch, time delay make, time delay break, time delay make 2, time delay break 2, safety interlock, flow actuate, liquid level actuated, liquid level actuated 2, gas flow actuated, pressure actuated, temperatu... actuated, thermostat, temperatu... switch, inertia switch, mercury, mercury switch 2, switch disconnect..., fuse, isolator, change-o... contact, relay, relay coil, relay contacts, pilot light: botón de circuito-2, conmutador selector, selector cortocircuitado, conmutador de proximidad límite, contacto de retraso de tiempo, corte de retraso de tiempo, contacto de retraso de tiempo 2, dispositivo de seguridad, corte de retraso de tiempo 2, accionamiento de flujo, accionamiento de nivel de líquido, accionamiento del nivel de líquido 2, accionamiento de gases, accionamiento de presión, accionamiento de temperatura, termostato, conmutador de temperatura, conmutador de inercia, mercurio, conmutador de mercurio 2, desconexión de conmutador 2, fusible, aislador, contacto de cambio, relé, inductor de relé, contactos de relé, luz piloto.

Relay coil, solenoid, variable coil, fixed coil, tapped coil: inductor de relé, solenoide, inductor variable, inductor fijo, inductor de derivación.

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(Frank R. Spellman, 2011) Transformadores Los transformadores se usan para aumentar o disminuir el voltaje de corriente alterna y de corrientes en los circuitos. El funcionamiento de los transformadores se basa en el principio de inductancia mutua. Un transformador suele estar formado por dos inductores de alambre unidos en el mismo núcleo. El inductor principal es el inductor de entrada del transformador y el inductor secundario es el inductor de salida. La inductancia mutua hace que el voltaje se induzca en el inductor secundario. Si el voltaje de salida de un transformador es mayor que el voltaje de entrada, se trata de un transformador elevador. Si el voltaje de salida es menor que el de entrada, se trata de un transformador reductor. La ilustración siguiente muestra algunos símbolos básicos que se usan para designar a los transformadores en los esquemas eléctricos.

Símbolos de transformadores 5

(Frank R. Spellman, 2011) Fusibles Un fusible es un dispositivo que abre un circuito de manera automática cuando la corriente aumenta por encima de un límite determinado. Cuando la corriente se vuelve demasiado alta, parte del fusible se funde. Ésto hace que se abra el camino eléctrico, deteniendo el flujo de electricidad. Para restaurar el flujo de electricidad, se debe reemplazar el fusible. La ilustración siguiente muestra algunos símbolos básicos usados para hacer referencia a los fusibles en los esquemas eléctricos.

Típicos símbolos de fusibles 6

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Relay coil, solenoid, variable coil, fixed coil, tapped coil: inductor de relé, solenoide, inductor variable, inductor fijo, inductor de derivación.

Cartridge type with glass tube and wire fuse link, fiber tube, ribbon type, copper fuse link, schematic symbols, knife blade cartridge type, plug type with ribbon fuse link: tipo cartucho con tubo de cristal y enlace de fusible con cable, tubo de fibra, tipo de cinta, enlace de cobre del fusible, símbolos esquemáticos, tipo cartucho cuchilla de cuchillo, tipo enchufe con enlace de fusible de cinta.

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Disyuntores Un disyuntor es un dispositivo eléctrico (similar a un interruptor) que, al igual que un fusible, interrumpe una corriente eléctrica en un circuito cuando la corriente aumenta demasiado. La ventaja del disyuntor es que puede reiniciarse después de haber saltado; un fusible tiene que ser reemplazado después de haber sido usado. Cuando la corriente suministra energía suficiente para operar un dispositivo de activación en un disyuntor, un par de contactos que llevan la corriente se separan mediante muelles previamente activados u otro mecanismo similar. Generalmente, un disyuntor detecta la corriente bien por el efecto calorífico de la corriente, bien por el magnetismo que crea al pasar a través de un pequeño inductor. La ilustración siguiente muestra algunos símbolos básicos usados para hacer referencia a los disyuntores en los esquemas eléctricos.

Símbolos de disyuntores 7 (Frank R. Spellman , 2011) Contact os eléctrico s Los contactos eléctricos (generalmente cables) unen dos conductores en un circuito eléctrico. Generalmente, los contactos cerrados (NC) permiten que la corriente fluya cuando el dispositivo de conmutación está inmóvil y los contactos abiertos (NO) impiden que la corriente fluya cuando el dispositivo de conmutación está inmóvil. La ilustración siguiente muestra algunos símbolos básicos usados para hacer referencia a los contactos eléctricos en los esquemas eléctricos.

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Thermally activated or Magnetically activated: térmicamente activado o magnéticamente activado.

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Símbolos de contactos eléctricos 8

(Frank R. Spellman, 2011)

Resistencias La electricidad viaja a través de un conductor (cable) de manera sencilla y eficiente, casi sin perder energía a su paso. Por otro lado, la electricidad no puede pasar fácilmente a través de una resistencia. Cuando la electricidad se ve obligada a entrar en una resistencia, la energía eléctrica suele transformarse en otro tipo de energía, como la luz o el calor. La razón por la que una bombilla brilla es porque la electricidad está entrando a través del filamento de tungsteno, que resulta ser la resistencia. Una resistencia variable (también llamada potenciómetro) puede ajustarse para conseguir diferentes valores de resistencia, como es el caso de un interruptor regulador para sistemas de iluminación. La resistencia también hace las veces de carga en un circuito, a través del cual siempre hay una bajada de tensión. La ilustración siguiente muestra algunos símbolos básicos usados para hacer referencia a las resistencias en los esquemas eléctricos.

Símbolos de resistencia 9

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Normally closed, normally open, transfer: generalmente cerrado, generalmente abierto, de transferencia.

Fixed resistor, potentiometer, rheostat variable resistor, tapped resistor: resistencia fija, potenciómetro, resistor variable del reostato, resistor de derivación.

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(Frank R. Spellman, 2011) Alambres y cables Los alambres y cables usados en la distribución de energía eléctrica suelen estar formados por un material conductor rodeado por una funda aislante. A veces la protección es mayor y lleva además una cubierta exterior. El material conductor suele ser de cobre o aluminio. El material aislante puede estar hecho de uno o varios materiales dependiendo de las características del entorno en el que el cable será instalado. Los cables de los edificios modernos suelen estar aislados con algún tipo de aislamiento de plástico. Los materiales que forman las cubiertas exteriores de los cables son variados y van desde el polietileno reticulado hasta las protecciones de cobre. Cada clase de cubierta se aplica respetando normas diferentes. El método a la hora de elegir la protección del cable, el conductor, los soportes o y si el cable va al desnudo, depende de muchos elementos del diseño. Los cables no precisan un mantenimiento básico excepto para asegurarse de que no están siendo usados por encima de la corriente permanente admisible. Son necesarios análisis periódicos para examinar las cabezas de los cables de aluminio para asegurarse de que las posibles deformaciones no hayan debilitado la conexión. Los cabezales que conectan los cables de aluminio deben ajustarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricante. El personal de mantenimiento debería tener a su disposición una llave dinamométrica para el mantenimiento de los cables de aluminio. Deberían incluirse los detalles para estos exámenes en los manuales de mantenimiento.

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Barras blindadas y barras colectoras Las barras blindadas y las barras colectoras llevan a cabo las mismas funciones que los alambres y cables, pero sus características de construcción y de aplicación son muy diferentes. Las barras colectoras pueden cortarse, soldarse, doblarse, perforarse, taladrarse, chaparse y aislarse para cumplir con las recomendaciones exigidas. Son muy prácticas cuando la configuración debe ser precisa, los puntos de intercambio rígidos, y los lugares de instalación restringidos. Las barras blindadas estándar, las corrientes permanentes admisibles, los componentes, y los accesorios son tan numerosos que puede crearse prácticamente cualquier plano eléctrico. Pueden ser cerradas o ventiladas, estar instaladas en interiores o exteriores, y usadas como alimentadores de energía entre puntos fijos, como fuentes de alimentación multipunto, o como rutas de toma de fuerza.

Instalación usando barras colectoras

Controles de motor y centros de control de motores Todos los dispositivos motorizados necesitan algún tipo de control de motor para proporcionar funciones de encendido-apagado, de inversión, y otras. A veces estos elementos de control se construyen en el interior de la máquina y por lo tanto, los controles están instalados en la máquina.

Lo más común es que el control de unas instalaciones o de un motor de sistemas de proceso se realice mediante controles de motor remotos. Los controles de motor (generalmente denominados arrancadores) suelen ser dispositivos operados magnéticamente con protección de sobrecarga térmica construida en el interior de la aplicación de los enlaces de aleación fundida. Un programa de mantenimiento preventivo es esencial para los motores arrancadores si se quiere que funcionen correctamente. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo inspecciones periódicas de estos dispositivos.

Suele resultar más económico instalar grupos de controles de motor que controles de motor individuales. Un grupo de arrancadores entreconectados en una sola unidad recibe el nombre de centro de control de motores. El NEMA (Asociación nacional de fabricantes de material eléctrico) ha dispuesto diferentes estándares para cada tipo y clase de cableado y el grado de interconexión e intercableado presente en cualquier centro. Estos datos pueden obtenerse directamente a través del fabricante y deberían guardarse junto con los manuales de mantenimiento de la planta para llevar a cabo un programa de mantenimiento periódico.

Tableros de control Educación a distancia – Página 13

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Los tableros de control son dispositivos de mando y dispositivos de sobreintensidad que se encuentran dentro de un armario, generalmente instalado en la pared, y protegido por un cubierta que puede tener una puerta batiente. Los tableros de control suelen proporcionar protección local y control de los aparatos de la iluminación. Suelen estar compuestos por grupos de disyuntores integrados e interruptores dobles que proporcionan protección a los circuitos terminales de las áreas circundantes. Todas las consideraciones de mantenimiento y de funcionamiento expuestas anteriormente para los disyuntores son aplicables para los tableros de control. A no ser que los disyuntores de un tablero de control tengan una carga nominal de conmutación específica y lo indique expresamente en la placa de identificación, éstos no habrán sido diseñados para ofrecer esos servicios de manera constante. Un uso constante de conmutación acortará la vida útil de un disyuntor estándar, aunque su uso ocasional no supondrá ningún efecto negativo. Los tableros de control encargados de la iluminación y los circuitos de los dispositivos que deben encenderse y apagarse siempre en momentos determinados pueden equiparse con contactores magnéticos. Estos dispositivos funcionan de manera similar a los controles de motor con la única diferencia que no contienen dispositivos de sobrecarga. Permiten la conmutación remota del tablero de control sin tener que usar los cortacircuitos como dispositivos de conmutación.

Instalaciones de un tablero de control

5.3.- Uso del ordenador Los ordenadores son muy usados hoy en día en las plantas de tratamiento, en los negocios, industrias e incluso hogares. Es difícil leer un periódico o revista sin que se haga referencia a nuevas aplicaciones u ordenadores. Hoy en día, se usan prácticamente en todas las plantas de tratamiento. Los ordenadores y los programas han cambiado mucho a lo largo de los últimos años, volviéndose no sólo más baratos sino más sencillos de utilizar. Estos cambios han propiciado el uso de ordenadores en las las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Se exponen a continuación las aplicaciones generales usadas en las plantas de tratamiento de aguas residuales: Análisis de datos Los ordenadores son muy eficientes en lo que se refiere a cualquier tipo de cálculo estadístico.

Pueden calcular rápidamente medias, medianas, funciones y valores máximos y mínimos. Además, Educación a distancia – Página 14

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un programa de ordenador, o sea un software, puede tomar datos y generar gráficos y diagramas para ayudar a comprender los datos y para identificar posibles problemas.

Generación de informes Probablemente, el uso más frecuentes de los ordenadores sea el PROCESAMIENTO de TEXTOS. Después de que un informe haya sido introducido en el ordenador usando procesadores de texto, el texto puede ser modificado fácilmente insertando nuevos textos, nuevas palabras y nuevos párrafos, cambiando el estilo de fuente para dar énfasis, y copiando secciones de texto a otras partes del documento o a otros documentos. El texto puede guardarse y abrirse más adelante para introducir modificaciones adicionales. Muchos procesadores de texto permitirán la inserción de gráficos y diagramas generados con otro tipo de software.

Guardado de documentos Una de las principales características de una instalación de tratamiento eficiente es el buen mantenimiento de expedientes. La información guardada abarca desde los niveles del BOD hasta el mantenimiento del equipo. El registro de datos puede hacerse más llevadero usando un ordenador.

Uno de los programas estándares usados para llevar a cabo esta tarea son los PROGRAMAS DE GESTIÓN DE BASES DE DATOS. Una base de datos no es más que una serie de datos que se han organizado de tal manera que permite que se pueda añadir, quitar, modificar, o o recuperar rápidamente la información. Con la información almacenada en un programa de gestión de bases de datos, se puede saber rápidamente el nombre del fabricante de un equipo en concreto, su coste inicial, o su última fecha de mantenimiento. La recuperación de datos es rápida y exacta. Otro tipo de programa informático muy común en la gestión de datos es la HOJA DE CÁLCULO. Como en una base de datos, una hoja de cálculo es un conjunto de diversas clases de información organizadas de tal manera que pueda ser modificada fácilmente. Las hojas de cálculo son particularmente útiles para realizar cálculos y crear gráficos y diagramas basados en la información almacenada en la hoja de cálculo. Una vez que los datos adecuados han sido incluidos en una hoja de cálculo, las respuestas a preguntas condicionales suelen calcularse con el programa. Un ejemplo de pregunta condicional sería “¿cuál sería el efecto sobre los ingresos anuales si el volumen de la carga industrial aumentara un ocho por ciento?” La capacidad de una hoja de cálculo para hacer cálculos complejos puede ser una gran ventaja para planear y prever futuros usos y aplicaciones.

Sistemas de seguimiento Usar un sistema controlado por ordenador que incluya sensores y válvulas, o sea un HARDWARE, y un software apropiado, los ordenadores se pueden utilizar para supervisar las características de las aguas residuales y de los procesos de tratamiento, analizar la información, y realizar los ajustes necesarios para los procesos del tratamiento. Aunque estos sistemas pueden llegar a ser muy complejos, pueden aumentar considerablemente la eficacia de un sistema de tratamiento.

Generalmente, los ordenadores pueden ayudar a los operadores: • a ahorrar tiempo.

• a ahorrar dinero.

• a llevar a cabo un mejor trabajo.

Comunicación Hoy en día es posible que los operadores de las plantas de tratamiento de aguas residuales se comuniquen rápidamente y económicamente con las agencias estatales, los proveedores de equipo, las instituciones educativas, y otros operadores por todo el mundo usando un ordenador y un Educación a distancia – Página 15

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módem. Un módem es un pequeño dispositivo que conecta un ordenador con una línea telefónica.

Marcando el número de teléfono de un proveedor de servicios de Internet (ISP), un operador puede comunicarse electrónicamente con otras personas o agencias que tienen una conexión de ordenador similar. Tener acceso a Internet permite a los operadores intercambiar ideas e información con otros operadores, leer e imprimir copias de la EPA, de las normativas estatales y de documentos explicativos, enviar informes de verificación directamente a las agencias reguladoras, y mantenerse al tanto respecto a las novedades en la industria del tratamiento de aguas residuales. Éstas son sólo algunas funciones que pueden ayudar a un operador.

MORE Cautions When maintenance procedures are printed by computers with the work orders, the people performing the maintenance still have to think and be observant. Computers do not reemplace operators. When the work order indicates that the oil level in a pump needs to be Compruebeed, the person doing this work should also feel the motor for excessive heat, listen for strange sounds, and look for vibrations and leaks. Some people recommend that separate computer systems be used for the plant processes sensing equipment and the data and maintenance management system. This is a good idea, especially if the system otherwise is set up so the entire system will refuse to operate when a process sensor is not functioning. Compruebe to find the most functional and accessible location for the computer systems and terminals. Everyone with a permanent office who needs a personal computer (PC) should have one. Operators need a PC to prepare, send, and receive emails, assignments, and reports. Supervisors need PCs to monitor processes, lab results, maintenance activities, pretreatment monitoring programs, and budget status. Operators responsible for these activities and programs need PCs to record their activities and communicate with supervisors. Many field and maintenance crews use portable laptop computers to receive work orders, follow maintenance procedures, and record completed maintenance tasks. These crews need access to PCs to receive task assignments and to report tasks completed. PCs are needed in a warehouse o corporation yard to manage the spare parts inventory and to replenish spare parts when necessary. Some operators use PDAs (personal digital assistants) o handheld computers, which can function as cellular phones, fax senders, Internet browsers, and personal organizers. With these dispositivos, operators can be in the field collecting data and, by use of wireless technology, transmit the information directly to everyone on the computer network. When Instaleing any computer program, be sure to Compruebe to see that it is doing what you expect it to do. A good Compruebe when using statistical packages is to put some numbers into the computer and then ask the computer to calculate the mean. Take the same numbers and calculate the mean manually. If the answers are not the same, try to ilustración out why. The same procedure should be applied to process control guidelines and chemical dosages. Personally calculate SVIs, sludge ages, F/Ms, MCRTs, and chemical dosages and compare these values with those calculated by the computer.

Once calculations are verified during Instaleation they should not have to be Compruebeed repeatedly.

If you are going to use a computer for process control, you must verify every instruction the computer gives the plant by actual observations in the field. Many plants have used two-way radios to compare computer instructions with plant responses. One operator watches the computer generate instructions while another operator is outside in the plant watching when and how the plant facilities respond to the computer's commands. You must make sure that when the computer tells the plant to adjust o close valve number 175, the operation is actually performed on valve 175 and not valve number 157. If the computer calculates a specific waste activated sludge pumping rate, be sure the corrija pump comes on and pumps at the corrija rate. You can protect your computer from the damages of stray power fluctuations through use of a surge protector. A good surge protector Educación a distancia – Página 16

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will even out the amount of power reaching the computer. What happens to a computer system when a disaster occurs and your plant loses its electric power? What happens if the standby generator will not perform o there are no provisions for standby power? You can really have a disaster.

There are several precautions that can be taken before a disaster occurs. First, provisions must be made during the design of a plant for the plant to function without power. This is one place where an operator can provide good advice at the plan review stage. Important plant facilities must have provisions for manual operation if at all possible. Some standby power systems will provide only enough power to operate critical pumps and provide minimal treatment. This is where an operator must know how to operate a plant manually without instrumentation, controls, and computers. You can do it if you know how and why your plant works.

5.4.- Sistemas Scada (SKAY-dah) SCADA viene de Supervisory Control And Data Acquisition system (Control de supervisión y sistema de adquisición de datos). Es una alarma monitorizada por ordenador, y un sistema de respuesta, control, y de adquisición de datos usado por los operadores para supervisar y para ajustar los procesos de tratamiento y las instalaciones. Un sistema SCADA recoge, almacena, y analiza la información sobre todos los aspectos de la operación y del mantenimiento, transmite señales de alarma cuando es necesario, y permite controlar fácilmente las alarmas, el equipo, y demás procesos. SCADA proporciona la información que los operadores necesitan para solucionar problemas de menor importancia antes de que se conviertan en incidentes importantes. Haciendo las veces del centro de la planta de aguas residuales, el sistema permite que los operadores aumenten la eficacia de la instalación de aguas residuales manteniéndolos totalmente informados y al mando. En las aplicaciones de aguas residuales, los sistemas SCADA monitorean los niveles del agua, las presiones, los flujos, y también controlan el funcionamiento de las bombas, de las válvulas, y de las alarmas. Supervisan la velocidad del motor y las corrientes, la temperatura, el pH, los niveles de oxígeno disuelto, y otras instrucciones de funcionamiento, y proporcionan control cuanto es necesario. SCADA también registra las funciones y las tendencias de las señales análogas y supervisa el tiempo de funcionamiento del equipo en vista a las funciones de mantenimiento. Las funciones de los sistemas SCADA incluyen la supervisión de la recolecta de aguas residuales y del sistema de bombeo, el control de la instalación de la planta de tratamiento de aguas residuales, la supervisión de los sensores de desbordamiento de alcantarillados combinados (CSO), y otros usos relacionados. Las funciones de los sistemas SCADA abarcan la recopilación de datos, el almacenamiento de datos para una evaluación conjunta de éstos, la interpretación, y el control del proceso. Un sistema SCADA pude incluir sensores del nivel del agua, de la presión, y del flujo. La información (detectada) medida puede transmitirse por cable, por radio, por línea telefónica, por satélite microondas, o mediante sistemas de comunicación fibroópticos. La información es recibida por un sistema informático que almacena, analiza, y presenta la información. La información puede leerse bajo forma de diales, de lecturas digitales o analizada y trazada bajo forma de esquema. La mayoría de los sistemas SCADA incluyen una imagen gráfica del conjunto del sistema. Además, las imágenes detalladas de las partes específicas del sistema pueden ser examinadas por el operador después de una búsqueda y de las instrucciones proporcionadas por el ordenador. Las información gráfica mostrada en la pantalla de un televisor o de un ordenador pueden incluir información sobre el funcionamiento actual. El operador puede observar esta información, analizarla para examinar las tendencias o determinar si todo está dentro de los límites de operación aceptables, y decidir a continuación si realizar o no algunos ajustes o cambios. Los sistemas SCADA son capaces de

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analizar datos y de proporcionar informes de funcionamiento, de mantenimiento, de regulación e informes anuales. En algunas plantas, los encargados se apoyan en un sistema SCADA para que les ayude a preparar horarios de mantenimiento diarios, semanales, y mensuales, para supervisar el inventario de recambios, para pedir recambios adicionales cuando sea necesario, para imprimir órdenes de trabajo, y para registrar el trabajo finalizado. Los sistemas SCADA también se pueden utilizar para mejorar los programas de ahorro de energía. Por ejemplo, los operadores pueden llevar a cabo los trabajos de gestión de energía rutinarios que permiten ahorros de energía y de almacenamiento el agua antes de entrar en horas punta. En este tipo de sistemas, los medidores de potencia se utilizan para medir y registrar el consumo de energía, pudiendo la información ser revisada por los operadores que revisarán los cambios que puedan indicar problemas en el equipo.

Los procedimientos de emergencia pueden programarse en un sistema SCADA. Los operadores pueden conseguir las respuestas necesarias para hacer frente a diversas situaciones operativas que se podrían dar como resultado de cambios en el tiempo, incendios, o terremotos.

Se pueden supervisar, registrar, y controlar un centenar de elementos a través de los ordenadores.

Estos elementos incluyen el flujo, los alimentadores químicos, los procesos, las alarmas, y el equipo. Las más típicos incluyen: 1. Flujos de entrada.

2. Bombas de entrada.

3. Compuertas y válvulas de control de flujo de entrada.

4. Recolección de muestras de entrada.

5. Desvío de flujos hacia los depósitos de decantación primarios.

6. Bombeo primario del depósito de decantación de lodo.

7. Desvío de flujos a los depósitos de aireación.

8. Depósito de la aireación de oxígeno disuelto.

9. Ajuste del aire/del oxígeno que fluye hasta los depósitos de aireación.

10. Desvío de flujos a los depósitos de decantación secundarios.

11. Bombeo del depósito de decantación secundario de lodo.

12. Bombeo del fango de retorno activado (RAS).

13. Bombeo del fango residual activado (WAS).

14. Proceso de espesamiento del fango residual activado.

15. Temperatura del digestor anaeróbico de lodo.

16. Mezcla del digestor anaeróbico de lodo.

17. Producción de gas del digestor anaeróbico de lodo.

18. Extracción sobrenadante del digestor anaeróbico de lodo.

19. Alimentación de la cloración.

20. Tiempo de contacto del cloro.

21. Alimentación de la sulfonación (desinfección con cloro).

22. Bombas de salida.

23. Recolección de muestras de salida.

24. Proporción de dilución en aguas receptoras.

Muchos de estos elementos tienen tres o cuatro componentes que también pueden ser supervisados y registrados gracias a un ordenador. Los niveles de entrada de agentes químicos pueden ser ajustados por los ordenadores dependiendo de los residuos o de la concentración de las sustancias químicas supervisadas y registradas por los ordenadores. Si la medida del cloro residual es demasiado baja, el ordenador podría aumentar el nivel de entrada del cloro. El ordenador también podía controlar el índice de cambio de un alimentador de sustancias químicas para prevenir grandes fluctuaciones en los niveles de entrada de las sustancias químicas. El abastecimiento de sustancias Educación a distancia – Página 18

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químicas y las concentraciones también podrían controlarse gracias a un ordenador. El proceso del lodo activado puede supervisarse, controlarse y ajustarse mediante los ordenadores. El operador puede proporcionarle al ordenador información esencial como los volúmenes del tanque, flujos, sólidos en suspensión en el licor mixto, y ΜCRT deseada. El ordenador podría realizar los cálculos necesarios y recomendar al operador la tasa deseada de bombeo del fango residual activado (WAS).

El operador compara la tasa de bombeo deseada con la tasa real, analiza las condiciones actuales y las condiciones previstas en la planta y en el efluente, y después selecciona la tasa adecuada de bombeo del fango residual activado (WAS) intentando evitar cambios de más del ±10 por ciento. El ordenador ayuda al operador a supervisar cualquier cambio resultante de esta nueva tasa de bombeo del fango residual activado (WAS) y a partir de ahí, el operador decide si son necesarios algunos ajustes adicionales. Los problemas en el proceso de reparación de averías pueden reducirse mediante el uso de un ordenador. Cuando un proceso acaba mal, el operador puede revisar los datos almacenados en el ordenador. Cuando todo se estaba llevando a cabo correctamente, el ordenador podía trazar tendencias de instrucciones de funcionamiento críticas antes del fallo. Revisando y analizando los datos, el operador puede identificar cuál fue el primer fallo y su causa probable. Una vez que las causas han sido identificadas, pueden corregirse, prevenirse o minimizarse de cara al futuro. Los ordenadores son muy útiles en las tareas de supervisión, funcionamiento, mantenimiento, y reparación de averías del equipo. La información recogida en una bomba de entrada podría incluir la temperatura, RPMs, la información sobre la vibración, las horas que la bomba ha estado en funcionamiento, la situación de la bomba (en funcionamiento o en espera (disponible para el bombeo)), engranaje en ángulo recto, y condición del equipo auxiliar (lubricación y bombas de aceite). Se podrían recoger información similar para las demás partes y piezas de la planta. Los ordenadores se utilizan para supervisar los sistemas de alarma, registrar las alarmas, exponer situaciones de alarma hasta que éstas sean reconocidas, y después mantener la exposición visual del estado de alarma hasta que el problema haya sido corregido. El sistema de distribución eléctrica de la planta puede ser supervisado. Si se va la luz por un período corto de tiempo (menos de siete minutos, por ejemplo), el ordenador puede reiniciarse y restaurar todo el equipo al nivel de funcionamiento existente antes del apagón. Sin embargo, sólo se le debe permitir a los operadores determinar si reiniciar las bombas de entrada y de salida y la secuencia de reinicio de las bombas. Se debería proveer a los operadores con sistemas informáticos que les permitan preparar sus propias pantallas de visualización en el ordenador. Por ejemplo, la pantalla principal podía ser un organigrama de la planta que muestre los flujos de aguas residuales y de sólidos entrando y saliendo de cada proceso del tratamiento. La información de funcionamiento crítico podría exhibirse con cada proceso. Las pantallas detalladas podrían conseguirse fácilmente para cada proceso y cada parte del equipo. La información sobre la pantalla podría codificarse por colores, cada color indicando si una bomba está funcionando, preparada, no disponible, si ha dado error, o si una válvula está abierta, cerrada, en movimiento, no disponible o si ha dado error. El ordenador utiliza el error para informar al operador de que hay algo incorrecto en la información, en la señal o las instrucciones que el ordenador está recibiendo y que la señal no es lógica con respecto al resto de la información disponible en el ordenador. Por ejemplo, si un motor no está recibiendo energía, el motor no puede estar funcionando aunque el ordenador reciba una señal afirmando que sí lo está. El operador puede hacer que un ordenador muestre un resumen de todas las condiciones de alarma en una planta o en un área particular de la planta. Si una señal de alarma está parpadeando, ésto indica que la alarma no ha sido vista por el operador. Cuando una alarma no esté parpadeando, la alarma permanecerá encendida hasta que se ponga remedio a la situación. Además la pantalla podría mostrar tipos de alarmas particulares como las alarmas de prioridad, lo que quiere decir que el problema requiere atención inmediata. Los ordenadores pueden programarse para que impriman o muestren un registro diario de la planta cada 24 horas. La información podía incluir medidas totales o medias así como valores máximos y mínimos. También podrían incluirse los valores calculados. En resumen, los operadores necesitan determinar lo que quieren que los ordenadores Educación a distancia – Página 19

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hagan. Una vez que los operadores aprenden las ventajas y las limitaciones de los ordenadores, el uso de ordenadores se volverá más frecuente. Las decisiones críticas en relación con el control del proceso y el funcionamiento de la instalación siempre serán tomadas por los operadores en base al análisis y a la interpretación de la información proporcionada por los ordenadores. Los operadores siempre serán necesarios para determinar si los sólidos en suspensión en el licor mixto parecen aceptables, para saber si un bomba suena correctamente, y para oler las aguas residuales entrantes y el equipo para determinar si se están produciendo cambios inesperados o no identificados. Las plantas de tratamiento de aguas residuales siempre necesitarán operadores que estén atentos, con la formación adecuada, con experiencia y que conozcan la planta.

CONCLUSIONES 1. Los ordenadores pueden ahorrar tiempo y dinero y aumentar la eficacia.

2. Los ordenadores pueden ayudar a los operadores a hacer un mejor trabajo en muchas áreas de la instalación. Las áreas específicas incluyen: • análisis de los resultados del laboratorio .

• mantenimiento del equipo.

• supervisión del tratamiento previo.

• control del proceso.

• generación de informes.

3. Los programas informáticos y el hardware deben comprarse una vez que hayan quedado claras las tareas a realizar.

4. Los ordenadores no pueden y no dirigirán totalmente la planta. Podrían llegar a proporcionar un sentimiento de seguridad permanente que podría empujar a los operadores a hacer un trabajo peor.

5.5.- Control eléctrico básico y reparación de averías Gestión de sistemas eléctricos La gestión de sistemas eléctricos es el proceso por el cual un equipo de gestión de instalaciones se asegura de que una planta o un edificio recibe una fuente de energía suficiente y fiable con el nivel de calidad exigido. Este proceso también incluye el intentar obtener esa energía al menor precio posible para un servicio concreto. Hasta hace poco, el principal objetivo de la gestión de sistemas eléctricos era garantizar la operación ininterrumpida de los sistemas de iluminación, de proceso, y ambientales.

El enfoque “luces, acción” nació durante los últimos años del siglo XIX y a principios del siglo XX, cuando el consumo de energía estaba dominado por las cargas lineales. Sin embargo, durante los últimos años, las cargas no lineales como los motores a velocidad variable, los controladores lógicos programables, y otros equipos electrónicos han proliferado. Comparadas con las cargas lineales, las cargas no lineales son mucho más sensibles a la sobretensión, a la subtensión, y a otras averías que de siempre han existido en la línea eléctrica de uso general. Estas averías rutinarias pueden problemas que van desde los malos funcionamientos del equipo de pequeña importancia hasta costosas paradas del sistema y daños al equipo. Además, los dispositivos no lineales pueden crear sus propias averías de energía, que a su vez causan problemas en otras partes de la instalación y que pueden retroactuar sobre el sistema de distribución para uso general.

Para determinar si el servicio eléctrico de una instalación es suficiente para la carga administrada, es necesario que los directores de planta lleven a cabo un perfil de carga de la instalación. El perfil dará al equipo directivo un conocimiento completo de cómo el consumo de electricidad de una

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instalación varía por hora, diariamente, y estacionalmente. Una manera de identificar modelos de consumo de electricidad es mediante el análisis del gráfico de demanda de una instalación. Las plantas eléctricas suelen guardar los expedientes según la demanda de kilovatios (o KVA) producida en intervalos de entre 15 a 30 minutos para permitir la identificación y la facturación ulterior para la demanda máxima establecida durante el período de la facturación. Alternativamente, el sistema de medición de la planta puede incorporar registros de impulso electrónico que transmiten y registran información similar sobre una cinta magnética. Estos datos pueden recuperarse y utilizarse para crear una gráfica de demanda. Si no hay expedientes sobre la demanda disponibles, la planta debería instalar equipos de grabación de demanda así como modelos de carga para que puedan ser analizados. La tensión de explotación también debería examinarse para determinar si se necesitan tomar medidas para la regulación de la tensión.

Seguimiento de la calidad de la potencia Cuando se sospeche que haya problemas con la calidad de la potencia, el encargado de la instalación debería iniciar una inspección sobre la calidad de la potencia de la planta para determinar si los problemas del equipo son atribuibles a las operaciones de uso o a las condiciones dentro de la instalación. La inspección debe ser completa, incluyendo exploraciones por infrarrojos del sistema eléctrico, incluyendo el cableado y las conexiones, de la puesta a tierra, de los armarios del equipo, de los transformadores, del equipo de acondicionamiento energético, y de los paneles paneles principales y secundarios de disyuntores. Es recomendable supervisar varias ubicaciones, incluyendo los lugares problemáticos como los transformadores, las entradas de servicio, y otras áreas sospechosas. La supervisión puede ser llevada a cabo por el personal interno calificado o con la ayuda de demás personal o de ingenieros asesores. Antes de comenzar con la inspección, los directores de planta deben establecer los límites aceptables para el equipo sensible. Se muestran algunos umbrales estándar a continuación. Éstos pueden modificarse dependiendo de la sensibilidad del equipo: • • • • • • • • • •

Tolerancia de frecuencia: 0. 1 Hz. Incremento del voltaje: del 5 al 10 por ciento por encima del valor nominal.

Descenso del voltaje: del 10 al 15 por ciento por debajo del valor nominal.

Impulso: dos veces el valor nominal del voltaje.

Voltaje neutro-tierra: de 2 a 5 V. Impulso neutro-tierra: una vez el valor nominal del voltaje.

Ruido de alta frecuencia: 5 V. Interferencias radiofrecuencia: 3 V/m.

Temperatura: las temperaturas altas y bajas dependen de la aplicación: la frecuencia de cambio no debería superar los 10°F (5°C) por hora.

Humedad: alta (70 % de humedad relativa), baja (de 30 a 40 % de humedad relativa), la frecuencia de cambio no debería superar en 20 % de humedad relativa por hora.

Corrigiendo los problemas de calidad de la potencia Hay varios tipos de soluciones disponibles para proteger el equipo sólido, sensible a la potencia interferente; la mayoría son simples y baratos. Además, las averías pueden prevenirse acondicionando la fuente de alimentación para allanar la onda sinusoidal. Teniendo en cuenta que el acondicionamiento del equipo es costoso, se recomienda solamente para aquellos usos que requieren la potencia más alta.

Cableado y toma de tierra Según el Instituto de Investigación de Potencia Eléctrica, aproximadamente el 80% de problemas Educación a distancia – Página 21

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con la calidad de la potencia en las instalaciones comerciales e industriales pueden rastrearse hasta las plantas: tomas de tierra incorrectas, cableado inadecuado, conexiones sueltas, y la acumulación de polvo y tierra resultantes de un mantenimiento de mala calidad. La importancia de una buena toma de tierra de baja resistencia no debe acentuarse demasiado, ya que los sistemas sólidos dependen de la toma de tierra para funcionar y para disipar la potencia perdida que podría causar daños en el caso de quedar dentro del circuito. El cableado adecuado y la toma de tierra apropiada constituyen la prevención y solución más barata para los problemas de calidad de la potencia.

Además, se debería tener especial cuidado en darle el tamaño adecuado a los transformadores internos y a los conductores que suministran la energía a los rectificadores controlados de silicio (SCR). Es imprescindible que el circuito que suministra la energía a un SCR esté cualificado según las recomendaciones del fabricante, del NEC (Código Nacional de Electricidad) y del IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). Los SCR tienen potencial para afectar seriamente la distorsión armónica total de un sistema eléctrico. El uso de transformadores de aislamiento puede ser necesario para prevenir la exportación de las distorsiones en toda la instalación.

Esquema de los problemas de potencia 10

10

YES, NO, Is this new equipment?, Have there been any changes or additions?, Can you correlate the problem with other activity?, Can you correlate problem to a utility activity?, Can the problem be traced to the software or hardware?, Is equipment sensitive to other loads on the same circuit?, Are the wiring and grounding correct?, Is the voltage at the equipment within specifications?, Can you determine the type of disturbance affecting the equipment?, Call the manufacturer, Change to a different circuit, Correct the wiring and ground in accordance with NEC, Consult a Power Quality Specialist, Consult a Power Conditioning Specialist, Call your utility Rep: SÍ, NO, ¿El es nuevo equipo?, ¿Ha habido algún cambio o adición?, ¿Puede usted relacionar el problema con otra actividad?, ¿Puede relacionar el problema a una actividad de la empresa?, ¿Puede relacionarse el problema al software o al soporte físico?, ¿El equipo es sensible a otras cargas en el mismo circuito?, ¿Son el cableado y la puesta a tierra correctos?, ¿Está el voltaje del equipo dentro de los límites especificados?, ¿Puede determinar el tipo de problema que afecta al equipo?, Llame al fabricante, Cámbiese a un circuito diferente, Corrija el cableado y la toma de tierra de acuerdo con el NEC, Consulte un especialista de calidad de la potencia, Consulte a un especialista del condicionamiento de la potencia, Llame a su representante de la empresa.

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(Robert C. Rosaler, 2004) Circuitos dedicados La mayoría de las perturbaciones eléctricas bajo forma de ruido (distorsiones con frecuencias por encima de los 5 kHz) se generan dentro de la propia planta. En consecuencia, un método eficaz para proteger un equipo crítico o altamente sensible es localizar el equipo en su propio circuito aislado para protegerlo de las perturbaciones energéticas causadas por el equipo cercano. Los circuitos dedicados también evitan que un circuito se sobrecargue conectándolo directamente a la fuente de la energía y restringiendo su acceso a ésta.

Supresores de picos Los supresores de picos reducen la amplitud de picos de voltaje hasta niveles seguros y pueden eliminar muchos cambios bruscos en el voltaje. Se trata de los dispositivos protectores más simples y menos costosos; sin embargo, su capacidad depende de la calidad del supresor. Se debe prestar especial atención a la nomenclatura específica de una unidad antes de su instalación. La capacidad de atenuación de algunas unidades es mínima. Algunos supresores poseen una luz de diagnóstico para indicar que el dispositivo ha sido alcanzado por una sobretensión pero que todavía está funcionando.

Transformadores de aislamiento Los transformadores de aislamiento filtran hacia fuera el ruido y la distorsión procedentes del resto del equipo o de la energía entrante. No pueden, sin embargo, proteger de otros tipos de perturbaciones como las sobretensiones.

Reguladores de tensión Los reguladores de tensión mantienen una tensión relativamente constante protegiendo de sobretensiones y subtensiones gracias a medios mecánicos o electrónicos. Esta opción es más costosa que las expuestas anteriormente, pero tiene un coste medio tratándose de un dispositivo de mejora de energía.

Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) Los UPS protegen de los apagones por un tiempo limitado y perturbaciones energéticas exteriores.

Los sistemas UPS suelen estar formados por un rectificador/cargador, un banco de baterías, un inversor estático y un interruptor automático de puente o manual. La corriente continua se suministra al inversor por medio del rectificador o las pilas y acumuladores, y se convierte en corriente alterna, que finalmente se suministra al equipo.

Hay dos tipos de diseños de UPS. A un UPS en línea se le suministra energía de manera continua y proporciona una potencia de salida limpia. Proporciona protección contra todos los problemas de calidad de la potencia, incluyendo apagones momentáneos. La protección contra apagones continuos depende del tamaño del banco de baterías. Los UPS en línea suelen tener la capacidad para cambiar de fuente de energía alterna si falla algún componente del UPS. En los UPS fuera de línea, la fuente eléctrica está conectada directamente a la carga; el UPS sólo se utiliza durante los apagones de corriente alterna. Avisa al usuario de que se ha producido un apagón y de que la fuente de energía es ahora la batería, que durará alrededor de 5-15 minutos. El diseño fuera de línea no protege contra sobretensiones, subtensiones, u otras anormalidades, aunque algunos modelos integran algunas características en línea que funcionan cuando la unidad está Educación a distancia – Página 23

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conectada en línea. Los UPS fuera de línea son más adecuados para las cargas pequeñas (hasta 1,5 kVA) que pueden tolerar los milisegundos de tiempo de conmutación necesario cuando se interrumpe la fuente de alimentación.

Generadores-motores eléctricos Un generador-motor eléctrico usa un motor impulsado por un suministro público de electricidad para hacer un generador de corriente alterna o de corriente continua que, a su vez, produce energía eléctrica para la carga protegida. En consecuencia, la carga protegida queda aislada eléctricamente del suministro público de electricidad. Un generador-motor eléctrico es capaz de funcionar incluso cuando se producen sobrecargas; durante los apagones proporciona amortiguación para evitar oscilaciones a la salida. Si está equipado tanto para la corriente alterna como para la continua, un generador-motor eléctrico también puede cargar las pilas y acumuladores de un UPS que suministre energía durante un apagón durante el tiempo de carga de la batería (generalmente durante un tiempo suficientemente largo como para permitir un correcto apagado de los ordenadores y de los sistemas de tratamiento de la planta). Los generadores-motores eléctricos poseen menos eficiencia energética, son más costosos que los reguladores de potencia, y requieren mantenimiento; sin embargo, proporcionan una protección más completa.

UPS con generador de diesel Estos sistemas combinan los UPS en línea con la generación de reserva para proporcionar una fuente de energía completa y limpia durante apagones prolongados. Un banco de baterías mantiene los ordenadores y los procesos en funcionamiento hasta que el generador se conecte en línea.

Interruptores estáticos de transferencia automática Los interruptores estáticos de transferencia automática proporcionan una alternativa a la protección completa de los UPS si a una instalación se le suministra electricidad por dos fuentes sincronizadas de suministro público. Cuando la fuente de alimentación a un punto de alimentación se interrumpe, la carga se transfiere automáticamente al segundo punto de alimentación sin afectar al equipo.

Gestión de riesgos La mayoría de los problemas de calidad de potencia pueden corregirse o evitarse llevando a cabo medidas simples. Una buena gestión de riesgos exige gastar únicamente lo necesario para evitar pérdidas catastróficas de datos y/o del equipo. En la mayoría de los casos, los equipos de acondicionamiento de potencia costosos son innecesarios; unas medidas básicas de mitigación (por ej. , reinstalar el cableado o la toma de tierra) serán suficientes. Al aumentar nuestros conocimientos sobre los problemas de calidad de la potencia, las oportunidades educativas para los equipos de gestión de las instalaciones también aumentan. Muchas plantas, asociaciones industriales, y universidades ofrecen planes de estudios diseñados para ayudar a los participantes en el diagnóstico de problemas de potencia y en la identificación de soluciones prácticas y rentables.

Estructuras de tasas generales Las estructuras de tasas generales sientan las bases para la remuneración de los servicios públicos energéticos y la demanda local. El conocimiento de las opciones disponibles y de las tarifas horarias correspondientes son fundamentales para desarrollar una buena estrategia directiva. Esta sección describe los conceptos básicos y los términos relacionados con el diseño de tarifas de uso público y resume algunas estrategias para controlar el consumo y reducir costes. Las estructuras de tasas generales son contratos generalmente complejos adaptados individualmente a los diversos perfiles, a los métodos generadores de energía, al fuel y a las fuentes de energía. Las tarifas también se ven influenciadas por la distancia entre las centrales eléctricas públicas y el usuario, lo que afecta los costes de transmisión de la electricidad. Ya que es imposible definir una tarifa horaria general, la Educación a distancia – Página 24

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responsabilidad recae sobre el director de planta para que éste se familiarice con las tarifas generales de la compañía de electricidad que abastece cada instalación. Los representantes públicos ayudarán al personal de la planta con la interpretación de las tarifas horarias.

Carga de energía y prima de potencia Las tasas por servicios públicos eléctricos tienen dos componentes principales: la carga de energía y la prima de potencia. Las cargas de energía se basan en la cantidad de energía consumida, medida en kilovatios-hora (KVH), durante el período de facturación. La prima de potencia se basa en la demanda máxima del cliente, medida en kilovatios (kW), durante un período específico, generalmente mensual o durante intervalos específicos cuando se experimenta la mayor demanda (demanda máxima). La prima de potencia está diseñada para compensar a una empresa de servicio público por los gastos de capital y de funcionamiento requeridos para cubrir la demanda de los clientes. La demanda de kilovatios se define como el índice medio de energía extraída de la empresa proveedora de servicios para el uso general durante un tiempo específico (generalmente 15 o 30 min). La prima de potencia también varía dependiendo de la estación. La mayoría de las empresas públicas experimentan una demanda máxima durante los meses de verano, cuando el uso del aire acondicionado es alto. Otras empresas proveedoras experimentan su demanda máxima durante los meses de invierno, cuando la calefacción eléctrica es la carga dominante. En un intento por imponer cierta uniformidad de cargas a lo largo del año, las empresas también pueden imponer una sanción por demanda. Por ejemplo, una empresa que tiene su punto álgido en verano puede aplicar una prima de potencia establecida durante el verano (período A) como una prima de potencia mínima durante el invierno (período B). Esta fórmula de facturación suele recibir el nombre de trinquete (ratchet).

Reducción de la demanda Dado que los costes energéticos afectan a los resultados netos y a la capacidad competitiva, cada director u operador de planta debe desarrollar un plan para controlar o para reducir la demanda. La demanda de una instalación tiene dos componentes: la carga base y la carga variable. La carga base, que es bastante constante, representa el servicio eléctrico necesario para mantener las condiciones y la comodidad de las instalaciones (por ej., iluminación y calefacción, ventilación y aire acondicionado). La carga variable, que se sobrepone a la carga base, depende de la actividad económica de la instalación, del tiempo, y de otras variables. La reducción de la carga base puede alcanzarse llevando a cabo programas para optimizar la eficacia de la iluminación, de los motores, de la calefacción, ventilación y aire acondicionado, procesos y otros sistemas. La reducción variable de la carga se puede obtener de varias maneras. Al evaluar diferentes estrategias, se deberían tener en cuenta la estructura de tasas generales, el sistema eléctrico de la instalación, y su relación con las operaciones. Algunas estrategias potenciales incluyen:

• Inhibir la operación simultánea de grandes cargas (por ej., grandes refrigeradores u hornos de tratamiento térmico) durante el período usado por la empresa para establecer la demanda.

• Cambiar el horario de ciertas operaciones para minimizar su impacto durante el período de • •

demanda máxima.

Generar energía in situ (usando el equipo de emergencia) para abastecer una carga o grupo de cargas durante períodos de alta actividad, evitando así, el establecimiento de una nueva demanda máxima aún más alta.

Almacenar energía durante períodos inactivos y recuperarla durante los períodos de mucha demanda (por ej. , prerefrigeración; almacenamiento termal, como almacenamiento de agua helada o de hielo; o precalentamiento de agua interna u otros líquidos de proceso).

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Tarifas Las tarifas horarias de los servicios públicos suelen diseñarse para estimular el uso de la electricidad durante los periodos fuera de hora punta en las que los costes de generación son más bajos. Por ejemplo, una empresa puede ofrecer tarifas durante los periodos fuera de hora puntra más baratas que durante las horas punta, o pueden ofrecer incentivos, como primas de potencia reducidas, para maximizar la carga durante las horas nocturnas. Esta estrategia de facturación, basada en la hora del día, ofrece a los clientes la posibilidad de reducir substancialmente los costes energéticos reubicando algunas actividades a periodos fuera de las horas punta. Algunas empresas han comenzado estos últimos años a experimentar con otra facturación llamada facturación en tiempo real. Fuera de la tasación en tiempo real, la tarifa puede variar dependiendo de la hora (o intervalos de tiempo aún más pequeños) para reflejar los cambios en el coste marginal de la empresa al producir electricidad a lo largo del día y la noche. Los directores de planta deberían evaluar la facturación en tiempo real cuidadosamente para determinar su rentabilidad para usos particulares; la facturación en tiempo real podría en algunos casos aumentar los costes energéticos de manera significativa.

Gestión de la demanda La gestión de la demanda hace referencia a las medidas tomadas por las empresa para influenciar el nivel o la sincronización del uso de energía de sus clientes para optimizar el uso de ventajas generales ya existentes y posponer la adición de más capacidad de producción. Estas medidas incluyen: • • • •

Incentivos financieros como rebajas y financiamiento barato para impulsar la actualización de los dispositivos o los sistemas de gran eficacia.

Servicios informativos como auditorías de energía, publicaciones, y seminarios para alertar a los clientes de las oportunidades de ahorro energético.

Incentivos tarifarios como tarifas en tiempo real o tarifas según la hora del día para incentivar a los clientes a acortar o a desplazar cargas a las horas punta.

Programas de substitución de combustible para incentivar el uso de un determinado combustible.

Las ventajas principales del cliente al llevar a cabo medidas de gestión de demanda son una eficacia creciente y unos costes energéticos más bajos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las medidas de gestión de demanda también pueden suponer problemas en la calidad de la energía. Por ejemplo, algunos balastos para la iluminación fluorescente pueden causar distorsión armónica. De manera similar, los motores de velocidad variables, aunque muy eficientes, suelen tener efectos perjudiciales para el funcionamiento del equipo cercano que necesita energía limpia porque introducen armónicos y/o ruido en el sistema. Por este motivo, es necesario llevar a cabo una evaluación minuciosa de las características de calidad de la energía de los equipos nuevos y de gran eficacia antes de la instalación.

Corrección del factor de potencia (mejora) El factor de potencia indica el grado con el que el equipo eléctrico de un cliente hace que la corriente eléctrica provista se comporta con la onda sinusoidal del voltaje; es decir, es una medida para saber cuánta potencia reactiva necesita el equipo para funcionar. El factor de potencia se calcula usando las medidas medidas de la cantidad de potencia usada (en kilovatios) y de la cantidad de potencia reactiva usada (en kilovoltio-amperio-kVA). Los factores de potencia más bajos indican el uso de mayores cantidades de potencia reactiva. Para recuperar el coste procedente de haber suministrado una gran cantidad de potencia reactiva, algunas empresas imponen una Educación a distancia – Página 26

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sanción a aquellos clientes con grandes cargas eléctricas. Sin embargo, el incentivo económico para mejorar el factor de potencia es mínimo. Cuando se evalúan las sanciones, pueden no ser lo suficientemente altas como para justificar el coste de la corrección del factor de potencia. Si se desea mejorar el factor de potencia, los procedimientos de corrección individuales incluyen: • Usar equipos de factor de potencia alta como lastres de iluminación de factor de potencia alta y transformadores de distribución.

• Usar motores de inducción casi a plena carga para mejorar el factor de potencia del motor.

• Añadir condensadores en un banco individual con controles automáticos. Sin embargo, añadir condensadores puede provocar perturbaciones en el sistema, como tensión transitoria, resonancia armónica y ampliación transitoria de la tensión. Suele ser mejor evitar problemas de factor de potencia comprando o actualizando el equipo a sistemas que proporcionan un buen factor de potencia, y clasificando todo el equipo, conductores y transformadores incluidos.

Subestaciones del cliente En un intento por reducir los costes energéticos, algunas empresas clientes han optado por comprar las subestaciones de distribución de su empresa local. Esta opción puede reducir costes energéticos hasta un 10 por ciento o más, pero conlleva cierto riesgo dado que la empresa ya no es no responsable de la reparación y del mantenimiento de la subestación. Además de los costes añadidos de reparación y de mantenimiento, el personal de la planta puede encontrar dificultades a la hora de localizar los transformadores de repuesto u otras piezas cuando haya problemas. Un personal con experiencia en servicio y en mantenimiento podría no estar fácilmente disponible.

5.6.- Sistemas PLC, automatización, telemetría PLC Un controlador lógico programable, PLC o controlador programable es un uso del ordenador digital enfocado a la automatización de procesos electromecánicos, como el control de la maquinaria en las líneas de montaje de una fábrica, atracciones de feria, o accesorios de iluminación. La abreviatura “PLC” y el término “controlador lógico programable (Programmable Logic Controller)” son marcas registradas de la Allen-Bradley Company (Rockwell Automation). Los PLC se utilizan en muchas fábricas y máquinas. A diferencia de los ordenadores para fines generales, el PLC está diseñado para los dispositivos de entrada y de salida, gamas de temperatura amplias, protección contra el ruido eléctrico, y resistencia a la vibración y a los impactos. Los programas para controlar el funcionamiento de las máquinas suelen almacenarse en una batería de respaldo o memoria no volátil. Un PLC es un ejemplo de sistema de tiempo real duro ya que los resultados de salida deben producirse como respuesta a condiciones de entrada en un tiempo determinado, si no, dará lugar a funcionamientos inesperados. 11

11 PROGRAM, MEMORY, ADDRESS, REAL WORLD, INPUT/OUTPUT, DATA, CONTROL, CENTRAL PROCESSOR UNIT, The structure of a PLC is based on the same principles as those employed in computer architecture: PROGRAMA, MEMORIA, DIRECCIÓN, MUNDO REAL, ENTRADA-SALIDA, DATOS, CONTROL, UNIDAD DE PROCESO CENTRAL, La estructura de un PLC se basa en los mismos principios que los empleados en la arquitectura de un ordenador.

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Telemetría La telemetría es un proceso altamente automatizado de comunicación por el cual las medidas se llevan a cabo y los datos se recopilan en puntos remotos o inaccesibles y se transmiten al equipo receptor para su posterior supervisión. La palabra proviene de las raíces griegas: tele = remoto, y metron = medida. Los sistemas que requieren instrucciones y datos externos para funcionar también requieren un sistema de control remoto, equivalente a la telemetría. Aunque el término suele hacer referencia a mecanismos de transferencia de datos inalámbricos (por ej. sistemas de radio, o sistemas hipersónicos e infrarrojos), también se refiere a los datos transferidos por otros medios como una red telefónica o de ordenadores, un vínculo óptico u otros medios de comunicación alámbricos como la telecomunicación por corriente de fase. Muchos sistemas modernos de telemetría aprovechan el bajo coste y la ubicuidad de las redes GSM usando SMS para recibir y para transmitir datos de telemetría.

La telemetría es importante en la gestión de aguas residuales, incluyendo la calidad de las aguas residuales y las funciones que calibran la corriente. Los usos más importantes incluyen AMR (lectura de contador automática), supervisión de equipo, detección de escapes en tuberías de distribución y vigilancia del equipo. El tener datos disponibles casi en tiempo real permite una reacción rápida frente a aquellos problemas que podrían surgir.

5.7.- Sistemas de distribución de energía Cuanto mayor es una planta, más importante es su sistema de distribución eléctrico. Éste debe ser Educación a distancia – Página 28

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capaz de cubrir las necesidades de todo el equipo eléctrico, desde el punto de entrada del servicio de la empresa eléctrica (o de la planta generadora de electricidad) hasta los terminales de uso del equipo. Si no hay energía eléctrica disponible en el lugar y momento adecuado, la inversión del dueño tanto en la planta e como en su inventario pasa a ser inútil. El mejor sistema de distribución eléctrico para una planta en particular depende de su fiabilidad y flexibilidad. Por ejemplo, si la electricidad que se necesita es para fabricar un producto cuyo diseño cambia con frecuencia, un sistema flexible de cambio fácil será el mejor. Pero, cuando la continuidad del servicio es lo esencial, como en las composiciones de algunos procesos químicos que pueden perderse por culpa de un apagón, será mejor un sistema extremadamente fiable. La flexibilidad y la fiabilidad sólo son dos problemas que afectan a los sistemas de distribución eléctricos. Hay otros, como el coste, que incluyen el coste inicial y el coste de vida útil. La manera en la que un sistema de distribución eléctrico está diseñado, instalado, y mantenido influye considerablemente en casi todos los aspectos del funcionamiento de sistema. Para un funcionamiento óptimo, aquellos que estén implicados en el funcionamiento del sistema de distribución eléctrico requieren al menos comprender a un nivel básico aquellos factores implicados en la generación, transformación, distribución, y uso de la electricidad.

Métodos de servicio principales Existen diversos métodos de distribución usados en los sistemas industriales modernos. En todos éstos, la energía eléctrica es suministrada por un servicio público o una central eléctrica interna que genera un voltaje principal apropiado que pasa a través de un sistema de control y distribución hasta el punto de uso. No existe un único sistema estándar de distribución ya que cada sistema está diseñado para cumplir con unas condiciones específicas. Los factores principales implicados en la elección del sistema depende del voltaje requerido para su utilización y la distancia implicada en la distribución. Dado que la cantidad de plantas ha aumentado en muchas áreas y las plantas se han alejado de los generadores, las empresas han estado utilizando voltajes más altos para poder transmitir electricidad a las plantas. Esta técnica también minimiza las pérdidas en las líneas y proporcionan una buena regulación del voltaje. En consecuencia, muchas empresas están distribuyendo hasta 230 kilovoltios y otras hasta 350 kilovoltios. En muchos casos las tarifas por los voltajes más altos son lo suficientemente bajas como para generar ahorros que compensan los costes más altos de la instalación y que podrían permitir la instalación de una subestación principal en pocos años. Los sistemas que utilizan una fuente principal de energía necesitan un punto por la que esta energía es suministrada y donde se le da una forma útil. El punto de conexión suele ser la subestación de la planta. Si el voltaje principal está clasificado como alto voltaje (34. 500 V y superior), hay probabilidades de que el servicio sea aéreo. En estos casos, el servicio entra en la subestación a través de una estructura aérea que contiene una serie de interruptores de desconexión y de pararrayos. La subestación requiere disyuntores de aceite en cada alimentador. Los transformadores llenos de líquido hacen que el voltaje entrante alcance un nivel más usable y proporcionan un método (cable o bus) para la distribución al panel de conmutación secundario principal.

Subestaciones principales Si el voltaje adquirido puede utilizarse en el sistema principal de la planta sin transformación, el bus principal de la planta puede usarse también en una subestación principal. Las funciones principales de una subestación principal se indican en el ilustración siguiente. Se trata de una disposición simple que cumple los requisitos de muchas plantas de menor tamaño. Aún así, una disposición más compleja será necesaria cuando haya más de una línea entrante, más de un transformador, u otras tantas disposiciones de bus. Para las plantas grandes con grandes cargas en áreas muy lejanas, las subestaciones podrían necesitar alimentadores de transmisión conectados a línea de bus entrante.

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Típica disposición principal de una planta

(Robert C. Rosaler, 2004) Métodos de servicio secundarios Muchas plantas están cambiándose a voltajes más altos para proporcionar energía a gran distancia a través de la planta sin necesidad de pérdidas de línea excesivas o pérdida de regulación. Los voltajes más usados en las nuevas plantas son 480 y 240 V, los 480 V siendo más populares. El mejor voltaje secundario total es 480 V. Cuesta menos y produce menos pérdidas de línea y caídas de voltaje. La mayoría de las nuevas plantas utilizan una distribución de carga central, con subestaciones unitarias cercanas a las cargas y la distribución principal llevándose a cabo con 2400, 4160, o 13. 800 V. El voltaje de distribución principal entre la subestación principal y el centro de carga debería elegirse teniendo en cuenta la cantidad de carga y la distancia a recorrer.

Generalmente, se usan 4160 V para cargas inferiores a 10. 000 VA y 13,8 kV para cargas por encima de 20. 000 VA. Para cargas comprendidas entre los 10. 000 y los 20. 000 VA, se utilizan 4160 V cuando la disposición de planta es compacta y 13,8 kilovoltios para disposiciones largas.

El método estándar para recibir y distribuir energía secundaria es a través de sistemas radiales.

Sistemas radiales Sistemas radiales simples convencionales. Un sistema radial simple convencional recibe energía del suministro de la empresa. El voltaje se reduce a un nivel utilizable gracias a un transformador.

Dado que la carga completa del edificio se abastece de una sola subestación entrante, puede sacarse partido de la diversidad de cargas; la potencia del transformador instalado puede minimizarse. Las desventajas de estos sistemas incluyen una mala regulación del voltaje y una mala fiabilidad del servicio.

Sistemas radiales modernos de carga central simple. El sistema radial moderno de carga central simple suministra energía entrante en la tensión principal a los transformadores de potencia central situados en las áreas de carga del edificio. Estos transformadores reducen el voltaje hasta niveles de uso. Cada transformador debe tener bastante capacidad para poder manejar la punta de carga de su área específica de carga. Los requisitos de capacidad de los transformadores combinados, por lo tanto, podrían superar los de un sistema radial simple convencional. Esta estrategia da lugar a pérdidas reducidas, regulación de voltaje mejorado, coste reducido de los circuitos de alimentación, todo ello, sin necesidad de grandes disyuntores de alimentación de baja tensión.

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Subestaciones unitarias Una subestación unitaria contiene una o más secciones para cada uno de los tres componentes principales. Una sección principal proporciona la conexión de entrada de los circuitos de voltaje medio y alto, generalmente con dispositivos protectores de desconexión y del circuito como es el caso de los interruptores y de los disyuntores. Una sección de transformador que incluye uno o más transformadores. Una sección de cuadro de distribución secundaria proporciona la conexión de los alimentadores de distribución secundarios, cada uno con una conmutación protectora del circuito y un dispositivo de interrupción. Las secciones de la subestación unitaria suelen ser subconjuntos parciales diseñados para una conexión de campo en una sola unidad integral. Todos los tipos están disponibles para usos en interiores y al aire libre y se describen totalmente en los catálogos de los fabricantes. Las subestaciones unitarias pueden ser de terminación única, alimentadas por un punto de distribución único principal, o de terminación doble, alimentadas desde cualquier terminación por un punto de distribución único dividido. Las subestaciones de dos terminaciones suele estar diseñadas para que cualquier transformador pueda asumir dos tercios de la carga en caso de que falle un alimentador principal. Esto se logra mediante la inclusión de un disyuntor no automático generalmente abierto en la alineación del tablero de distribución. El uso de subestaciones de dos terminaciones en las plantas industriales aumenta la fiabilidad del sistema y permite un funcionamiento parcial en el caso de apagones parciales. Los encargados de la instalación deben tener un plan para la descarga inmediata de cargas no esenciales antes de cerrar el disyuntor no automático. Este plan permitirá que los procesos básicos sigan funcionando durante el apagón.

Tensión del sistema. La clase de tensión de distribuciones principales y secundarias se llama tensión de sistema nominal. Este término identifica la tensión básica que se usa normalmente, por ejemplo 120/208 o 277/480 V. La tensión real de cada sistema nominal puede sufrir una variación leve como 125/216 o 265/460 V. Cada empresa de servicio público utiliza su propio sistema secundario. Cuando una planta compra o genera energía principal, la tensión secundaria puede fijarse muy cerca de la intensidad nominal del sistema.

Las tensiones de sistema nominal más frecuentes se exponen a continuación: • 120 V. Sistema de fase única y de cableado doble. Utilizado para las tomas de corriente habituales e iluminación incandescente.

• 120/240 V. Sistema de fase única y trifilar. La tensión nominal entre conductores bifásicos es de 240 V. La tensión nominal para cada conductor de fase a tierra es de 120 V; utilizado para el equipo de energía, las tomas de corriente, los procesos eléctricos de la calefacción, y en algunos casos, iluminación de descarga de alta intensidad.

• 240 V. Sistema trifásico, trifilar, en triángulo, con 240 V entre los conductores de fase y sin conductor de tierra o neutral. Utilizado en motores y cargas trifásicas de energía. Este sistema está siendo substituido gradualmente por el sistema (más moderno) 120/208-V con toma de tierra neutral.

• 120/208 V. Sistema trifásico, de cableado cuádruple, en estrella, con 208 V entre los cables de fase y 120 V entre la fase y la toma de tierra. Este sistema acepta circuitos monofásicos y trifilares tomados del sistema así como los circuitos monofásicos de 120 V. El sistema suele usarse para todos los tipos de cargas. Recientemente, los grandes edificios se han diseñado para utilizar un voltaje más alto, pero se suele convertir a 120/480 V para las tomas de corriente habituales y para la iluminación incandescente.

• 277/480 V. Sistema de funcionamiento y características similares al sistema 120/208 V para la operación directa de motores, del equipo, y de todas las formas de iluminación de descarga incluyendo la fluorescente. Se requieren transformadores para convertir 277/480 a 120/208 V para las aplicaciones por debajo de este sistema.

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•

4160 ó 2400/4160 V. Utilizado a veces en plantas de gran tamaño para la distribución interna o para el uso directo de la energía en motores con más de 250 cv.

Los sistemas de medio y de alto voltaje no suelen utilizarse para la distribución dentro de los edificios de la planta. En los lugares con varios edificios se puede encontrar una distribución de la tensión más alta entre las áreas de la planta y entre las subestaciones.

Dimensión del conductor y aumento de la carga A los alambres y a los cables se les suele dar un tamaño exacto adaptado a las cargas que sirven. El tamaño de los alimentadores conectados a los tableros de control suelen permitir que los circuitos de repuesto incorporados a estos dispositivos, se consideren medio cargados. Los alimentadores que suministran a cargas agrupadas suelen tener cierta carga adicional porque están protegidos contra las sobrecargas por la diversidad de operaciones del equipo. Se deben llevar a cabo análisis del modelo de uso actual del equipo para determinar la cantidad de exceso de capacidad disponible gracias a esta diversidad. Todos los alimentadores suministrando a la iluminación, a los conectores, o a las cargas de motor están medidas para incluir un factor del 25 por ciento para justificar el calentamiento debido a la carga continua. Este factor debe mantenerse incluso cuando se desea la carga máxima. La mayoría de los diseñadores modernos sólo utilizan la mitad de la capacidad normal de un circuito durante el diseño inicial; así, un circuito conector 20-A se carga sólo hasta aproximadamente los 10 A en un primer momento. Esta estrategia permite añadir otros 5 A de carga continua.

Toma de tierra El tema de las tomas de tierra en los sistemas eléctricos es amplio y complejo, y lo que sigue no es más que una breve descripción. Las posturas contemporáneas afirman que todos los sistemas eléctricos deben tener una toma de tierra neutral incluida en el sistema. Es imprescindible para la seguridad que todos los elementos metálicos de los sistemas eléctricos estén siempre en tierra. La toma de tierra también debería tener en cuenta que los edificios y el equipo pueden producir una carga estática peligrosa de una magnitud mucho mayor que la que se produce en invierno al caminar sobre una alfombra y al tocar el pomo de una puerta. Para las estructuras o los edificios altos situados en lugares aislados sin otras construcciones alrededor, los rayos pueden suponer un peligro potencial, por lo que debe ser tenido en cuenta.

Sistemas sin toma de tierra Durante muchos años, las plantas industriales confiaron en un sistema sin toma de tierra, esencialmente en un sistema en triángulo sin una toma de tierra neutral. En este sistema, un único fallo fase-tierra no provocaba una parada automática del sistema. Sin embargo, un segundo conductor de tierra desconocido podía causar paradas molestas e incluso que se quemaran dispositivos del equipo no conectados a los circuitos afectados. Esto es sobre todo cierto en los sistemas con los voltajes más altos. Los sistemas sin toma de tierra también plantean el problema de las sobretensiones transitorias causadas por los circuitos conectados a tierra. Por todas estas razones es por lo que hoy en día hay pocos de estos sistemas instalados, y los ya existentes se están cambiando por otros.

Sistemas con toma de tierra Hoy en día podemos encontrar varios tipos de sistemas con toma de tierra en las plantas industriales. Se describen brevemente en los párrafos siguientes.

Sistemas con toma de tierra-resistencia. Los sistemas con toma de tierra-resistencia se caracterizan por una conexión de la resistencia entre el el sistema neutral y la toma de tierra. Este sistema

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introduce impedancia en la trayectoria de la toma de tierra que tiende a limitar la intensidad de corriente en la toma de tierra. Esta técnica también limita las sobretensiones causadas por un cortocircuito de contacto intermitente fase-tierra. La resistencia se utiliza para proporcionar una corriente por derivación a tierra que se pueda utilizar para una operación protectora de retransmisión.

Sistemas con toma de tierra sólida. Los sistemas con toma de tierra sólida permiten un control de las sobretensiones mejor que el de cualquier otro sistema, pero las corrientes por derivación a tierra pueden ser más altas. Estos sistemas se utilizan con voltajes de funcionamiento de hasta 600 V. El voltaje fase-neutro bajo reduce el riesgo de bajadas bruscas y peligrosas del voltaje. Una corriente por derivación a tierra ayuda a conseguir un funcionamiento óptimo de los dispositivos protectores para sobrecorriente a fase.

Toma de tierra del equipo La toma de tierra del equipo es proporcionada por un sistema de conductores que se utilizan para mantener las cubiertas metálicas de los dispositivos del sistema eléctrico a potencial de tierra.

Aplicando la toma de tierra del equipo de esta manera, el sistema proporciona seguridad y limita seriamente el riesgo de incendios producidos por las corrientes de cortocircuito proporcionándole una trayectoria simple a la toma de tierra. Este sistema debería inspeccionarse y comprobarse para asegurar un funcionamiento correcto. Por regla general, en un sistema eléctrico seguro todo aquello que pudiera ponerse en contacto con un sistema conectado debe mantenerse a potencial de tierra. Se consigue seguridad adicional dándole al sistema un cable neutro puesto a tierra. Las puestas a tierra del sistema pueden derivar de una puesta a tierra conectada a una tubería de agua fría delante del contador del agua o por un sistema de electrodos de tierra o una combinación de éstos. Se debería establecer un único punto de toma a tierra que debería comprobarse periódicamente. Se debería adoptar una disposición por la cual el sistema neutral debería desconectarse durante las pruebas.

Protección contra fallos y coordinación del sistema La protección contra fallos también es un tema complejo. Los principales tipos de fallos que suelen afectar a los sistemas eléctricos son los cortocircuitos trifásicos, los fallos fase-tierra, y las perturbaciones por derivación a tierra intermitentes. Un cortocircuito empernado trifásico puede causarse por cualquier accidente. Las fluctuaciones instantáneas y las grandes sobreintensidades de corriente en el sistema, junto con las caídas rápidas de voltaje del sistema, hacen saltar el disyuntor o fundirse los fusibles. El periodo de tiempo necesario para que un disyuntor arregle este fallo es de tres a ocho ciclos dependiendo del tamaño del conmutador. Es aquí cuando el diseño del sistema es puesto a prueba, porque el disyuntor se ve forzado a abrir un circuito con una corriente mucho mayor que su propio circuito. Si los grados de interrupción del conmutador se seleccionan correctamente, la solución de los fallos empernados trifásicos es simple. Un fusible sólo funciona durante la primera mitad del ciclo.

5.8.- Motores eléctricos Los motores eléctricos son los controladores más usados en las estaciones de bombeo, sobre todo debido a su flexibilidad, compacticidad, y bajo mantenimiento. La máquina más común es el motor de inducción polifásico (trifásico) en jaula; estos motores varían en tamaño desde menos de uno hasta varios miles de caballos de vapor. Los motores de inducción de hasta 600 kilovatios (800 caballos de vapor) se suelen utilizar para los variadores de velocidades, pero los variadores de mayor tamaño tienden a ser más económicos con un motor de inducido bobinado o un motor

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síncrono. Los motores en jaula de gran tamaño, sin embargo, poseen gran eficacia y los factores de energía los acercan a los motores síncronos pero sin el alto coste. Además, los controles son más complejos para los motores de motor síncrono y de inducido bobinado. Los motores monofásicos se utilizan para controlar pequeñas cargas y no se consideran como controladores en las estaciones de bombeo.

La siguiente información es la que tiene que aparecer como mínimo en las placas de los motores de inducción monofásicos y polifásicos: 1. El tipo del fabricante y denominación del cuadro. Los fabricantes de motores suelen usar el “tipo” para definir si el motor es monofásico o polifásico, de una o varias velocidades.

Los motores con unos caballos de vapor determinados se construyen con un bastidor de un tamaño también determinado. Para la normalización, se ha asignado un tamaño de cuadro para cada motor de potencia integral de modo que las alturas y las dimensiones del eje sean las mismas para permitir que los motores puedan intercambiarse.

2. Caballos de vapor. El eje de transmisión nominal del motor.

3. Servicio nominal. El servicio nominal o servicio define la cantidad de tiempo durante el cual el motor puede llevar a cabo el servicio indicado en su placa sin exceder los límites del diseño. Las motobombas están clasificadas con servicio continuo.

4. Temperatura ambiente máxima para la que ha sido diseñada el motor (por ej. , generalmente 40 o 500C).

5. Denominación del sistema de aislamiento. Clases A, B, F, o H. Las clases de aislamiento están íntimamente relacionadas con la vida útil del motor: El aislamiento de clase A tiene una temperatura límite recomendada de 105 ºC. La clase B va hasta los 130 ºC. La clase F hasta los 155 ºC. La clase H hasta los 180 ºC. -

-

El aislamiento de clase A era el aislamiento estándar usado en los antiguos motores con cuadro en forma de U entre 1952 y 1964. A partir de 1964, los motores con cuadro en forma de T usan el aislamiento B como el aislamiento estándar. Los motores de potencia fraccionarios más comunes usan tanto el aislamiento de clase A o B. La clase B se usa en la mayoría de motores de potencia integral.

Las clases F y H suelen usarse en motores diseñados para palicaciones especiales. Los estándares de aislamiento dan por sentado que el motor está funcionando en su temperatura ambiente correspondiente. La temperatura ambiente es la temperatura del aire que rodea al motor y que también está indicada en la placa. Los motores deberían reemplazarse por motores con la misma clase de aislamiento o con una clase de aislamiento mayor para evitar las reducciones de la vida útil y paradas molestas del dispositivo de sobrecarga del motor.

Cada vez que el motor aumenta 10ºC por encima de su temperatura estándar la vida útil del motor se ve reducida a la mitad.

CLASE

TEMPERATURA DURANTE 20. 000 HORAS DE USO

A

105 ºC

B

130 ºC

F

155 ºC

H

180 ºC

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12

Teniendo en cuenta la ilustración anterior, se pueden comparar los sistemas de aislamiento de la clase A, B, F, y H, todos con temperaturas ambiente de 40 ºC. Se puede ver la diferencia en la temperatura total que pueden soportar. De acuerdo con la temperatura ambiente de la aplicación y las horas de funcionamiento se puede seleccionar una clase de aislamiento que proporcione la mejor vida útil al motor.

Por ejemplo: un motor que funciona a 180 ºC tendrá una vida estimada de solamente 300 horas con un sistema de aislamiento de la clase A. Si se utiliza el aislamiento de la clase B, la vida estimada aumenta a 1. 800 horas. Si se utiliza el aislamiento de la clase F, se pueden conseguir 8. 500 horas de vida útil y con un motor con aislamiento de la clase H la vida útil aumentará a decenas de miles de horas.

6. Protección del ingreso (IP) del motor eléctrico. Mide la capacidad del motor para resistir el ingreso del polvo y del agua. Los objetos, el polvo, o el agua pueden entrar en el motor siempre y cuando no puedan tener ningún efecto negativo sobre su funcionamiento.

Dos números siguen a las letras IP. El primer número define la resistencia al polvo y la segunda al agua. Este sistema de clasificación utiliza las letras “IP” (“protección del ingreso”) seguidas por dos o tres dígitos. (A veces se usa un tercer dígito. Una “x” se utiliza para uno de los dígitos si sólo hay una clase de protección; es decir IPX4 que indica que sólo provee resistencia a la humedad. ) El primer dígito del código IP indica el grado de protección de las personas contra las piezas móviles (a excepción de los ejes de rotación lisos, etc. ) y el grado de protección del equipo contra cuerpos sólidos extraños que puedan entrar en el motor.

12 Insulation Class, INSULATION LIFE (HRS), Average insultation life, Class A, Class B, Class F, Class H, WINDING TEMPERATURE IN °C: clase de aislamiento, VIDA ÚTIL DEL AISLAMIENTO (HORASs), vida media del aislaimiento, clase A, clase B, clase F, clase H, TEMPERATURA DE BOBINA EN °C. Educación a distancia – Página 35

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Sin protección especial.

1

Protección contra grandes partes del cuerpo como manos (pero sin protección para un acceso intencionado); contra objetos sólidos con un diámetro mayor de 55 mm.

2

Protección contra los dedos u otros objetos mayores de 80 mm en longitud y 12 mm de diámetro.

3

Protección contra la entrada de herramientas, cables, etc. , con un diámetro de grosor de más de 1 mm.

4

Protección contra objetos sólidos, con un diámetro de grosor de más de 1 mm.

5

Protección contra una cantidad de polvo que podría interferir en el funcionamiento del equipo.

6

Protección total contra el polvo.

El segundo dígito indica el grado de protección del equipo dentro de la caja de protección contra la entrada dañina de diversas formas de humedad (por ej. goteo, rociadura, inmersión, etc. ): 0

Sin protección especial.

1

Protección contra goteo de agua.

2

Protección contra goteo vertical de agua.

3

Protección contra agua rociada.

4

Protección contra salpicaduras de agua.

5

Protección contra agua proyectada por una boquilla.

6

Protección contra mar gruesa, o chorros potentes de agua.

7

Protección contra la inmersión.

8

Protección contra la inmersión completa, continua en el agua.

Los ejemplos siguientes suponen una clasificación bastante típica de los motores usados para manejar ventiladores de uso general. Las descripciones están abreviadas.

Clase de protección

Protección contra objetos

Protección contra agua

IP44

Objetos sólidos de más de 1mm

Salpicaduras de agua

IP54

Resistente al polvo

Salpicaduras de agua

IP55

Resistente al polvo

Agua con manguera

IPW55

Resistente al polvo

Agua de lluvia

IP56

Resistente al polvo

Fuertes chorros de agua

IP65

Exclusión total del polvo

Agua con manguera

7. Revoluciones por minuto (RPM) con carga total estándar.

8. Frecuencia. 60 hertzios en Norteamérica, 50 hertzios en Europa.

9. Número de fases. Generalmente trifásico para los motores de 0,5 caballos de vapor y mayores, monofásico para menos de 0,5 caballos de vapor.

10. Corriente de carga estándar.

11. Voltaje.

Motores de aceite VS motores de aire Los motores de aceite ofrecen varias ventajas. Debido a la mayor capacidad de transferencia de calor dele aceite frente al aire (aproximadamente 7x) los motores de aceite suelen ser más fríos. El aceite también proporciona lubricante continuo para los rodamientos y las bobinas. Algunos fabricantes afirman que la vibración, o los impulsos de torsión de inicio, de las bobinas hace que el Educación a distancia – Página 36

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aislamiento se desgaste dando lugar a cortocircuitos dentro de los motores. los motores de aceite están diseñados para lubricar las bobinas y para prevenir la degradación de las rozaduras durante arranque. También existen estudios que afirman que los motores de aceite evitan que la humedad entre en el aislamiento higroscópico de las bobinas, lo que es una ventaja ya que el aislamiento tiende a averiarse más rápidamente en ambientes húmedos.

Los motores de aire tienen una pérdida de fricción más baja con respecto a los motores de aceite. Se estima que las pérdidas son de un 1% hasta un 2% menores. Los motores de aire funcionan mejor en aquellas aplicaciones en las que los líquidos están siempre fríos y proporcionan mucha disipación del calor. Si la disipación del calor supone un problema, los motores de aceite llevan la ventaja.

La potencia estándar del motor (Bm) es mayor que la potencia de entrada de la bomba (Bp) por un porcentaje llamado margen de seguridad que tiene en cuenta las pérdidas de transmisión (si existen) desde el motor a la bomba. El margen de seguridad varía entre un 40% y un 10% y es mayor para las bombas de pequeño tamaño y menor para las bombas de gran tamaño. Si se cree que se van a producir variaciones de corriente excesivas, debe seleccionarse la potencia nominal del motor para las curvas de funcionamiento del flujo máximo de la bomba.

Generalmente, la eficacia del motor suele ser de al menos un 85 %. Por lo tanto: Bm= Donde: • • •

Bm = Potencia estándar del motor (kW).

Bp = Potencia de entrada máxima de la bomba (kW).

Em = Eficiencia del motor en un punto determinado de la operación (%).

Pérdida de potencia debido a la ineficien cia del motor y de la bomba 13 (John M. Stubbart, 2006)

13 Electric Motor - Horsepower to Motor, Power Lost Due to Motor Inefficiency, Brake Horsepower to Pump, Power Lost Due to Pump Inefficiency, Water Horsepower to Water, Flow, Power Loss Due to Motor and Pump Inefficiency, Motor Efficiency 82%, Pump Efficiency 67%, Wire-to-Water Efficiency (82%)(67%) = 55%: motor eléctrico - potencia al motor, pérdida de potencia debido a la ineficacia del motor, potencia de freno para bombear, pérdida de potencia debido a la ineficacia de la bomba, potencia del agua al agua, flujo, pérdida de potencia debido a la ineficacia del motor y de la bomba, eficacia del motor del 82%, eficacia de la bomba del 67%, eficacia cable-agua (82%) (67%) = 55%.

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Control de motores de corriente alterna El control de un motor de corriente alterna incluye el arranque y el paro; el control de la velocidad del motor, del esfuerzo de torsión, de los caballos de vapor, y de otras características; y la protección del personal y del equipo.

Tipos de reguladores de arranque de corriente alterna Los reguladores de arranque pueden dividirse en tres tipos (de funcionamiento manual, magnético, y electrónico) y tres categorías (tensión completa/directa, tensión reducida, y de varias velocidades). Los reguladores están formados por un contactor para cambiar la carga eléctrica y un relé de sobrecarga que protege el motor.

Consideraciones a tener en cuenta para la elección del control de motor La selección de un sistema de control de motor específico también requiere que se tomen en cuenta varios factores. Dependiendo del tipo, del tamaño, y del uso del motor y de las características particulares de la carga, la selección del control de motor pueden ser sencilla o compleja.

Consideraciones especiales. La selección del sistema de control de motor apropiado también implica otros factores claves. Éstos incluyen el arranque manual o automático, los requisitos de arranque previstos, el funcionamiento continuo o intermitente, y las funciones especiales, si existen, necesarias durante el funcionamiento. Además de estas funciones especiales, se debe prestar atención a los requisitos que especifican la necesidad de invertir la dirección o de detener el motor, y los tipos y cantidad de dispositivos protectores necesarios para asegurar un funcionamiento apropiado y continuo.

Reguladores de arranque manuales Los reguladores de arranque manuales suelen usarse en motores pequeños para usos que requieran arranques poco frecuentes. Por lo general, las observaciones aplicables a los controles magnéticos también lo son para los controles manuales.

Arranque en tensión completa. Los reguladores de arranque manuales de tensión completa proporcionan un control directo para aquellos usos que no necesiten control remoto y que permitan un reinicio automático.

Arranque en potencia fraccional. El interruptor de arranque manual más sencillo es el conmutador monopolar o bipolar de potencia fraccional que consiste en un mecanismo de encendido/apagado rápido. Este método suele aplicarse a los motores monofásicos con estándares de hasta 1 cv (0. 75 kW) como máximo de 120 o 240 V, donde sólo se necesitan arranques y paros poco frecuentes.

Reguladores de arranque magnéticos Arranque magnético trifásico. Los reguladores de arranque magnético trifásicos están diseñados para arranques en tensión completa de motores de inducción en jaula cuando los esfuerzos de torsión de arranque y las sobretensiones transitorias están permitidos. También se usan en el control de circuitos principales para los rotores bobinados que permiten el arranque manual y el control de velocidad de sus circuitos secundarios.

Controles de rotor bobinado. Para controlar el arranque, la aceleración, y la regulación, se añade una resistencia variable al circuito del rotor. La resistencia completa del rotor se utiliza durante el arranque del motor. A la par que el motor comienza a acelerar, la resistencia aminora poco a poco.

Cuando el motor está conectado a la tensión en línea completa (la resistencia ha saltado), actúa como un motor en jaula. El circuito de control básico consiste en un regulador de arranque de Educación a distancia – Página 38

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voltaje completo y una resistencia trifásica equilibrada ajustable, en estrella, en el circuito del rotor.

La velocidad puede establecerse para una carga concreta ajustando la resistencia del rotor; una vez fijada, la velocidad variará según las condiciones de carga. Un regulador estático puede utilizarse para controlar las velocidades de funcionamiento de los motores de rotor bobinado. Un método consiste en colocar un reactor saturable controlado en el circuito del rotor con la resistencia de aceleración. Para las velocidades de funcionamiento fijas, la saturación del reactor (que controla la velocidad del motor) puede cambiarse usando una resistencia de control. Los reguladores estáticos también pueden usarse para invertir la dirección de rotación del motor colocando los reactores saturables en el circuito principal del motor en vez de inversión de la rotación del motor.

Arranque del motor síncrono. Este método se utiliza para la corrección del factor de potencia de las concentraciones pesadas de los motores de inducción. También se utiliza en aplicaciones industriales de velocidad baja y constante, y para lograr una eficacia máxima en las cargas pesadas continuas superiores a 75 cv (55 kilovatios). La corriente alterna trifásica está conectada al estator y la corriente continua al rotor (que tiene tanto una bobina de inducción como una bobina en jaula).

Un contactor magnético de tensión completa conecta la bobina del motor de corriente alterna que se conecta a la línea, y la bobina del rotor queda cerrada con una resistencia de arranque y de descarga.

El motor arranca y aumenta su velocidad como un motor en jaula. Cuando el rotor alcanza la velocidad correcta, un relé de frecuencia polarizada y un reactor aplican automáticamente una excitación de corriente continua al campo para sincronizar el motor con el esfuerzo de torsión máximo, mientras crea una línea de corriente mínima.

Características de velocidad del esfuerzo de torsión. Los motores trifásicos de corriente alterna están diseñados para funcionar a velocidades directamente proporcionales a la frecuencia del voltaje aplicado al campo del estator. Sin embargo, mientras que la velocidad síncrona del motor es directamente proporcional a la frecuencia aplicada, es inversamente proporcional al número de polos del motor. Puesto que los motores de inducción dependen de las barras o de las bobinas del rotor para cortar el flujo del campo de rotación para girar el rotor, funcionarán a una velocidad ligeramente menor que la velocidad síncrona. En diseños con potencia constante, el esfuerzo de torsión de salida puede variar inversamente a la velocidad del motor. Sin embargo, para aquellos usos que requieren un esfuerzo de torsión de salida constante, el flujo de aire debe mantenerse constante en todas las diferentes velocidades del motor.

Reguladores de arranque de tensión reducida (electromecánicos) A menos que esté prohibido por los servicios públicos locales, cualquier motor de corriente alterna, sin emportar su tamaño ni qué voltaje utilice, puede arrancar en tensión completa. Pero cuando se trata del uso real, cuando la tensión completa se aplica a los terminales del motor, la corriente del rotor bloqueado puede volverse de 6 a 10 veces el valor de una corriente normal. Por diseño, esta corriente puede no dañar el motor; sin embargo, puede dañar la carga debido al alto esfuerzo de torsión de arranque del motor. Los reguladores de arranque incluyen relés de sobrecarga que ayudan a proporcionar protección a las bobinas del motor contra corrientes dañinas, subidas de temperatura resultantes de la sobrecarga del motor, líneas de voltaje bajas continuas, o condiciones resultantes del atasques del rotor. Bajo estas condiciones, el uso de un regulador de arranque de voltaje reducido podría eliminar estos problemas potenciales.

Definición. Un regulador de arranque de voltaje reducido reduce las altas corrientes de entrada y/o el esfuerzo de torsión de arranque hasta un motor en jaula de una de las tras maneras siguientes: 1. Reduce el voltaje aplicado al motor durante comenzar.

2. Utiliza solamente una parte de las bobinas del motor durante el arranque.

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3. Cambia las conexiones de la bobina del motor.

Los reguladores de arranque de voltaje reducido se usan cuando existen limitaciones para la cantidad de corriente que puede extraerse del servicio eléctrico. El esfuerzo de torsión de arranque desarrollado por el equipo en funcionamiento también se ve reducido cuando se usa un regulador de arranque de voltaje reducido. Cada tipo tiene características diferentes que determinan donde podría usarse mejor.

Arranque de la resistencia principal. Usando este método, se añaden resistencias en serie en cada conductor del motor. El control se utiliza para detener gradualmente la resistencia mientras que el motor aumenta su velocidad, hasta que el motor esté conectado con la línea de tensión completa.

Arranque del reactor principal. Este método de arranque del motor es similar al método de resistencia principal salvo que los reactores se substituyen por resistencias.

Arranque del autotransformador. Durante el arranque, los inductores del autotransformador conectados en estrella reducen el voltaje terminal del motor en cada conductor de la línea de voltaje un 50, 65 u 80 por ciento. Después de un tiempo determinado, un interruptor manual o un contactor conecta el motor a través de la línea y desvíe los inductores del autotransformador, empleando bien una transición abierta o una cerrada.

Arranque de la parte bobinada (incremento). Aunque técnicamente no se trate de un arranque de voltaje reducido, los reguladores de parte de la bobina aplican el voltaje a través de un regulador de arranque hasta una bobina del motor seguida por un segundo regulador de arranque que conecta el voltaje con la segunda bobina. Los reguladores de arranque en tres tiempos incorporan unas resistencias en serie con una bobina del motor para aumentar el voltaje terminal del motor gradualmente mientras que el voltaje desciende radicalmente a través de la resistencia.

Arranque en triángulo. Aunque técnicamente no se trate de un arranque de voltaje reducido, regulador de arranque en triángulo activa las bobinas del motor a través de los contactos eléctricos que forman la conexión en y dando casi un 33 por ciento de línea de tensión completa a través de cada bobina. Después un periodo de tiempo determinado, las bobinas del motor están conectadas en una configuración triangular. El arranque en triángulo se puede utilizar en aquellas aplicaciones que requieren un esfuerzo de torsión de arranque bajo si el suministro de corriente de arranque al completo puede causar caídas bruscas del voltaje.

Transición abierta VS cerrada. Se suelen usar dos términos cuando se habla del arranque de voltaje reducido: reguladores de arranque de transición abierta y de transición cerrada. Estos términos se utilizan para describir la continuidad del circuito durante la secuencia de arranque. Cualquier regulador de arranque de transición abierta desconecta momentáneamente el motor de la línea en la transición cuando se pasa de un paso al otro. Un regulador de arranque de transición cerrada nunca desconecta el motor de la línea durante la secuencia de arranque. Los reguladores de arranque de transición cerrada proporcionan un arranque más suave y una cresta de intensidad de corriente más baja que los reguladores de arranque de transición abierta. Un regulador de arranque de transición abierta puede tener menos contactores y es más barato que su equivalente de transición cerrada.

Control de velocidad de los motores eléctricos El término control de velocidad, aplicado a los motores eléctricos, cubre una amplia gama de funciones de control incluyendo el arranque del motor, el control de la velocidad del motor durante su funcionamiento normal, y la inversión y detención de motores. Los requisitos de funcionamiento Educación a distancia – Página 40

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para los usos específicos del motor también deben considerarse e incluir, por lo general, operaciones constantes, variables, ajustables, y con varias velocidades.

Velocidad constante. Los motores de este tipo se pueden diseñar con estándares de velocidad a partir de 80 r/min y caballos de vapor que van hasta los 5000 cv (3700 kW). Una aplicación típica son las bombas de agua.

Velocidad variable. Los motores de velocidad variable ralentizan cuando aumenta la carga y aumentan su velocidad cuando disminuye la carga. Las aplicaciones incluyen grúas y montacargas.

Velocidad ajustable. Los motores de velocidad ajustable pueden variar su velocidad considerablemente mientras el motor está en funcionamiento. La velocidad del motor sigue siendo prácticamente constante una vez elegida, incluso con carga. Un uso típico son las máquinasherramientas.

Varias velocidades. Los motores de varias velocidades están diseñados para funcionar bajo dos o más velocidades. Aún así, una vez que han sido ajustados a una velocidad determinada, el motor sigue siendo prácticamente constante independientemente de las cargas. Un uso típico son los tornos revólver.

Reguladores de arranque magnéticos de varias velocidades Aplicaciones. Los reguladores de arranque magnéticos de varias velocidades vuelven a conectar automáticamente las bobinas del motor de varias velocidades a la velocidad deseada en respuesta a una señal recibida desde las estaciones de interruptor-pulsador o desde otros dispositivos experimentales. Los motores de varias velocidades de polo consecuente, al tener dos velocidades en una sola bobina (polo consecuente), requieren un regulador de arranque que vuelva a conectar el motor para que haga que la mitad de los polos eficaces del motor alcancen su mayor velocidad. En este tipo de motor, la velocidad baja es la mitad de la velocidad alta. Los motores de bobinas separadas, teniendo bobinas separadas para cada velocidad, proporcionan combinaciones de velocidad más variadas ya que la velocidad baja no tiene por qué ser la mitad de la velocidad alta.

Los reguladores de arranque de los motores de varias velocidades están disponibles para el esfuerzo de torsión constante, el esfuerzo de torsión variable, y los motores con potencia constante.

Esfuerzo de torsión constante. Estos motores mantienen el esfuerzo de torsión constante con todas las velocidades. La potencia varía directamente con la velocidad. Este tipo de motor es aplicable a los transportadores, a los molinos, y a usos similares.

Esfuerzo de torsión variable. Estos motores producen un esfuerzo de torsión característico que varía al cuadrado de la velocidad. Este tipo de motor es aplicable a los ventiladores, y a las bombas centrífugas.

Potencia constante. Este tipo de motor mantiene la potencia constante en todas las velocidades y por lo tanto el esfuerzo de torsión varía inversamente a la velocidad. Este tipo de motor es aplicable allí donde se requiere la misma potencia para todas las velocidades. La mayor corriente necesaria para una velocidad baja requiere una reducción de los reguladores de arranque para las aplicaciones de potencia constante. Este tipo de motor es aplicable a las máquinas metalúrgicas como taladros, tornos, molinos, dobladoras, prensas punzonadoras, y llaves mecánicas.

Funcionamiento. Los reguladores de arranque magnéticos para aplicaciones de varias velocidades seleccionan la velocidad deseada de acuerdo con el control piloto. El impacto que sufre la maquinaria durante la reducción de velocidad es mayor que cuando se aumenta la velocidad. Por lo tanto, el control piloto debe estar conectado de modo que el botón de paro pueda ser pulsado antes de descender a una velocidad menor. Los retrasos se deben utilizar para aquellos usos que requieren una operación automática completa. Estos controles se pueden modificar para el control de Educación a distancia – Página 41

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aceleración piloto. El control determinante requiere que el motor siempre esté encendido a la velocidad más baja y que los botones sean usados en secuencia de velocidad hasta la velocidad inmediatamente más alta. Para cambiar a una velocidad menor, el botón de paro debe ser presionado, para, a continuación, pulsar los botones en secuencia de velocidad hasta conseguir la velocidad deseada. El control de aceleración hace que el motor acelere automáticamente con contadores de tiempo activando progresivamente los controles en el panel de mando desde la velocidad más baja a la más alta. Para cambiar a una velocidad más baja, se pulsa el botón de paro.

Entonces será necesario actuar como si se estuviera empezando de nuevo. El control de desaceleración hace que el motor desacelere automáticamente con un contador de tiempo cuando cambia de la velocidad alta a la baja. El contador de tiempo permite al motor cambiar de una velocidad más alta a una más baja antes de arrancar automáticamente el motor a baja velocidad.

Frenado del motor Cambiar la velocidad, o parar, un motor eléctrico puede llevarse a cabo mediante (1) frenos mecánicos accionados eléctricamente o (2) frenos dinámicos o regeneradores (con un regulador de arranque electromecánico o un regulador de arranque sólido), o por una combinación de ambos. Los frenos se utilizan para dos propósitos: (1) para proporcionar los medios para parar una carga de manera rápida y exacta y (2) para mantener la carga en un lugar después de haber llevado a cabo la detención.

Frenado dinámico. Cuando una detención muy rápida o exacta no es necesaria, se puede usarse el propio motor para su detención. Los motores de corriente alterna pueden frenarse dinámicamente eliminando la fuente de energía de corriente alterna y volviendo a conectarlos a una fuente de energía de corriente continua (suministrada por pilas o acumuladores o por corriente alterna rectificada). El motor entonces actúa como un generador de corriente continua con un armazón cortocircuitado. La energía se disipa bajo la forma de calor en el rotor.

Freno regenerador. En los motores de corriente alterna, el freno regenerador se desarrolla cuando el motor se resiste a alcanzar una velocidad por encima de la velocidad asíncrona desarrollada por una carga de reacondicionamiento. Mientras esto sucede, se desarrolla un deslizamiento negativo.

La energía absorbida al desacelerar vuelve a la fuente de alimentación. El frenado regenerador no suele usarse con fuentes de alimentación rectificadas porque este proceso requiere la revocación de la corriente del armazón.

Controles de reparación de averías de los motores eléctricos Factores variables como la temperatura, la humedad, y la contaminación atmosférica pueden afectar negativamente el funcionamiento de los controles del motor. La mala aplicación de un control puede también acarrear serios problemas y suele considerarse la principal causa de los problemas de control del motor. Una inspección visual cada 6 meses o así, y menos inspecciones eléctricas llevadas a cabo con los instrumentos adecuados, ayudarán a no interrumpir la producción por culpa de un fallo en un regulador de arranque que podría haberse evitado. Es importante llevar a cabo una inspección mecánica completa del control del motor antes y después de la instalación. Las piezas dañadas o rotas se suelen encontrar fácilmente y rápidamente, y substituirse en caso de necesidad.

Las inspecciones visuales se deben hacer con ayuda de una linterna, de una manguera de aire, y de un pequeño escobilla. Los escombros y la suciedad se pueden cepillar y eliminar de los contactos y de otras áreas del interruptor; el moho y la suciedad en las caras del polo se pueden quitar con aire comprimido y un escobilla. Nunca utilice una lima o un abrasivo de ninguna clase en las caras del polo ya que esto puede estropear el ajuste exacto entre los componentes de la base. Un simple ajuste de tornillos terminales debería ser suficiente para corregir muchos problemas de controles del motor.

Se recomienda que se sigan los procedimientos generales por parte del personal calificado en la inspección y reparación de controles de motor responsables de un fallo. Las instrucciones del Educación a distancia – Página 42

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fabricante deben consultarse para los detalles adicionales.

PRECAUCIÓN: todas las inspecciones y pruebas deben llevarse a cabo en aquellos controladores y equipo desenergizados, desconectados y aislados para evitar contactos accidentales con partes conectadas. Todas las medidas de seguridad deben ser respetadas.

Procedimientos Cerramiento. Si el cerramiento sufre daños importantes, como deformaciones, descolocación de piezas, o quemaduras, se deberá cambiar el regulador completo.

Disyuntores. Examine el cerramiento interior y el disyuntor en busca de posibles daños. Si no hay indicios de posibles daños, el disyuntor puede reiniciarse y encenderse.

Interruptor de desconexión. La manija de funcionamiento externa debe ser capaz de abrir el interruptor. Si falla o si la inspección visual indica un mayor deterioro de lo normal, como sobrecalentamiento, corrosión de la lengüeta de contacto o de la mandíbula, fractura del aislamiento, o carbonización, el interruptor debe substituirse.

Portadores de fusible. El deterioro de los portadores de fusible o de sus soportes aisladores obliga a su reemplazo.

Conductores terminales y conductores internos. Los indicios de daño y/o sobrecalentamiento de la formación de arcos, como la descoloración y fusión del aislamiento, requieren el reemplazo de las piezas dañadas.

Contactor. Los contactos que muestren daños por calor, descolocación del metal, o desgaste requieren el reemplazo de los contactos y, en caso pertinente, de las láminas de contacto. Si el deterioro se extiende más allá de los contactos, como a la conexión de las guías o al aislamiento, todas las partes dañadas del contactor deben substituirse.

Relés de sobrecarga. Si se ha quemado un elemento de un relé de sobrecarga, deberá substituirse el relé de sobrecarga en su totalidad. Si se hayan indicios de paro de un arco y/o de la quema del aislamiento del relé de sobrecarga también se deberá cambiar el relé de sobrecarga en su totalidad.

Si no hay indicios visuales de daño, la retransmisión se debe conectar eléctricamente o mecánicamente para comprobar el correcto funcionamiento de los contactos del relé de sobrecarga.

Comprobación final Antes de volver a poner el regulador en archa, se deben llevar a cabo comprobaciones en relación con la resistencia de las conexiones eléctricas y la ausencia de cortocircuitos, de tomas de tierra, y de fugas. Todos los cerramientos del equipo deben estar cerrados y ser seguros antes de que se active el circuito de bifurcación. Para éstos y otros problemas complejos, los esquemas eléctricos del fabricante deben revisarse antes de llevar a cabo cualquier tipo de reparación. También, con el fin de ser de ayuda en la reparación de averías, se incluye un listado de los posibles problemas de control de motor, sus causas y soluciones, en la siguiente tabla.

Control de la reparación de averías del motor Problema I.

Partes magnéticas mecánicas Imán ruidoso (ronroneo)

Posible causa

Solución

y 1. Desalineamiento o mala unión de 1. Alinee o reemplace el conjunto del las caras del polo del imán. imán.

2. Sustancia extraña en la cara del 2. Limpie las caras del polo; Alinee en polo (suciedad, pelusa, moho, etc). caso necesario.

3. Voltaje bajo aplicado al inductor.

Educación a distancia – Página 43

3. Compruebe el voltaje del sistema y del

Proyecto Nireas inductor. Observe las variaciones del voltaje durante el arranque.

Imán ruidoso zumbido)

(fuerte 4. Inductor de cobre roto.

Imposibilidad de conectar 1. Baja tensión. y mantener conexión

4. Reemplace el inductor de cobre y/o el conjunto del imán.

1. Compruebe el sistema y el inductor de tensión; esté atento a las variaciones del voltaje durante el arranque.

2. Inductor de imán incorrecto o 2.

Compruebe el cableado, conexión incorrecta. nomenclatura del inductor, etc.

la

3. Inductor abierto o cortocircuitado.

3. Compruebe con un óhmetro reemplace en caso de duda.

y

1. Obstrucción mecánica.

4. Desconecte la energía y compruebe el libre movimiento del imán y del contacto del conjunto.

Imposibilidad de 1. Sustancia gomosa en las conexiones 1. Limpie con un solvente no volátil o un desconectar o ralentizar la de los polos o deslizadores del imán. fluido desengrasante. desconexión 2. Voltaje a el inductor no eliminado.

2. Contacto cortocircuitado (causa exacta encontrada mediante inspección del circuito de inductores).

3. Piezas gastadas o aherrumbradas 3. Limpie o que causan atascamiento. desgastadas.

reemplace

las partes

4. Magnetismo residual debido a la 4. Reemplace cualquier parte del imán o falta de entrehierros en la trayectoria accesorios que estén desgastados. del imán.

5. Atascamiento mecánico del 5. Compruebe los limitadores en busca dispositivo de seguridad (inversión de de movimientos libres. Se podría los arrancadores). necesitar nueva lubricación.

II.

Contactos Vibración de contacto 1. Inductor de cobre roto.

1. Reemplace el conjunto. (fuente probable: conjunto 2. Contacto pobre constante en los 2. Mejore la continuidad del contacto o del imán) controles del circuito. use un control trifilar.

Soldadura

3. Baja tensión.

3. Corrija la condición del voltaje.

Compruebe la caída de voltaje momentáneo durante el arranque.

1. Avalancha anormal de corriente.

1. Use un contactor mayor; busque tomas de tierra, cortocircuitos o corriente de carga excesiva.

2. Activado rápido.

2. Instale un dispositivo de virado eléctrico mayor.

3. Presión escasa del borde.

3. Reemplace los muelles de contacto; Compruebe los portadores de contacto en busca de deformaciones o daños.

4. Baja tensión que evita que se 4. Corrija la condición del voltaje. produzca el sellado del imán.

Compruebe las caídas momentáneas de voltaje durante el arranque.

5. sustancia extraña que evita el cierre 5. Limpie los contactos con un solvente de los contactos. no volátil. Los contactores de baja corriente o bajo voltaje, los arrancadores y los accesorios de control deberían

Educación a distancia – Página 44

Proyecto Nireas limpiarse con solvente y acetona para elimiar los residuos de solvente.

6. Cortocircuito.

Contacto de poca duración 1. Revestimiento. o sobrecalentamiento

6. Elimine los fallos de cortocircuito y compruebe y corrija los fusibles y los interruptores.

1. No lime los contactos de plata. Los puntos ásperos o con decoloración no dañan o empeoran su eficacia.

2. Interrupción excesivamente alta de 2. Instale un dispositivo mayor o las corrientes. compruebe las tomas de tierra, los cortocircuitos o las corrientes de motor excesivas.

3. Activación excesiva.

3. Instale dispositivos mayores para el virado eléctrico.

4. Presión del contacto débil.

4. Reemplace los muelles de contacto; Compruebe los portadores de contacto en busca de deformaciones o daños.

5. Suciedad o anuncio publicitario 5. Limpie los contactos con un solvente extranjero en superficie de contacto. no volátil.

Contactos, descoloración III.

6. Cortocircuitos.

6. Elimine los fallos de cortocircuito y compruebe o corrija los fusibles o interruptores si corresponde.

7. Conexión suelta.

7. Limpie y aclare.

8. Sobrecarga continua.

8. Instale Compruebe excesiva.

9. Desgaste excesivo.

9. Un voltaje mayor de lo normal podría provocar un desgaste y rebote mecánicos.

soportes, 1. Conexiones sueltas.

un dispositivo mayor; la corriente de carga

1. Refuerce el dispositivo (hardware) o reemplace.*

físico

Inductores Circuito abierto

1. Daño mecánico.

1. Maneje y almacene los inductores cuidadosamente.

Inductor chamuscada 1. Sobretensión o alta temperatura 1. Compruebe la aplicación y el circuito. (sobrecalentamiento) ambiente.

Los inductores funcionarán satisfactoriamente por encima de un voltaje asignado del 85 al 110%.

2. Inductor incorrecto.

1. Compruebe la calificación; reemplace con el inductor correcto en caso de equivocación.

3. Vueltas cortocircuitadas causadas 3. Reemplace el inductor. por daño o corrosión mecánicos.

4. Subtensión, fracaso del sellado del 4. Corrija el sistema de voltaje. imán.

5. La suciedad o el moho en polo 5. Limpie las conexiones de los polos. agrandan el hueco de aire.

6. Baja tensión continua.

Educación a distancia – Página 45

6. Aplique las soluciones de acuerdo con los requisitos de los códigos locales, del sistema de protección de bajo voltaje, etc.

Proyecto Nireas IV.

Relés de sobrecarga Desconexión molesta

1. Sobrecarga continua.

1. Compruebe las tomas de tierra y cortocircuitos del equipo y las corrientes excesivas del motor debido a las sobrecargas. Compruebe la resistencia de los inductores del motor a la toma de tierra.

2. Conexiones sueltas.

2. Limpie las conexiones y ajústelas. Se incluyen los cables de carga y los tornillos de instalación de los elementos de los calentadores.

3. Calentador incorrecto.

3. Compruebe el calibrado de los calentadores y la temperatura ambiente.

Imposibilidad de 1. Atascamiento mecánico, suciedad, 1. Limpie o reemplace. desconectar (causando corrosión, etc. abrasamiento del motor) 2. Calentador incorrecto o cables de 2.

Compruebe de nuevo las puente desgastados o calentadores características y el tamaño del calentador. omitidos.

Corrija si es necesario.

3. Ajuste incorrecto de la calibración.

V.

3. Consulte al fabricante. Los ajustes de calibración sólo se recomiendan si se llevan a cabo bajo la supervisión del fabricante. Es habitual devolver las unidades al fabricante para su comprobación y calibración.

Arrancadores manuales Imposibilidad de funcionar 1. Palas mecánicas, incluyendo los 1. Reemplace las partes necesarias. (mecánicamente) tornillos, desgastadas o rotas.

2. Contactos soldados debido al uso u 2. Reemplace los contactos y compruebe otra causa anormal. el funcionamiento.

Se desconecta 1. Sobrecarga del motor, calentadores 1. Compruebe las condiciones: reemplace prematuramente incorrectos o mala aplicación. o ajuste según sea necesario.

VI.

Temporizadores A. Neumático Sincronización errática Los contactos funcionan

1. Sustancia extraña en válvula.

no 1. Ajuste regulado.

incorrecto

en

1. Limpie si es posible, o reemplace la cabeza de sincronización e intercambie unidades con el fabricante.

tornillo 1. Siga las instrucciones de servicio para los ajustes deseados.

2. Partes gastadas o rotas en el 2. Reemplace las partes detective. conjunto del interruptor.

B. Relé electrónico Sincronización errática

1. Conexiones sueltas.

1. Compruebe la unidad visualmente.

2. Relé de retardo desgastado.

2. Conectelos nuevos relés.

3. Dispositivos detectives.

3. Compruebe necesario.

El temporizador deja 1. Relé mecánico. de funcionar

Educación a distancia – Página 46

y

1. Sustituya el relé.

reemplace

si

es

Proyecto Nireas 2. Componentes detectives.

C. Electrónico sólido)

de

dispositivos 2. Compruebe la unidad visualmente y con unos multímetros. Es posible que sea mejor reemplazar el circuito en vez de repararlo si el relé está normal.

(estado

Sincronización errática

1. Conexiones sueltas.

1. Inspeccione visualmente todas las conexiones.

2. Comprobar conexiones externas.

2. Compruebe las funciones con unos multímetros de acuerdo con las instrucciones de servicio.

El temporizador no 1. Conexiones externas. funciona

1.

Compruebe sistemáticamente.

el

sistema

2. Comprobar fuente de alimentación. 2. Fusibles, etc.

VII. Conmutadores de carrera

3. Circuito de iniciación abierto.

3. Véase paso 1.

4. Contactos sucios.

4. Véase paso 1; Limpie si es necesario.

fin de

Partes rotas

1. Sobredesplazamiento excesivo del 1. Use un actuador resistente u opere actuador. dentro de los límites de tolerancia del dispositivo.

No operativo

1. Actuador conmutador desplazado o 1. Inspeccione, repare, o reemplace. roto.

2. Falta de continuidad del contacto.

2. Limpie los contactos; reemplace el contacto de bloqueo si es necesario.

1. Contactos sucios del rotor.

1. Inspecciones los contactos; si son de cobre, pula con una lija del 4-0 hasta que esté limpio; si es de plata, use un disolvente adecuado. Compruebe la toma de contacto más o menos en un 3/64.

VIII. Controles de tambor Contacto malo

2. Suciedad u otras sustancias extrañas 2. Limpie sistemáticamente el limpiador en unidades instaladas y aire de contacto. horizontalmente.

Conmutador con funcionamiento o difícil uso IX.

mal 1. Sonido seco. de 2. Piezas desgastadas.

2. Inspeccione con cuidado; reemplace las piezas desgastadas.

Presostatos Presostato no operativo

Funcionamiento errático

Operación muy frecuente

X.

1. Lubrique los cojinetes.

1. Sustancia extraña en área de 1. Quite el conmutador y limpie la presión-detección. abertura.

2. Contactos quemados.

2. Limpie los contactos: reemplace si es necesario.

1. Piezas desgastadas.

1. Inspeccione, ajuste, o reemplace.

2. Diafragma defectuoso.

2. Reemplace el diafragma.

1. Probablemente debido a un sistema 1. Drene parte del agua del depósito a empapado. presión y, si es posible, bombee dentro 4 lb de aire.

Botones pulsadores

Educación a distancia – Página 47

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XI.

Botón no operativo

1. Atascamiento debido a suciedad o 1. Compruebe, limpie, y desatasque. residuos.

(mecánico)

2. Muelle* de contacto roto.

(eléctrico)

3.

Contactos corrosión.

Botón piloto

pulsador,

Sin luz

contaminados

2. Reemplace el panel de contacto. y 3. Limpie.

lámpara 1. Bombilla fuera de sitio o quemado. 1. Reemplace por la unidad apropiada.

2. Piezas, cables, o transformador 2. Inspeccione, repare, o reemplace. rotos.

3. Corta vida útil de la bombilla 3. Reemplace con la lámpara piloto de un debido a un alto voltaje excesivo. voltaje inmediatamente superior (el brillo podría verse ligeramente reducido).

* Cualquier reemplazo de un contacto debería incluir un conjunto de reemplazo completo incluyendo los muelles de soporte, tornillos, etc.

(Robert C. Rosaler, 2004) Reparación de averías de los controles de motores de estado sólido Reparaciones y servicio La reparación de dispositivos de estado sólido es tan variada como sus diseños. Antes de intentar reparar cualquier dispositivo de estado sólido, deben tomarse precauciones al quitar cualquier placa de circuito impreso o dispositivos de energía de estado sólido. Aunque estén diseñados para un entorno industrial, suelen contener pequeños componentes o circuitos que podrían dañarse si se usan de mala manera. Consulte la documentación apropiada suministrada por el fabricante del control para consultar información específica referente al mantenimiento de un control de motor de estado sólido.

Herramientas necesarias para la reparación de averías Generalmente, no se suele necesitar ninguna herramienta especial para reparar las averías de los controles de motor de estado sólido de voltaje reducido. Se puede usar un multímetro para comprobar el voltaje entrante y saliente o para medir la resistencia o la caída de potencia en el SCR, mientras que el amperímetro se utiliza para medir la corriente del motor.

Mantenimiento preventivo Los controles de motor de estado sólido de voltaje reducido requieren poco mantenimiento preventivo. El único mantenimiento necesario es asegurar que las conexiones eléctricas son las adecuadas, mantener los filtros y ventiladores limpios para que puedan funcionar correctamente, y comprobar que la protección transitoria del voltaje está intacta. La limpieza del filtro se debe realizar tan a menudo como sea necesario.

Reparación de averías Los reguladores de arranque de voltaje reducido de estado sólido y los controladores suelen estar formados por sólo dos secciones, energía y lógica. El motor de control podría sufrir un fallo en uno de estos dos elementos. Cuando hay un problema en el sistema de control de motor, es importante considerar todos los aspectos incluyendo el control de motor, el cableado del control, los interruptores de detección, el equipo de control programable, etc.

Circuito eléctrico, SCR. Los fallos en la sección eléctrica dan lugar generalmente a un SCR cortocircuitado. Este fallo puede hacer que el motor "ruja" y "retumbe" durante el arranque o podría Educación a distancia – Página 48

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hacer saltar los disyuntores durante el arranque. Los SCR cortocircuitados pueden determinarse midiendo la resistencia a través del control del motor con un ohmímetro. (Precaución: Desconecte de la corriente antes de medir la resistencia. ) Un SCR cortocircuitado dará 0. La mayoría de los controles tienen detectores internos de SCR cortocircuitados que encenderán un diodo electroluminiscente indicador (LED) o abrirán un contacto de alarma.

Circuito eléctrico, dispositivos protectoras. Un dispositivo protector de tensión transitoria con fallo debe comprobarse visualmente a menos que se proporcione un indicador. La protección de tensión transitoria siempre que se produzca un cortocircuito en un SCR. Circuitos de control. Si un regulador no puede arrancar, aunque las secciones de lógica y de energía estén marcha, es posible que los comandos de control apropiados no estén siendo recibidos por la unidad. Consulte el manual de instrucciones de la unidad para comprobar las entradas de control necesarias y para comprobar el circuito de control para saber si hay relés de sobrecarga activos, circuitos abiertos, desconexiones abiertas, etc.

Reparación de averías de controladores de estado sólido de velocidad variable y corriente alterna Las reparaciones, si proceden, pueden durar mucho porque cuando se trata de equipo electrónico, es posible que sea necesario formar a los empleados. Los costes de la reparación también pueden ser mayores que para el equipo no electrónico. Serán siempre mayores si se necesita que sea el personal del fábrica quien lleve a cabo las reparaciones in situ. Cuando hay un gran número de unidades en una instalación, el entrenamiento del personal de mantenimiento es lo más rentable. La mayoría de los controles tienen equipos de diagnóstico integrados para agilizar la reparación de las averías.

Para cualquier otra prueba, sólo es necesario contar con un buen multímetro análogo. La decisión de reparar una parte del equipo o de substituirlo depende de los planes de fabricación individuales.

Para las grandes líneas de montaje, lo mejor sería dejar los controladores de repuesto al alcance de la mano para reparar la unidad problemática. Las reparaciones se pueden llevar a cabo bajo menos estrés. En la mayoría de los casos, los VFDs requieren muy poco mantenimiento. Las únicas piezas móviles son los relés y los contactores de entrada y salida que pueden desgastarse mecánicamente.

Es raro que los contactos necesiten ser reemplazados porque la formación de arcos suele ser inexistente.

5.9.- Consumo en espera y energía eléctrica de emergencia - Sistemas de equipo rotatorio El sistema de abastecimiento de emergencia (EPSS) abarca una amplia variedad de equipos. El equipo EPSS abarca desde una simple luz autónoma con batería hasta un complejo sistema, de alta ingeniería, de generador múltiple con capacidad para varios megavatios. Estos dos ejemplos extremos sugieren una división de estos sistemas basados en la fuente de la emergencia. El primer ejemplo utiliza un dispositivo de almacenamiento de energía, una batería, como la fuente de energía, mientras que el segundo ejemplo utiliza un equipo giratorio, un sistema generador, como la fuente de energía. Los sistemas de almacenamiento de energía y los sistemas de equipo giratorio son las dos categorías de sistemas de abastecimiento de emergencia. El tema de esta parte son los sistemas de equipo giratorio.

Descripción del sistema Cuando la fuente normal de energía falla, el EPSS funciona para suministrar energía eléctrica a cargas específicas y seleccionadas. El equipo que compone el sistema se ve determinado en gran parte por las características y los requisitos de las cargas. Dos grupos de equipamiento, la fuente de Educación a distancia – Página 49

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energía de emergencia y el equipo eléctrico de conmutación, subdividen el sistema basándose en sus funciones. Aunque los dos grupos del equipo tengan funciones independientes, los grupos están interrelacionados y ambos responden al objetivo común de todo el sistema.

Fuente de energía de emergencia La función de este equipo es generar energía eléctrica. El sistema generador es la parte principal del grupo. El generador está conectado permanentemente a un motor que lo activa y que puede ser diésel, gasolina, o de gas o una turbina de gas. En la ilustración siguiente se muestra un típico generador diésel. Se incluyen en este grupo un suministro de combustible independiente con almacenamiento y un/os sistema/s generador/es con equipo de apoyo como reguladores, reguladores de tensión, excitatrices, sistemas de enfriamiento, equipos de ventilación, sistemas de escape, y reguladores de motor con metros y alarmas.

Sistema generador (Rober t C. Rosaler , 2004) Equip o eléctri co de conmu tación La funció n del equipo eléctric o de conmut ación es interconectar la energía del generador con el equipo en uso. Se incluyen en este grupo los conmutadores de transferencia, ya sean automáticos o no automáticos. El conmutador de transferencia se conecta para prevenir el cierre simultáneo de la fuente normal y de la fuente de emergencia. Los conmutadores automáticos de transferencia también supervisan ambas fuentes e inician el arranque del sistema. Otro equipos eléctricos de conmutación incluyen los conmutadores de derivación de aislamiento, en caso de que sean necesario, equipo de transferencia de carga paralela, y en caso de funcionamiento paralelo de generadores múltiples, cuadro de conexión paralela y totalizadora.

Clasificación del sistema Teniendo en cuenta la cantidad de aplicaciones para los sistemas de abastecimiento de emergencia, se han clasificado los sistemas, por lo general, basándose en el tipo, la clase, la categoría, y nivel.

Tipo El tiempo de respuesta es el criterio para determinar el tipo de sistema. Los tipos abarcan desde los sistemas de alimentación ininterrumpida que “flotan” en línea hasta los sistemas eléctricos sin Educación a distancia – Página 50

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requisito de tiempo de respuesta. Los sistemas con tiempo de respuesta de 60 segundos o menos suelen ser sistemas automáticos, mientras que los sistemas sin límite de tiempo de respuesta, suelen ser de arranque manual o portátiles.

Conmutador de transferencia

(Robert C. Rosaler, 2004) Clase Los sistemas se clasifican en una clase determinada basándose en la duración de la operación a plena carga sin reaprovisionamiento de combustible o recarga. Nos podemos encontrar con sistemas de duración muy corta, 5 minutos, y sistemas de duración indefinida basados en las necesidades del usuario. Los sistemas de equipo rotatorio correctamente diseñados tienen una capacidad de operación ilimitada.

Categoría Suele haber dos categorías: los sistemas de almacenamiento de energía que reciben la energía a través de la fuente de energía normal y los sistemas de equipo rotatorio que usan generadores como fuente de energía.

Nivel La importancia de la carga suministrada por el EPSS determina el nivel del sistema. Por ejemplo, el nivel más alto sería aquel que suministra cargas de las que dependen la vida humana y la seguridad y el nivel más bajo corresponde a un sistema que suministra cargas sin las que se producirían pérdidas económicas. El nivel exigido por la ley influye mucho en los requisitos que el equipo debe cumplir.

Justificación del sistema La prevención contra pérdidas, la seguridad, y los requisitos legales son tres justificaciones Educación a distancia – Página 51

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comunes para un EPSS. Una cuarta justificación que se está volviendo cada vez más común al tiempo que sube el coste de la energía es la economía energética. Muchas empresas eléctricas ofrecen tarifas interrumpibles o de reducción de carga, que pueden justificar el coste de un generador y un conmutador de transferencia o un equipo de transferencia de carga paralela. Los importantes ahorros en materia de seguros también justifican el coste.

Prevención contra pérdidas Un EPSS en una planta industrial puede prevenir varias clases de pérdidas mensurables. Algunos ejemplos son la pérdida de salarios durante el tiempo muerto de producción, la pérdida de producto durante el proceso, la pérdida de datos de procesamiento, y la pérdida de almacenamiento refrigerado. Estos ejemplos, por supuesto, no son exhaustivos.

Seguridad La pérdida de energía eléctrica puede amenazar directamente la seguridad del personal. Los procesos industriales que representan un peligro sin energía son un sólo un ejemplo. La energía de emergencia también es necesaria para hacer funcionar los ascensores, las bombas de fuego, las alarmas de incendio, las redes de comunicaciones, y otros equipos relativos a la seguridad.

Requisitos legales La mayoría de países han adoptado códigos que requieren EPSS en ciertos edificios. La clasificación del sistema requerido se ve determinada por la ocupación del edificio. Dado que los requisitos legales cambian a menudo y son diferentes de estado a estado, compruebe los reglamentos locales actuales. Los inspectores locales constituyen una buena fuente de información adicional.

Economía energética La cobertura de puntas, interrumpible o los programas de tarifas de reducción de carga, la cogeneración, y la recuperación de calor son métodos para ahorrar costes energéticos que se están volviendo cada vez más populares a medida que sube el coste de la energía. La cobertura de puntas utiliza el sistema de emergencia para reducir las primas de potencia útil teniendo en cuenta las cargas durante los períodos de demanda máxima. La cogeneración utiliza el calor de los motores para hacer vapor o agua caliente usados en los procesos industriales. La recuperación de calor captura el calor residual del motor a través de los cambiadores de calor para producir agua caliente, para la calefacción de talleres o para enfriar los refrigeradores de absorción. Muchas empresas ofrecen programas de tarifa interrumpibles que empujan a los clientes a acortar la carga o a cambiarse a la generación in situ para reducir la demanda en la empresa.

Comparación de fuentes de energía Unidades estándar Los componentes importantes de un EPSS incluyen un generador, un control del conmutador de transferencia, y si procede, un dispositivo de distribución paralela. Las unidades de las que vamos a hablar son las más características y las que los fabricantes de EPSS suelen tener disponibles. Los generadores adecuados para ser usados en EPSS incluyen las unidades diésel con una gama de 12 a 1500 kilovatios, y las unidades de ignición a chispa con una gama de de 5 a 100 kilovatios; de 1800 r/min. Están igualmente disponibles los generadores trifásicos con todas las gamas expuestas anteriormente y los generadores monofásicos de hasta 125 kilovatios. Los sistemas de enfriamiento estándar son radiadores montados en conjunto, con modelos de refrigeración igualmente disponibles de pocos kilovatios. Para este tipo de servicio, un generador debe tener por lo menos un alternador de carga de batería, un amperímetro de carga de batería, un indicador de la presión de aceite, un Educación a distancia – Página 52

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indicador de la temperatura del refrigerante, y un interruptor de arranque-parada en el control del motor. Las características deseables, algunas de las cuales pueden ser exigidas por la ley, incluyen un limitador de arranque, una parada en caso de baja presión de aceite, una parada en caso de alta temperatura del refrigerante (refrigeración por agua), y un cronomedidor. Los motores refrigerados por agua suelen tener como opciones cambiadores de calor, suministro de agua, o sistemas de radiador remotos, y colectores de escape de agua fría. Los tamaños comunes de los controles de conmutadores de transferencia van de los 40 hasta los 3000 A. Un conmutador automático de transferencia ofrece un funcionamiento totalmente automático sin necesidad de supervisión y puede incluir un tiempo de espera para el arranque del motor, transferencia de carga a la fuente de emergencia, retransferencia de carga a la fuente de energía normal, y detención del motor. Suele tener sensores de voltaje para detectar condiciones de subtensión o de sobretensión de la fuente de voltaje normal y para detectar condiciones de subvoltaje de únicamente la fuente de emergencia.

Las lámparas indicadoras y los metros también están disponibles, además de las características estándar. Un ejercitador que comprueba automáticamente los generadores de manera regular constituye una opción bastante popular. Los dispositivos de distribución paralelos incluyen, para cada generador del sistema paralelo, un amperímetro de corriente alterna, un voltímetro de corriente alterna, un metro de frecuencia, un vatímetro, un sincronizador de luces, un disyuntor para conectar las conexiones de salida del generador al bus, y controles de ajuste del voltaje y de la frecuencia. Un amperímetro de corriente alterna, un voltímetro de corriente alterna, y un vatímetro también están conectados al bus para las lecturas de la salida total del sistema paralelo. Aunque estén disponibles los sistemas de acoplamiento en paralelo manuales y automáticos, el uso de sistemas automáticos es más frecuente. (El dispositivo de distribución de acoplamiento paralelo automático cuenta con dispositivos para el acoplamiento manual en caso de necesidad.)

Ventajas y desventajas de varios tipos de fuentes de energía Ventajas

Desventajas Gasolina

Coste inicial menor que con el diésel Almacenamiento de combustible Arranque rápido, sobre todo en baja temperatura ambiente Se deteriora con el tiempo Ligero Menor eficiencia termal que el diésel Gas Coste inicial menor que con el diésel No se deteriora con el tiempo Combustión más eficiente que la gasolina Poco mantenimiento Arranque fácil

Requiere un alto contenido de Btu (1100 Btu/pies3) o disminución necesaria Puede no permitirse en las áreas de riesgo sísmico sin almacenamiento de reserva Diésel

Poco mantenimiento Almacenamiento fácil Bajos costes de operación Buena eficiencia termal Disponible para gran variedad de kW

Coste inicial mayor que con la gasolina o el gas

Turbina de gas Ligero Más pequeño que el diésel equivalente Poca vibración, poco ruido Sin necesidad de enfriamiento de agua Adaptable a la cogeneración Mucha capacidad para el combustible

Coste inicial mayor Mayor tiempo de arranque Eficiencia de carga parcial pobre

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Proyecto Nireas Poco mantenimiento

(Robert C. Rosaler, 2004) Programas de mantenimiento El personal que establece el programa de mantenimiento debe preparar un horario de mantenimiento para el EPSS completo. Después, deben establecer unos medios para guardar el historial de mantenimiento y mantener un registro de los servicios realizados. Aunque el personal de mantenimiento prepare el horario de mantenimiento, deben incluir las recomendaciones y los horarios de mantenimiento del fabricante. Debido a la naturaleza infrecuente de mantenimiento para estos sistemas, algunos mantenimientos requieren sólo algunas horas de servicio operativas mientras que otros requieren intervalos de tiempo de días, semanas, meses, o años. Algunos requieren ambos. (El EPSS debe tener un cronomedidor en marcha para indicar la duración de la operación. ) Lo que sigue es un listado representativo del mantenimiento y de los intervalos de mantenimiento. Sólo debe usarse como una pauta para reconocer el mantenimiento que un sistema en particular necesita y para establecer un horario. Una instalación de atención sanitaria, por ejemplo, podría requerir mantenimiento adicional.

Cada 8 horas operativas 1. Compruebe el nivel del líquido refrigerante (refrigeración por agua). * 2. Compruebe el nivel de aceite del cárter. * Espere 15 minutos después del apagado para saber si es exacto.

3. Compruebe el nivel del cárter de aceite (turbina).

4. Examine visualmente el generador. Busque escapes de combustible, aceite, o líquido refrigerante.

Compruebe los escapes si es posible con el generador en funcionamiento. Observe si el equipo y las colocaciones de éste son seguras.

5. Compruebe el nivel de combustible.

Cada 50 horas operativas 1. Compruebe el filtro de aire. * Lleve a cabo un mantenimiento más continuo en ambientes extremadamente polvorientos. Substituya en caso de necesidad.

2. Examine el acoplamiento del regulador y de la bomba inyector-carburador. Limpie en caso de necesidad. Lleve a cabo un mantenimiento más continuo en ambientes extremadamente polvorientos.

3. Quite los sedimentos del filtro de combustible.

Cada 100 horas operativas 1. Limpie y examine el cárter del respiradero. * 2. Cambie el aceite del cárter del motor. * Cambie el aceite por lo menos cada 3 meses, más a menudo en ambientes extremadamente polvorientos.

3. Substituya el filtro de aceite del motor. * Hágalo coincidir con el cambio del aceite del motor.

4. Limpie las aletas del motor de enfriamiento (refrigeración por aire). * Cada 250 horas operativas 1. Substituya el filtro de combustible. * Para los sistemas de carburante diésel con dos filtros, el segundo filtro del depósito de gasolina principal suele necesitar ser reemplazado después de varios miles de horas.

2. Examine la batería que carga el alternador. * 3. Substituya los puntos y bujías de ignición; mida el tiempo de la ignición (ignición por chispa). * 4. Compruebe el filtro de agua (si está equipado). * Educación a distancia – Página 54

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Cada 500 horas operativas (Sólo motores de turbina) 1. Substituya el filtro de combustible.

2. Limpie y examine la válvula de desagüe del combustible.

3. Substituya el filtro de aceite.

4. Limpie y examine el conjunto de las paredes de la cámara de combustión (combustible líquido).

5. Limpie y examine el conjunto del surtidor de gasolina (combustible líquido).

6. Cambie el aceite. El fabricante del motor de turbina puede permitir períodos más largos para cambiar el aceite si se realizan pruebas de muestra del aceite y el aceite cumple las condiciones del fabricante.

Cada 1000 horas operativas 1. Compruebe los escobillas del generador (si procede). Los escobillas no deben pegarse los soportes de escobillas.

2. Limpie el generador mediante chorros de aire de baja presión, filtrado, y comprimido.

Cada 2500 horas operativas 1. Limpie y examine el conjunto de las paredes de la cámara de combustión (combustible gaseoso).

2. Limpie y examine el conjunto del surtidor de gasolina (combustible gaseoso).

3. Limpie y examine las bujías de encendido.

En contraste con las horas operativas, los elementos siguientes suelen requerir una inspección o mantenimiento de manera regular. Los intervalos de tiempo son semana, mes, semestre, o año.

Cada semana 1. Nivel del depósito de gasolina principal: mantégalo tan lleno como sea posible.

2. Nivel de combustible del tanque diurno.

3. Nivel del líquido refrigerante (refrigeración por agua): el líquido refrigerante debe contar con un inhibidor de moho y un anticongelante, si procede.

4. Correas del ventilador y del alternador.

5. Tubos y conexiones.

6. Funcionamiento del calentador del líquido refrigerante (si procede).

7. Funcionamiento del calentador de aceite (si procede).

8. Pilas y acumuladores: compruebe la limpieza, el nivel de electrólito, y las conexiones de cable.

9. Cargador de la batería: observe la intensidad de la corriente de carga.

10. Trampilla de condensación del extractor: drene el agua hacia fuera.

11. Área de la fuente de suministro de emergencia: examine el estado de limpieza general. Limpie el sistema entero. Para un área excepcionalmente limpia, el intervalo de tiempo entre limpieza y limpieza puede ser más largo.

12. Pruebas corrientes. Arranque el generador y observe lo siguiente (la carga preferiblemente): a. Sistema de carburante: compruebe el funcionamiento de la bomba de combustible auxiliar del solenoide de combustible (si procede) y el funcionamiento general del sistema de carburante. b. Sistema lubricante: observe la presión del aceite de motor y apúntela. c. Dispositivo de escape: examine para saber si hay conexiones y escapes duros. Examine la condición del silenciador, de la línea del extractor, y del soporte del extractor. d. Sistema de refrigeración: observe la temperatura de funcionamiento y apúntela (el motor debe funcionar durante suficiente tiempo para calentarse). e. Carga de batería: observe el índice de carga del generador. f. Metros: observe el funcionamiento general.

13. Documentación del sistema: compruebe que el manual de uso, el esquema eléctrico, el horario Educación a distancia – Página 55

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de mantenimiento, y el registro son accesibles a al personal de mantenimiento.

Cada mes 1. Sistema de refrigeración (refrigeración por agua): examine para saber si el flujo es adecuado.

Quite cualquier material que interfiera con la circulación de aire del radiador, etc.

2. Ventilación: las entadas y salidas de aire deben contar con una circulación sin restricciones.

Compruebe la seguridad de funcionamiento del conducto. Compruebe el funcionamiento de cualquier rejilla a motor.

3. sistema de carburante: drene el agua del tanque de gasolina principal y de los depósitos diurnos si procede. Compruebe la ventilación del depósito de gasolina.

4. Batería: compruebe la gravedad específica del electrólito. Limpie los terminales de la batería.

5. Lámparas indicadoras del funcionamiento del sistema: compruebe su funcionamiento mediante conmutadores de prueba, si están equipadas con éstos.

6. Conmutador de transferencia y dispositivo de distribución paralela (si procede); los armarios interiores deben estar limpios y libres de objetos extranjeros. Compruebe el aspecto del aislamiento del cableado y el color de los terminales.

Cada 6 meses 1. Sistema de refrigeración (refrigeración por agua): compruebe si hay moho y escoria. En caso de necesidad, vacíe el sistema y substituya el líquido refrigerante.

2. Dispositivos de parada de alarmas del motor.

3. Control del conmutador de transferencia: examine los componentes y compruebe los ajustes de los tiempos de retraso, de los sensores de voltaje, y del ejercitante, si procede. Limpie el armario con aire de baja presión, filtrado, y comprimido.

4. Control del generador: limpie el interior con aire de baja presión, filtrado, y comprimido.

5. Dispositivo de distribución paralelo (si procede): examine los componentes, las barras de distribución, y las conexiones del alimentador. Limpie el armario con aire de baja presión, filtrado, y comprimido.

Cada año 1. Generador: mida las resistencias del aislamiento de las bobinas con un Megger®. Registre las lecturas.

2. Dispositivo de distribución paralelo (si procede): realice pruebas de aislamiento y registre las lecturas.

Expedientes de mantenimiento Los expedientes de mantenimiento y de servicio llevados a cabo en el sistema de abastecimiento de emergencia tienen dos ventajas principales. Ayudan a asegurar que los procedimientos de mantenimiento han sido realizados, y proporcionan un historial excelente del sistema. Un impreso de expediente de mantenimiento debe tener entradas para la fecha, el trabajo de mantenimiento realizado, el personal implicado, y demás comentarios generales (el impreso también podría incluir las entradas para los costes del trabajo y de las inspecciones). Mostrará si los horarios han sido respetados y si fue el personal autorizado el que realizó el mantenimiento. El historial de mantenimiento puede recalcar los problemas repetidos o los síntomas de un problema en el sistema.

Puede convertirse en una referencia para la comunicación con un fabricante para la reparación de averías, o para los propósitos de garantía.

Ejercitación del sistema La mayoría de los motores que no han sido usados durante períodos prolongados mostrarán dificultades al arrancar. Por esta misma razón, el EPSS necesita un programa regularmente Educación a distancia – Página 56

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programado de ejercitación para asegurar un funcionamiento inmediato. El programa puede utilizar una prestación automática de ejercitación de un conmutador de transferencia o iniciar el programa manualmente. El uso frecuente del sistema beneficia especialmente al generador. Evapora el agua del sistema de engrase, de las bobinas del generador y envuelve las piezas móviles internas con una capa de aceite. La ejercitación, con carga si es posible, debería, durante al menos 30 minutos, evaporar el agua en el sistema de engrase y minimizar la acumulación de carbono del motor y la acumulación de suciedad en el sistema extractor. La ejercitación del sistema debe hacerse por lo menos una vez a la semana. Un ejercitador automático puede ajustarse dependiendo de la longitud y de la cantidad de ejercicios de ejertización llevados a cabo sin supervisión. Las pruebas iniciadas manualmente presentan las mismas ventajas que las iniciadas automáticamente, salvo que éstas requieren la presencia de personal de mantenimiento. Sin embargo, el personal puede utilizar estos períodos para familiarizarse con el sistema, para entrenar a otros miembros del personal, o para realizar la inspección del sistema.

5.10.- Consumo en espera y energía eléctrica de emergencia – Pilas y acumuladores Una batería es un dispositivo que consiste en una o más células que almacenan energía química que se puede convertir en energía eléctrica a voluntad. La unidad de medida de esta energía eléctrica es el kilovatio-hora (KVH), pero energía de salida se suele medir en amperios-hora (Ahr) porque es una cantidad fácilmente mensurable que se usa para indicar la capacidad de trabajo. Una célula es la unidad más pequeña que compone una batería. Los componentes mínimos de una célula son dos electrodos disímiles, un electrólito, que conduce la energía eléctrica de la célula, y un envase. Se añaden otros componentes como separadores, cubiertas, y salidas de ventilación para mejorar el funcionamiento, la vida útil, o el uso de la célula. La capacidad de una batería depende de la construcción interna de las células. El voltaje de la batería es la suma del voltaje de cada célula conectada en serie. El voltaje de la célula es una función del material del electrodo y del electrólito.

Una célula primaria es una célula que no puede recargarse fácilmente porque la reacción electroquímica es irreversible. Los principales tipos de células primarias son las de carbono-cinc (CZn) y las alcalinas. Estas pilas y acumuladores se usan más bien cuando lo que sobre todo importa es la vida útil, el drenaje de poca intensidad, el uso infrecuente, y el coste inicial bajo. Las desventajas de estas células incluyen corriente de salida baja, caídas de alta tensión de gran intensidad, y la incapacidad de recarga. La selección del tipo apropiado dependerá del coste, de la salida de energía, de la llamada de corriente, de la frecuencia de uso, y de la cantidad de protección contra fugas requerida. Las células primarias se pueden encontrar en linternas, instrumentación, sistemas de alarma, cámaras, y muchos dispositivos portátiles de baja potencia. Las células secundarias son completamente reversibles. La energía química puede restaurarse fácilmente suministrando energía eléctrica a la célula mediante un proceso denominado recarga. Las células sólo pueden almacenar una cantidad limitada de energía. Ninguna sobrecarga almacenará energía adicional. La batería de plomo es la forma más común de célula secundaria; cumple la mayoría de requisitos industriales para las aplicaciones de tracción, aplicaciones estacionarias, y de arranque.

Los avances tecnológicos han dado lugar a acumuladores y pilas de plomo sellados que se utilizan sobre todo en usos portátiles de energía. Otro tipo de célula secundaria usada en las plantas industriales es la batería de níquel (NiCd). Se utiliza de vez en cuando en las aplicaciones de tracción, aplicaciones estacionarias, y de arranque cuando el coste no es un factor determinante. La batería de níquel-cadmio se utiliza con frecuencia en usos de energía portátiles debido a su capacidad para proporcionar una salida ligera y de gran intensidad en servicios de ciclos repetidos a un coste razonable.

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Clasificación por uso Una planta industrial suele tener diversos tipos de pilas y de acumuladores de muchos tamaños y formas. Las pilas y los acumuladores pueden abarcar desde una célula que pesa unos pocos gramos hasta una batería que llene un cuarto y pese muchas toneladas. La salida eléctrica de las pilas y de los acumuladores puede abarcar desde unos pocos milivatios hasta centenares de kilovatios. Las plantas industriales suelen utilizar pilas y acumuladores como energía portátil, fuerza motriz, arranque de motor, y/o aplicaciones estacionarias.

Energía portátil Estas células, pilas y acumuladores se diseñan para ser transportadas fácilmente y cubren las necesidades energéticas de iluminación, de las herramientas eléctricas, de la instrumentación, de la comunicación, y de las señales de alarma portátiles. Están selladas para evitar fugas y pueden ser no recargables (célula primaria) o recargables (célula secundaria) dependiendo de la carga y del uso.

Estas pilas y acumuladores suelen proporcionar energía de poca intensidad intermitente o constante por largos periodos de tiempo. La vida útil puede abarcar desde unas pocas horas hasta muchos años dependiendo de las condiciones de carga y de ciclo. La tabla 5. 44 expone las características tenidas en cuenta en la selección de células portátiles de energía.

Fuerza motriz Estas pilas y acumuladores están diseñados para un servicio de ciclo repetido que suministra energía para propulsar y para hacer funcionar las carretillas industriales accionadas eléctricamente, las barredoras, los depuradores, los vehículos de golf, el equipo minero, y los vehículos eléctricos. Las pilas y acumuladores de plomo, de litio y automotrices suelen ser los tipos más usados para este servicio. Estas pilas y acumuladores suelen proporcionar una energía intermitente y de alta tensión de 3 a 10 horas y con una profundidad de descarga del 80 por cierto entre recargas. Se descargan de 3 a 10 veces por semana con una vida útil que varía desde un único año hasta los 7 años.

Gama de modelos de células de energía portátiles Primario Peso, lb (kg)

Secundario

0,1-5,0 (0,045-23)

0,1-5,0 (0,045-2,3)

Volumen, in (cm )

0,5-200 (6-2500)

1-200 (12-2500)

Voltaje por célula

1,3-1,5

1,2-2,0

5-h capacidad, A·h

0,1-6,0

0,1-10,0

Número de ciclos

Ninguno

100-1000

Coste, dólares por célula*

1-20

2-40

Tipos generales

Carbono

Níquel-cadmio

Mercurio

Plomo (GEL)

Alcalino

Plomo (cerrado)

3

3

(Robert C. Rosaler, 2004) Gama de modelos de pilas y acumuladores de fuerza motriz estándar Mínimo

Máximo

Peso, lb (kg)

30 (14)

7.000 (3.200)

Largo, in (cm)

10 (25)

60 (150)

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Proyecto Nireas Anchura, in (cm)

7 (0,8)

45 (120)

Altura, in (cm)

9 (23)

36 (90)

Voltaje por batería, V

6

96

Número de células

3

48

6-h capacidad, A·h

50

2.000

1000

2.000

1

7

100

15.000

Ciclos Vida útil, años Coste, dólares por batería* Tipos general: Carretilla industrial, carretilla minera, carro de golf, vehículo automotor, vehículo eléctrico

(Robert C. Rosaler, 2004) Arranque del motor Estas pilas y acumuladores están diseñados para satisfacer las necesidades energéticas eléctricas de los motores de combustión interna usados en aplicaciones móviles e inmóviles. Estos requisitos incluyen el arranque, la iluminación, y la ignición (SLI). Algunas pilas y acumuladores de níquel se utilizan en este tipo de aplicaciones pero la mayoría de pilas y acumuladores son de almacenamiento de plomo automotriz o industrial. Estas pilas y acumuladores suelen proporcionar energía de gran intensidad durante un corto período de tiempo durante el proceso de arranque del motor. Esto da lugar a una profundidad de descarga muy baja y de muchos ciclos.

Gama de modelos de pilas y acumuladores estándar de arranque de motor Mínimo

Máximo

Peso, lb (kg)

5 (2,3)

1.600 (700)

Largo, in (cm)

4 (10)

45 (115)

Anchura, in (cm)

3 (7,5)

30 (76)

Altura, in (cm)

3 (7,5)

20 (50)

Voltaje por batería, V

6

64

Número de células

3

32

Índice de rotación, A

50

3.500

Vida útil, años

2

8

Coste, dólares por batería*

30

12.000

Tipos generales: Motocicletas, automotor, camión, marina, aviones, locomotora diesel, y motor diésel estacionario

(Robert C. Rosaler, 2004) Estacionarias/Inmóviles Estas pilas y acumuladores están diseñados para ser instalados permanentemente en los soportes y usados en servicio flotante como fuente de reserva o de emergencia para los sistemas de comunicación, los dispositivos de distribución, el equipo de control, la energía de emergencia de corriente continua para la iluminación y el equipo de primera necesidad y las fuentes de alimentación ininterrumpidas (UPS). Los tipos más comunes de pilas y de acumuladores estacionarios son los de antimonio y calcio de plomo. También se pueden encontrar pilas y Educación a distancia – Página 59

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acumuladores de níquel y Édison para este uso. Los requisitos de alimentación de pilas y acumuladores estacionarios varían dependiendo del uso. Es particularmente importante elegir una batería con cuidado para que se ajuste a la carga y a los requisitos de ciclo de un uso en particular.

Las pilas y acumuladores estacionarios suelen estar diseñados para ajustarse a las condiciones de uso.

Carga de la batería Hay muchas maneras de cargar una batería. Los cargadores modernos se están automatizando cada vez más, reduciéndose las necesidades de mantenimiento y aumentando la vida útil de la batería.

Los métodos de carga usados dependerán del tipo de servicio y de la batería. La recarga de la batería siempre se debe llevar a cabo para volver a tener la cantidad de carga correcta. Tanto la sobrecarga y como la insuficiencia de carga son perjudiciales para la vida útil de la batería.

Corriente constante Es una carga que funciona a una intensidad constante. La intensidad suele ser la misma que la intensidad final o bien está por debajo. Una carga de entretenimiento de compensación es una carga constante de baja intensidad que mantiene la batería en un estado de carga completa. Esto debería usarse únicamente cuando la intensidad de carga coincide con la de la batería. Algunas pilas y acumuladores estacionarios de energía portátil y de pequeño tamaño usan el método de carga de entretenimiento de compensación.

Mantenimiento de la batería Es una buena práctica mantener las pilas y los acumuladores limpios y secos. La limpieza reduce las pérdidas debido a la resistencia de contacto y evita los cortocircuitos o las tomas de tierra a través de las películas conductoras de la suciedad. La disipación del calor mejora en las pilas y acumuladores limpios, ya que ayudan a reducir la temperatura de funcionamiento. Las pilas y los acumuladores suelen funcionar entre los 6 y los 71ºC. La congelación debería evitarse porque puede dañar permanentemente una batería. El almacenamiento o funcionamiento de alta temperatura reducirá considerablemente la vida útil. Para un funcionamiento y vida útil óptimos, deben respetarse las instrucciones de recarga y de mantenimiento del fabricante. Las pilas y acumuladores de energía portátil requieren poco mantenimiento aparte de tener que estar limpios, secos, y refrigerados. El mantenimiento de la célula primaria se limita al reemplazo cuando se encuentra alguna fuga o al descargarse. Las células portátiles secundarias de energía requieren carga cuando están descargadas y reemplazo cuando tienen fugas. Puesto que la mayoría de células portátiles secundarias de energía son de níquel, la recarga se debe llevar a cabo después de una descarga completa. Una carga repetida después de una descarga parcial sólo reducirá la capacidad. La energía motriz, el arranque del motor, y las pilas y acumuladores estacionarios requieren limpieza, aprovisionamiento de agua, y carga. Durante la limpieza, el electrólito en las cubiertas de la célula o de los conectores debería neutralizarse y limpiarse para evitar la corrosión y los cortocircuitos. El agua recomendada para pilas y acumuladores o el agua destilada deben añadirse cuando sea necesario para mantener el electrólito entre el nivel alto y bajo. El nivel del electrólito siempre debe estar sobre las placas. Las burbujas de gas creadas durante la carga desplazan el volumen haciendo que el nivel del electrólito aumente. Por lo tanto, el agua debe añadirse cuando la batería esté en carga y formando gas. Si se añade agua después de que el gas se haya disipado del electrólito, se debe dejar sitio para la expansión. Las conexiones de la batería y el equipo de carga deben comprobarse por lo menos una vez al mes. Una conexión mala o sucia puede reducir la capacidad de funcionamiento o causar una explosión. Los malos funcionamientos en el equipo de carga pueden causar sobrecarga o insuficiencia de carga lo que reducirá la vida útil de la batería. Los expedientes de mantenimiento de las pilas y acumuladores son útiles para programar acciones de mantenimiento periódico como la comprobación del equipo de carga, mantener la batería limpia, y Educación a distancia – Página 60

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el mantenimiento de niveles. Los expedientes también pueden usarse para localizar áreas problemáticas.

Seguridad de la batería Se deberían tomar precauciones a la hora de utilizar, almacenar o reparar una batería debido a los riesgos químicos, explosivos y eléctricos asociados a todas las pilas y acumuladores.

Riesgos químicos Las pilas y los acumuladores contienen líquidos corrosivos que pueden ser dañinos al contacto.

Lleve siempre ropa protectora cuando está expuesto a líquidos corrosivos.

Riesgos explosivos Alguna pilas y acumuladores conllevan un riesgo de explosión debido al gas de hidrógeno liberado durante la carga. Este riesgo se controla mediante la ventilación y evitando la ignición por chispas o llama abierta en áreas de carga.

Riesgos eléctricos Las pilas y acumuladores de alto voltaje deben tratarse como cualquier otra fuente de alto voltaje para evitar los riesgos de descarga eléctrica. Se deben tomar precauciones manteniendo objetos metálicos lejos de los conectores y de los terminales de la batería para evitar cortocircuitos. Una batería almacena gran cantidad de energía que puede liberarse rápidamente cuando se produce un cortocircuito. Las pilas y los acumuladores son seguros cuando se ponen en práctica las medidas de seguridad apropiadas. Todos los miembros del personal que trabajen con pilas y acumuladores deben ser entrenados para que conozcan las prácticas de uso y de seguridad dictadas por el fabricante de la batería para prevenir lesiones y daños.

5.11.- Conjunto generador Hay tres tipos básicos de generadores eléctricos rotatorios: síncrono de corriente alterna, de inducción de corriente alterna, y rotarorio de corriente continua.

En teoría, todo la energía generada por las empresas eléctricas y los turbogeneradores industriales es suministrada por los generadores síncronos de corriente altera. Este tipo de generador incluye un sistema de excitación que se utiliza para regular la potencia de salida y el factor de potencia. Este capítulo se centrará por lo tanto en los generadores síncronos de corriente alterna.

Los generadores de inducción son motores de inducción enjaula que superan la velocidad síncrona.

No tienen un sistema de excitación y por lo tanto no pueden controlar la potencia o el factor de potencia. El sistema debe suministrar la excitación. Los generadores de inducción suelen usarse cuando la energía desperdiciada es muy pequeña o cuando existe potencial hidráulico; están controlados por una turbina de vapor, un expansor de gas, o una turbina hidráulica para recuperar la energía en la corriente de energía. En estos casos es económico ajustar el factor de potencia y la potencia en otros generadores síncronos mayores en el sistema.

Los generadores rotatorios de corriente continua han sido substituidos casi en su totalidad por rectificadores de silicio estáticos. La demanda de generadores rotatorios de corriente continua se limita a algunos usos muy especiales como ascensores y grandes excavadoras. No se ha desarrollado ningún método práctico para reducir el alto mantenimiento necesario asociado a los

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conmutadores y a los escobillas de los generadores de corriente continua.

Generadores síncronos El principio fundamental de uso de los generadores síncronos de corriente alterna es que el movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético induce un voltaje en el conductor.

La magnitud del voltaje es proporcional a la tasa a la cual el conductor corta las líneas de flujo. La disposición más común consiste en un electroimán cilíndrico que gira dentro de un conductor estacionario. El electroimán recibe el nombre de campo. Los conductores constituyen el armazón.

Una fuente externa de energía de corriente continua es aplicada a través de los anillos del colector en el rotor. La fuerza del flujo y por lo tanto el voltaje inducido en el armazón es regulada por la corriente de corriente continua y el voltaje suministrados al campo. La corriente alterna es producida en el armazón mediante la revocación del campo magnético al tiempo que los polos norte y sur pasan por los conductores individuales. Las líneas de flujo magnético forman siempre un circuito cerrado. Confinar el campo de flujo en materiales con alta permeabilidad (baja resistencia al flujo magnético) intensifica la densidad del flujo. La permeabilidad de ciertos aceros es miles de veces mayor que la del aire. La densidad de flujo en las caras del polo es proporcional al amperiovuelta en los polos y a la permeabilidad combinada de todos los materiales en el circuito incluyendo el núcleo del rotor, el núcleo del estator, y la rejilla de aire. El núcleo del estator está hecho con láminas de acero para proporcionar un trayecto magnético de alta permeabilidad y un trayecto eléctrico de alta resistencia para minimizar el voltaje inducido y la generación inherente de calor.

Todos los generadores, excepto los modelos muy pequeños, tienen tres fases, cada fase estando formada por varios conductores.

Hay dos parámetros que limitan las salida de un generador: 1. Saturación de la densidad de flujo. Mientras que la corriente del campo existente aumenta, se alcanza un punto en el que la densidad de flujo deja de aumentar debido a la saturación de hierro en el núcleo. El generador, cuya potencia se mide en kilovoltamperios (kVA), suele estar cerca de este punto de saturación de flujo.

2. Subida de temperatura de las bobinas y del aislamiento debido a las pérdidas. Se incluyen las pérdidas debido a la excitación de la corriente en los inductores, a la corriente de corriente alterna en las bobinas del armazón, al circuito magnético, y a las corrientes de fuga o campos magnéticos que se generan.

Los generadores síncronos de corriente alterna se clasifican por su método de enfriamiento y sistema de excitación. El diseño a elegir se ve determinado por el tipo de motor primario que regula el generador, la potencia necesaria, y el funcionamiento (por ej., funcionamiento continuo o intermitente, ambiente limpio o sucio).

Generadores refrigerados por aire Los generadores refrigerados por aire se fabrican según dos modelos básicos: abiertos (open ventilated (OV)) y cerrados con refrigeración por agua (totally enclosed water-to-air-cooled (TEWAC)). En el diseño abierto, el aire exterior entra directamente desde fuera de la unidad a través de los filtros, pasa a través del generador, y se expulsa fuera del generador. En el diseño cerrado, el aire circula dentro del generador y pasa a través de los cambiadores de calor aire-agua montados sobre soporte. El armazón del estator para un generador refrigerado por aire se divide en una sección interna y externa, los dos formando un único conjunto. El armazón interno es una estructura muy simple, diseñada para soportar el núcleo y la bobina del estator, mientras que le da cierta dirección al flujo de aire en la máquina. El núcleo del estator, hecho de acero de silicio de grano orientado por su escasa pérdida y alta permeabilidad, está instalado rígidamente en el armazón interno. El aislamiento de la vibración del núcleo del resto de la estructura se lleva a cabo mediante Educación a distancia – Página 62

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cojines flexibles colocados entre los pies en el armazón interno y la estructura base. El armazón externo es un simple cerramiento fabricado que soporta las entradas de aire y los silenciadores si la unidad es abierta. En el caso de que la unidad sea cerrada el armazón externo será el cerramiento del refrigerador. El armazón externo actúa, además, como guía del aire para completar el recorrido de la ventilación, y como un cerramiento insonoro para mantener los niveles de ruido lo más bajo posible. Puesto que el rotor está instalado sobre un pedestal, los escudos de los extremos son estructuras muy simples. Al igual que el armazón interno, el armazón externo está diseñado para estar libre de resonancias relacionadas con las frecuencias de funcionamiento. El generador entero está instalado en una base única que soporta los pedestales, los armazones internos y externos, y la conexión flexible de las escobillas o el excitador. La base contiene las tuberías para los suministros de aceite, los conductos para los cables, y varios componentes asociados a las líneas principales, tales como pararrayos y condensadores de protección. La vibración estructural de la base debe mantenerse lejos de cualquier frecuencia que sea motivo de preocupación. La bobina del estator es un diseño convencional de devanado imbricado. Los materiales de los generadores modernos están diseñados y son sometidos a pruebas con el fin de proporcionar un funcionamiento fiable con temperaturas de clase F durante la vida útil de la máquina. El cobre de la barra del estator se cablea y se aísla con materiales de clase F con el fin de que las pérdidas sean mínimas. El exterior de la barra se envuelve con un armazón conductor en la sección de ranuras, y un sistema semiconductor se aplica a los brazos de los terminales. De esta manera la barra queda completamente protegida contra los efectos de los altos gradientes eléctricos del voltaje. Las barras están sujetas en las ranuras con rellenos y con aisladores eléctricos de vidrio semiconductor (muelle de ondulación) para aumentar la fricción entre la barra y la pared de las ranuras. Los aisladores eléctricos de vidrio también son conductores para asegurar una puesta a tierra apropiada de la superficie de la barra. El sistema de soporte de la extremidad de la bobina utiliza tirantes de filamento de vidrio impregnados de resina. Todos los filamentos se sueldan juntos en un bloque sólido y entonces las barras superiores e inferiores se sueldan juntas con placas de cobre sólidas. Esto proporciona una conexión eléctrica sólida y una junta mecánica reforzada.

El rotor es una simple pieza de forja, instalado sobre un pedestal, con cojinetes de segmentos oscilantes para asegurar su buen funcionamiento. En las unidades más pequeñas, el rotor es lo suficientemente corto como para que la segunda velocidad crítica esté por encima de la velocidad de marcha corriente, simplificando así el equilibrio. El anillo de retención es de acero inoxidable no magnético con pérdidas bajas y con buena resistencia a la corrosión por tensión. Los anillos se ajustan sobre el cuerpo del rotor, eliminando así cualquier riesgo de fractura por quemadura. El anillo de retención se asegura al cuerpo del rotor con un anillo de retención, un diseño que minimiza las tensiones en la punta del anillo de retención. De gran eficacia, los ventiladores de flujo radial se instalan en el anillo de centrado a cada extremo del rotor. Los ventiladores proporcionan aire de refrigeración para la bobina y el núcleo del estator. La bobina del rotor, que es de un diseño de flujo radial de refrigeración directa, es autobombeada y depende del ventilador para el flujo de aire. La bobina del rotor está colocada en una ranura rectangular y está sujeta por una cuña larga en las máquinas más cortas. Cuando las ranuras cruzadas se necesitan en rotores más largos, se utilizan varias cuñas en cada ranura. El aislamiento de la ranura del rotor, el aislamiento de espira, y otros materiales en contacto con la bobina son materiales de la clase F. Generadores refrigerados por hidrógeno/agua Se pueden conseguir diseños de generadores aún más compactos mediante el uso de la refrigeración por agua directa del bobinado del inducido del generador. Estos diseños emplean filamentos de cobre huecos a través de los cuales desionizan flujos de agua. El agua de refrigeración se suministra a través de un patín instalado en base auxiliar de ciclo cerrado. El agua fría entra a la bobina a través de un cabezal de distribución en el extremo de la conexión del generador y el agua caliente se descarga de manera similar en el extremo de la turbina del generador. El voltaje del armazón y la Educación a distancia – Página 63

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corriente de los generadores refrigerados por hidrógeno/agua son perceptiblemente más altos que los de aire o hidrógeno. En consecuencia, la esfuerzo eléctrico del aislamiento y las fuerzas de los bobinados del inducido pueden ser varias veces mayores que los experimentados en las unidades de menor calificación. Estos requisitos de diseño únicos deben abordarse con sistemas especialmente configurados de material basado en epoxi-mica.

Sistema de excitación El sistema de excitación proporciona energía magnetizante (alrededor del 1 por ciento de la potencia de salida del generador) para el inductor rotatorio y controla exactamente la cantidad de energía magnetizante para mantener el control sobre la potencia de salida del generador y sobre el factor de potencia. En la actualidad existen varios sistemas de excitación que se clasifican según la fuente de energía del excitador: • • • •

Generador de corriente continua con conmutador.

Generador de corriente alterna y rectificadores estacionarios.

Generador de corriente alterna y rectificadores rotatorios (sin escobilla).

Transformadores en el generador principal y rectificadores (excitación estática).

La energía de excitación se toma del conmutador en el rotor del generador de corriente continua y se aplica al campo de rotación principal del generador a través de los anillos del colector. La tensión de salida del generador principal se controla usando un regulador de tensión que varía la excitación del estator del generador de corriente continua. Puesto que los sistemas de excitación de corriente continua con conmutador requieren mucho mantenimiento debido al conmutador y a las escobillas, la invención de los rectificadores de estado sólido ha reducido el uso de este equipo a favor de los generadores de corriente alterna rectificados a corrientes continuas usando los rectificadores de diodo de silicio. Los métodos de puesta en marcha de estos sistemas se basan en los rectificadores estacionarios o en los rectificadores giratorios.

El excitador de corriente alterna tiene un campo de rotación, al igual que el generador principal. La salida del excitador se toma de sus bobinados del inducido estacionarios, es convertida en corriente continua por los rectificadores de diodo de silicio, y aplicada al campo de rotación del generador principal a través de los anillos del colector. El sistema de control es similar al sistema del generador de corriente continua, salvo que la excitación es transferida hasta el campo de rotación del excitador por los anillos del colector. Este tipo de sistema se utiliza para los generadores de más de 400.000 kVA donde la energía de excitación puede llegar a alcanzar los 7000 kW. Invierte el campo del excitador y el armazón, de modo que elimina ambos sistemas de anillos del colector. La tensión de salida del generador principal se controla a través del campo del excitador en el estator.

El armazón del excitador y los rectificadores de diodo y de silicio están en el eje principal, conectados directamente al campo del generador principal, y el control del generador se lleva a cabo a través del hueco de aire del excitador variando la corriente del campo del excitador estacionario.

Este sistema elimina todos los anillos del colector, de ahí el nombre de sin escobilla. Un sistema de excitación estática elimina la necesidad de un generador separado para la excitación. La energía de excitación es proporcionada por los terminales del generador principal a través de los transformadores de excitación. La salida controlada de corriente alterna de los transformadores es convertida en corriente continua por los rectificadores de diodo de silicio y aplicada al campo del generador principal a través de los anillos del colector. Si comparamos los sistemas de excitación, se puede ver que cada uno tiene sus ventajas. Mientras que el sistema sin escobilla elimina los anillos del colector, un fallo del rectificador rotatorio puede causar un apagón. En cambio, el sistema de excitación estática suele proporcionar sistemas paralelos de rectificadores estacionarios, Educación a distancia – Página 64

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así que una carga plena puede llevarse a cabo con un banco fuera de servicio. Sin embargo, este sistema requiere un mantenimiento periódico de las escobillas, lo que puede hacerse durante su funcionamiento. Para aquellos usos en los que se necesita más de un sistema de excitación de nivel base, los excitadores de fuente de energía estática compuesta pueden utilizarse. En un sistema compuesto, la energía de excitación se deriva tanto de una fuente de voltaje, como de una fuente de corriente. La fuente de voltaje soporta el funcionamiento durante periodos sin carga, y cuando el generador está suministrando corriente de carga, una porción de la excitación del campo se deriva de la corriente de carga del generador. Combinar el potencial y las fuentes de corriente permite una energía de excitación completa que puede suministrarse a través de las perturbaciones del sistema con una tensión en línea del generador muy baja. Esta característica de funcionamiento puede tener valor en algunos usos del sistema eléctrico. El puente rectificador es un tipo de tiristor de desviación, lo que quiere decir que la disposición del puente permite que el punto de ignición de los tiristores se pueda utilizar para controlar o “desviar” la cantidad de corriente de excitación que alcanza el campo del generador. La función principal del sistema de excitación es suministrar energía bajo forma de corriente continua y voltaje al campo del generador, creando el campo magnético. El sistema de excitación también incluye el equipo de control y protector que regula la salida eléctrica del generador. Los diseños actuales de transmisión de los complejos sistemas eléctricos, el funcionamiento y las características de protección de un sistema de excitación deben evaluarse tan cuidadosamente como las características de diseño de un soporte físico (hardware). El voltaje de excitación es un factor clave para controlar la salida del generador. Una característica deseable en un sistema de excitación es su capacidad para producir altos niveles de voltaje de excitación (límite) muy rápidamente después de un cambio en el voltaje terminal. Un sistema de excitación de alta respuesta inicial (HIR) está definido por el IEEE como aquel que alcanza el 95 por ciento de un voltaje específico límite en 0,1 o menos. Para aquellas unidades que forman parte de un sistema de energía en red, esta velocidad para restaurar las condiciones del sistema de energía reduce la tendencia a la pérdida de sincronización.

Una segunda característica deseable en el funcionamiento de un sistema de excitación es el nivel o la cantidad de voltaje límite que puede alcanzar. El factor de respuesta (RR) (o la respuesta nominal) es un término útil para cuantificar el voltaje forzado o límite disponible procedente del excitador. El factor respuesta es el índice medio de subida del voltaje del excitador durante la primera mitad del segundo después del inicio del cambio dividido entre el voltaje de campo asignado del generador. Se expresa en unidades (PU) de voltaje de campo asignado.

Por regla general, los excitadores rotatorios convencionales, como los rectificadores rotatorios, cuentan con un tiempo de respuesta más lento debido a las constantes de tiempo de los componentes magnéticos rotatorios. En excitadores estáticos de acción rápida, la salida máxima del excitador está disponible casi instantáneamente al indicar a los tiristores que controlan que proporcionen un forzado completo. Puesto que el RR es proporcional al área debajo de cada curva, el excitador de HIR, alcanzando el límite especificado de 150 por ciento casi instantáneamente, exhibirá un RR más alto. Siguiendo este razonamiento, los excitadores compuestos pueden proporcionar niveles de funcionamiento totales más altos puesto que emplean un puente rectificador de HIR controlado por un tiristor y, además, pueden capitalizarse en la propia corriente de falta para conducir los componentes magnéticos del excitador hasta los voltajes de salida de límite alto.

Generadores de inducción El estator de un generador de inducción es similar al de un generador síncrono. El rotor se diferencia del rotor del generador síncrono en que no hay excitación y los conductores están cortocircuitados juntos en los extremos del rotor por un anillo anular. Esta disposición se asemeja a una jaula, que debe su nombre al tipo de bobina. El generador de inducción suministra potencia activa en kilovatios, que regula la energía de alto coste del sistema. La potencia imaginaria, Educación a distancia – Página 65

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kilovars, es atraída por el generador de inducción; requiere una capacidad instalada por algún otro dispositivo en el sistema, pero sólo consume una cantidad insignificante de energía. Una máquina de inducción funciona a una velocidad síncrona con carga cero. El rotor gira a la misma velocidad que el campo de flujo giratorio en el estator, y no se corta ninguna línea de flujo. Cuando se aplica un esfuerzo de torsión de carga, la velocidad del rotor desciende hasta que se alcanza un esfuerzo de torsión completo del 2 al 5 por ciento. Como generador, el conductor debe exceder los límites de velocidad del generador de un 2 a un 5 por ciento para alcanzar una salida eléctrica completa. Los generadores de inducción no pueden funcionar independientemente en un sistema aislado. Sólo pueden funcionar paralelamente a los generadores síncronos que regulan el voltaje y suministran los kilovares necesarios para superar la energía de retardo de la generación de inducción. Los generadores de inducción son más simples y tienen un coste inicial más bajo que los generadores síncronos. Han sido usados para recuperar energía ampliando las corrientes de gas residual y el vapor de baja presión. En algunas aplicaciones una turbina de recuperación de energía o un ampliador controlan un generador motor de inducción y otra bomba o compresor en el mismo eje.

El generador motor puede suministrar o absorber el esfuerzo de torsión cuando la energía de los otros dos dispositivos está desequilibrada.

5.12.- Iluminación La iluminación apropiada de una planta puede ser uno de los factores más significativos a la hora de mejorar su planta. Los estudios han demostrado que una iluminación apropiada aumenta la productividad de los trabajadores y disminuye el absentismo. Además, la energía de una planta de tratamiento de aguas residuales puede mejorar la iluminación al tiempo que disminuye el coste energético. Para elegir correctamente, planear, y ejecutar un sistema de iluminación con éxito, se deben evaluar las necesidades, determinar la fuente de luz, y considerar la creación de múltiples diseños. Boeing disminuyó su gasto de energía en materia de iluminación un 90 por ciento actualizando la iluminación, creando un ROI (rentabilidad de la inversión) del 53 por ciento. Esto último no tiene en cuenta la mejora del 20 por ciento en las tasas de pérdidas que se encontraron después de la actualización de la iluminación.

Criterios a tener en cuenta en relación con la iluminación ¿Qué cantidad y qué tipo de luz se necesita? Esto depende del tipo de trabajo que se esté realizando.

Un área de inspección del control de calidad suele necesitar niveles de luminosidad mucho más altos que un almacén de materia prima. No cometa el error de iluminar toda la planta de la misma manera. Se trata de algo muy sencillo, pero terminará gastando demasiado en áreas demasiado iluminadas y la falta de iluminación podría ser perjudicial para la producción. Como ya se ha mencionado, un área bien iluminada puede disminuir el descontento y el absentismo y al mismo tiempo aumentar la producción. Industrias y tareas diferentes requerirán diferentes niveles de iluminación. Si no tiene acceso a esta publicación, su representante local podrá suministrarle una copia de los datos pertinentes. Una vez determinadas las instrucciones de iluminación, examine un plano de la planta e identifique qué tareas se están realizando y dónde. Suele ser una buena idea destacar en diversos colores las áreas de trabajo que requieren diversos niveles de luminosidad (pies-candela). ¿Con qué nivel de efectividad debe una fuente de luz reproducir los colores? Cuanto mayor sea el índice de rendimiento del color (CRI) de una lámpara, mejor reproducidos estarán los colores individuales. El CRI compara con qué nivel de aproximación una fuente de luz reproducirá los colores a un nivel estándar. El estándar suele ser una lámpara incandescente, que es, por definición, un cuerpo negro y tiene un CRI de 100, el grado más alto. Las lámparas de haluro de metal suelen tener un CRI de entre 65 y 85. En comparación, las lámparas de sodio de alta presión

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tienen un CRI de 22.

Fuentes de luz para plantas industriales Fuente

LPW*

CRI**

Color

Vida útil, h

Nota media

Incandescente

5-15

100

2800K

50-3000

Malo

Alógeno

15-25

100

2900K

2000-5000

Pobre

Fluorescente

40-80

62-90

2700-6000K

6000-20.000

Suficiente

Mercurio

30-60

15

5700K

24.000+

Pobre

Sodio de alta presión

80-125

22

2000K

Hasta 24.000

Bueno

Haluro metálico

80-100

65-70

2700-4000K

Hasta 20.000

Mejor

110-110

65-75

3000-4000K

Hasta 30.000

El mejor

Haluro metálico impulso de arranque

con

* Lúmenes por vatio. ** Índice de rendimiento del color.

(Robert C. Rosaler, 2004) ¿Y qué pasa con los colores claros (en grados Kelvin) y el CRI? ¿Hay algún área de trabajo que requiera coordinación mano-ojo, lectura, y distinción entre las piezas? Si es así, se necesitará probablemente (4000K) una fuente de luz blanca y un alto CRI (65 o más). Si un área está destinada únicamente al almacenamiento, será suficiente con una temperatura de color bajo y un CRI más bajo. Aún así, hay que tener cuidado. Las lámparas de bajo CRI, como las de sodio de alta presión, pueden dan lugar a equivocaciones relacionadas con errores de selección o errores de envío. Una vez que se hayan determinado las necesidades de la instalación, se debe elegir una fuente de luz que cumpla con los requisitos necesarios.

5.13.- Glosario Relé de aceleración: relé usado para ayudar al motor que arranca o que acelera de una velocidad a otra. Puede funcionar mediante: aceleración de límite de corriente (armazón-corriente); aceleración de fuerza contraelectromotriz (armazón-voltaje); o aceleración de tiempo definido.

Arranque de conexión directa: método que conecta el motor directamente con la línea de suministro durante el arranque.

Accionador: la leva, brazo o pieza mecánica similar usada para activar un dispositivo.

Temperatura ambiente: temperatura del ambiente circundante.

Corriente permanente admisible: capacidad de carga de corriente de los conductores eléctricos, expresada en amperios.

Amperios: la unidad de intensidad de la corriente eléctrica en un conductor producida por el voltaje aplicado.

Amperios a plena carga (FLA): corriente extraída por el motor cuando el motor proporciona una potencia determinada a una velocidad determinada (velocidad a plena carga) y con una tensión determinada y una frecuencia aplicada al motor.

Amperios con rotor bloqueado (LRA) (corriente de arranque por amperio): corriente extraída por el motor con el rotor bloqueado (velocidad cero) y con una tensión determinada y una frecuencia aplicada al motor.

Amperaje de factor de servicio (SFA): corriente extraída por el motor cuando el motor proporciona una potencia de factor de servicio con una tensión determinada y una Educación a distancia – Página 67

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frecuencia aplicada al motor.

Sistema automático secuencial paralelo (ASPS): sistema de abastecimiento de emergencia que hace funcionar múltiples sistemas generadores en paralelo. Permite que el primer sistema alcance una velocidad aceptable después de recibir la orden de conectarse inmediatamente a las cargas críticas. Sincroniza y conecta automáticamente los sistemas restantes. Se aplica a menudo en instalaciones de atención sanitaria con un requisito de transferencia de 10 s.

Conmutador de transferencia automática (ATS): dispositivo de conmutación eléctrico que conecta alternativamente la carga con la fuente normal o de emergencia según sea necesario sin la implicación del operador. También puede incluir los controles que arrancan y detienen el sistema generador, supervisan la tensión y la frecuencia de ambas fuentes de energía, y realiza otras funciones de sincronización y de lógica. Véase también conmutador de transferencia no automático.

Freno: dispositivo de fricción electromecánica empleado para parar y retener una carga. Cuando se fija el freno, un muelle pone la superficie de frenado en contacto con una rueda de frenado que se junta directamente al eje del motor.

Circuito de bifurcación: porción de un sistema de cableado que se extiende más allá del dispositivo final de sobreintensidad de corriente que protege el circuito.

Inductor de escape: inductor electromágnetico usado en los contactores y los reguladores de arranque para desviar un arco cuando se interrumpe un circuito.

Circuito de bifurcación: conductores entre el dispositivo de sobreintensidad de corriente final que protege el circuito y las tomas de salida o el equipo en uso.

Bus(es): conductores metálicos, generalmente de cobre o aluminio, de gran tamaño utilizados para transmitir grandes cantidades de energía.

Condensador: dispositivo capaz de almacenar energía eléctrica. Está constituido básicamente por dos materiales conductores separados por un aislante.

Disyuntor: dispositivo diseñado abrir y cerrar un circuito mediante medios no automáticos y para abrir el circuito automáticamente durante una sobrecarga sin que éste sufra daños, si está correctamente instalado dentro de su límite (clasificado en amperios, voltios, y potencia).

Transición de ciclo cerrado (aplicado a los reguladores de voltaje reducido): método de arranque de motor según el que la energía al motor no es interrumpida durante la secuencia de arranque normal.

Regulador de arranque de combinación: regulador de arranque magnético con un medio de desconexión manual incorporado en el mismo cerramiento. La desconexión puede ser un conmutador motor-circuito (con o sin fusibles) o un disyuntor.

Carga conectada: la suma de las cargas continuas de la energía consumida por el aparato conectado.

Contactor: dispositivo para establecer e interrumpir repetidamente un circuito de energía eléctrica.

Los contactores de aplicaciones determinadas son aquellos que están diseñados para unos usos específicos como el aire acondicionado, la calefacción, y el control del equipo de refrigeración.

Regulador: dispositivo, o grupo de dispositivos, que sirve para controlar, de manera predeterminada, la energía eléctrica proporcionada al aparato al que está conectado.

Servicio del regulador: el uso específico del regulador. Fines generales: servicio estándar o usual.

Propósito definido: uso específico diferente del usual.

Control trifilar: función de control que incorpora un dispositivo piloto de contacto momentáneo y un contacto de retención de circuito para proporcionar protección contra la subtensión.

Control bifilar: función de control que utiliza un dispositivo piloto de contacto mantenido para proporcionar la emisión de la subtensión.

Función del regulador: regular, acelerar, desacelerar, arrancar, parar, invertir, o proteger los dispositivos conectados a un regulador eléctrico.

Regulador de tambor: dispositivo de conmutación manual con contactos estacionarios conectados con un circuito mediante la rotación de un grupo de contactos movibles.

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Dispositivo de protección de corriente admisible: dispositivos que incluyen los fusibles temporizados, los relés magnéticos, y los relés termales (generalmente situados en el motor o entre el motor y el regulador) que proporcionan un grado de protección al motor, al aparato de control del motor, y a los conductores de circuitos de bifurcación contra las sobrecargas o los fallos de arranque.

Amortiguador: dispositivo empleado para crear un tiempo de retraso. Consiste en un pistón que se mueve dentro de un cilindro lleno de un líquido o de un gas que se escapa a través de un pequeño orificio en el pistón. Los contactos movibles accionados por el pistón cierran el circuito eléctrico.

Demanda: nivel de energía suministrado por el sistema eléctrico durante un periodo de tiempo determinado.

Desexcitación (voltaje o corriente): voltaje o corriente a las cuales un dispositivo volverá una vez desenergizado.

Deber: funciones de regulador específicas. Continuo: carga constante, plazo largo indefinido. Breve periodo de tiempo: carga constante, cortocircuito o plazo específico. Intermitente: carga variable, intervalos alternos, periodos de tiempo específicos. Periódico: deber intermitente con condiciones de carga que se repiten. Variación: cargas variables, intervalos de tiempo variables, amplias variaciones.

Frenado eléctrico reostático: el proceso de desconectar el armazón de la fuente de energía, cortocircuitándola o añadiendo una resistencia limitadora de corriente a través de los terminales del armazón mientras que los inductores del campo siguen energizados.

Gestión de la demanda (DSM): medidas tomadas por una empresa para influenciar el nivel o la sincronización de la demanda energética de un cliente. Optimizando el uso de los recursos existentes, los programas de DSM permiten a las empresas diferir los gastos para añadir nueva capacidad de producción.

Rendimiento/eficiencia: la eficacia con la que un motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica, expresada como el ratio de salida de energía mecánica (vatios) en relación con la potencia de entrada eléctrica (vatios).

Salida de energía mecánica = energía eléctrica − pérdidas del motor Electroimán: imán en el cual el campo magnético es producido por una corriente eléctrica. Una forma común de electroimán es un inductor de cable enrollado en un núcleo de hierro laminado, como el elemento potencial de un medidor vatio-hora.

Electromecánico: término aplicado a cualquier dispositivo que usa energía eléctrica para conseguir movimiento mecánico magnéticamente.

Fuerza electromotriz (emf): la fuerza que tiende a producir una corriente eléctrica en un circuito.

La unidad común de la fuerza electromotriz es el voltio.

Control electrónico: término aplicado para definir el equipo electrónico, estático, la precisión, y el equipo de control electrónico asociado.

Dispositivo de protección electrónico: sistema de vigilancia en el cual se detecta la corriente en los conductores del motor y la característica termal del motor se reproduce mediante ciclos de calentamiento y de enfriamiento. Otros circuitos compensan las pérdidas del cobre y del hierro y detectan una fase perdida.

Regulador electroneumático: regulador eléctrico que lleva a cabo sus funciones básicas mediante la presión de aire.

Regulador de cara: regulador que tiene contactos de conmutación múltiples instalados cerca de un brazo selector en la parte delantera de una placa aislada. Las resistencias adicionales están instaladas en la parte posterior para formar una unidad completa.

Alimentador: los conductores del circuito entre el equipo de servicio y el dispositivo de sobreintensidad del circuito de bifurcación.

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Shuntado: método para aumentar la velocidad de un motor con excitación de campo reduciendo la corriente de campo con el fin de reducir la fuerza de campo.

Conmutador de flotador: conmutador que responde al nivel de líquido.

Conmutador de pedal: conmutador diseñado para ser usado por el pie de un operador.

Frecuencia: número de ciclos completos de corriente por segundo hechos por la corriente alterna.

Aunque a veces reciban el nombre de ciclos por segundo, el término preferido es hertzios.

Fusible: dispositivo protector contra la sobreintensidad con un elemento de ciclo abierto que se rompe por el calor producido por el paso de la sobreintensidad a través de éste.

Toma de tierra: conexión que, de manera intencional o accidental, permite a la corriente fluir entre un circuito eléctrico o equipo y la tierra.

Interruptor del circuito de fallos de conexión a tierra: dispositivo cuya función es interrumpir el circuito eléctrico a la carga cuando una corriente de fallos de conexión a tierra excede cierto valor predeterminado que es menor de lo requerido para hacer funcionar el dispositivo protector de sobreintensidad de la fuente de distribución.

Distorsión armónica: distorsión continua de la onda sinusoidal normal, dándose en frecuencias entre los 60 Hz y los 3 kHz. Impedancia: la suma de vector total de resistencia y de reactancia en oposición a la intensidad de corriente en un sistema de corriente alterna.

Inductancia: la propiedad de un inductor o de cualquier pieza de un circuito que lo hace oponerse a cualquier cambio en el valor de la intensidad de corriente que pasa través de éste. La unidad de medida de la inductancia es el Henrio (H).

Instantáneo: término calificativo aplicado al cierre de un circuito en el cual no se introduce ningún retraso a propósito.

Limitador: dispositivo eléctrico o mecánico, activado por una fuente externa, y usado para controlar el funcionamiento de otro dispositivo.

Capacidad de corte: la mayor intensidad de un voltaje asignado que un dispositivo puede interrumpir.

Tiempo inverso: término calificativo que indica que se ha introducido una acción retardada. Este retraso disminuye al tiempo que aumenta la fuerza operacional.

Virado eléctrico: la operación intermitente de un motor a velocidades bajas. La velocidad puede verse limitada por la resistencia en serie del armazón o el voltaje reducido del armazón.

Relé enganchador: relé que puede engancharse mecánicamente en una posición dada cuando son operados por un elemento y liberado manualmente o por la operación de un segundo elemento.

Interruptor de fin de carrera: dispositivo que transforma un movimiento mecánico o una posición física en una señal de control eléctrica.

Carga lineal: carga de energía predecible que tiene un perfil que cambia con el tiempo y la condición.

Carga: el equipo o el dispositivo operado por la corriente eléctrica. También, la corriente extraída por este dispositivo.

Factor de carga: el ratio de la corriente media al máximo exigido.

Corriente de rotor bloqueado: corriente de estado estacionario tomada de la línea con el rotor bloqueado y con un voltaje asignado (frecuencia determinada en el caso los motores de corriente alterna) aplicado al motor.

Esfuerzo de torsión del rotor bloqueado: el esfuerzo de torsión mínimo que un motor desarrollará en descanso para todas las posiciones angulares del rotor con un voltaje asignado aplicado a la frecuencia determinada.

Dispositivo de protección de bajo voltaje (sólo control electromagnético): la abertura del circuito del motor por el regulador a partir de una reducción o de una pérdida de voltaje. Se requiere arranque manual cuando se restaura el voltaje.

Emisión de bajo voltaje (sólo control electromagnético): el efecto de un dispositivo, operativo Educación a distancia – Página 70

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durante la reducción o el fallo del voltaje, para causar la interrupción de la fuente de alimentación al equipo, pero no para prevenir el restablecimiento de la fuente de alimentación al volver la tensión.

Regulador con microprocesador: controles de motor que utilizan un control de reacción y un ordenador con procesador, memoria, entrada-salida, teclado, y visualización.

Conmutador del circuito del motor: conmutador, medido en caballos vapor, capaz de interrumpir la corriente de sobrecarga máxima de funcionamiento de un motor con el mismo grado de potencia a un voltaje asignado.

Circuito de control del motor: el circuito que lleva las señales eléctricas que dirigen el funcionamiento del regulador pero que no lleva la corriente de alimentación principal. Los circuitos de control con una toma del lado de la carga de los dispositivos protectores contra los cortocircuitos de los circuitos de bifurcación del motor no son considerados circuitos de bifurcación y pueden estar protegidos por dispositivos protectores suplementarios o por dispositivos protectores de sobreintensidad del circuito de bifurcación.

Ruido: distorsión continua de la onda sinusoidal normal en frecuencias por encima de los 5 kHz, generalmente de duración constante.

Conmutador de transferencia no automático: dispositivo eléctrico de conmutación que conecta alternativamente la carga con la fuente normal o con la fuente de emergencia por decisión de un operador.

Carga no lineal: perfil de la carga compuesto por las cargas del proceso y las cargas cíclicas que pueden presentar una amplia oscilación de energía y otras características.

Irreversible: función de control que prevé la operación del motor en una única dirección.

Generalmente abierto o cerrado: términos usados para hacer referencia a la posición de los contactos de los dispositivos cuando el imán de funcionamiento se desenergiza (sólo aplicable a los dispositivos de tipo no cerrado).

Ohmio: la unidad de resistencia eléctrica. Un circuito tiene una resistencia de 1 Ω cuando 1 V que le es aplicado produce una corriente de 1 A en el circuito (ley de Ohm).

Contador de tiempo de desconexión: dispositivo cuya salida se interrumpe después de un tiempo de retraso preseleccionado después de que la entrada se haya desenergizado.

Fuera de punta: horas del día o de la noche durante las que la carga del sistema para uso general es bajo.

Cresta: período del día, durante el cual, el proveedor de la energía (empresa) experimenta su mayor demanda.

Transición de ciclo abierto: método de arranque de voltaje reducido en el que la energía al motor se interrumpe durante la secuencia de arranque normal.

Sobrecarga de funcionamiento: la sobreintensidad a la cual el aparato eléctrico está sometido bajo condiciones de funcionamiento normal. Nota: la sobrecarga máxima de funcionamiento se considera veces la corriente normal a plena carga para los motores industriales de corriente alterna y los aparatos de control; y de 4 a 10 veces la corriente normal a plena carga para los motores industriales de corriente continua y los aparatos de control usados para el arranque a pleno voltaje o a voltaje reducido. Se debe comprender, que estas sobrecargas son corrientes que sólo pueden persistir por un breve periodo de tiempo, generalmente unos segundos.

Puesto de control del operador: montaje puesto en unidades de uno o más conmutadores de botón externamente operables, a veces incluyendo otros dispositivos experimentales.

Sobreintensidad: cualquier corriente superior al grado del equipo o del conductor. Puede ser el resultado de una sobrecarga, de cortocircuitos, o fallos de la puesta a tierra.

Sobrecarga: operación del equipo superior al grado de carga plena normal. Un fallo como un cortocircuito o fallo de la puesta a tierra no es una sobrecarga.

Tablero de control: una única unidad integral cerrada que incluye los buses de los armarios y los dispositivos protectores automáticos contra la sobreintensidad, con o sin dispositivos de control manual o automático, para el control de circuitos eléctricos; diseñado para ser sólo accesible por Educación a distancia – Página 71

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delante.

Dispositivo de distribución paralelo: tablero de distribución dedicado al control de los generadores. Contiene sensor de arranque, sincronizador, relé de energía inversa, y otros controles.

Cierra la salida del generador al bus de emergencia con un disyuntor de acción rápida.

Equipo de transferencia de carga paralela: tablero de distribución que transfiere la carga de la empresa a un solo generador y así sucesivamente, en una operación sin carga máxima usando disyuntores de acción rápida. Contiene sensor de arranque, sincronizador, relés de protección, equilibrio de carga, y otros controles. El equipo de transferencia de carga paralela se suele aplicar en instalaciones para controlar un generador en espera usado para el acortamiento de la carga o junto con programas utilitarios de tarifas interrumpibles.

Punta de carga: demanda máxima en un sistema eléctrico durante cualquier período en particular.

Las unidades pueden ser kilovatios o megavatios.

Fase: número de circuitos a lo largo de los cuales se suministra la energía eléctrica. En un motor monofásico, la energía se suministra a través de un solo circuito o bobina. En un sistema trifásico, la energía se se suministra a través de tres circuitos, alcanzando cada circuito valores cíclicos correspondientes a intervalos de 120°. Los motores de corriente alterna se suelen clasificar en monofásicos o polifásicos.

Dispositivo de protección de faltas de fase: protección proporcionada cuando la energía falla en un cable de un circuito polifásico y que causa y mantiene la interrupción de la energía en todos los cables del circuito.

Servo de fijación de fase: sistema del control numérico en el cual la salida de un tacómetro óptico se compara a una onda cuadrada de referencia para generar una señal de error del sistema proporcional a la velocidad y a la posición del eje.

Dispositivo de protección de inversión de fases: prevención contra la energización bajo condiciones de revocación de la secuencia de fase en un circuito polifásico.

Dispositivo piloto: situación de poca intensidad que indica o que inicia un dispositivo como una luz piloto, un botón, y un conmutador de fin de carrera o de flotador.

Taponamiento: freno motor que usa la revocación de la línea de voltaje o de la secuencia de fase para desarrollar una reacción que ejerce una fuerza de retraso.

Control programado: sistema de control en el cual las operaciones están dirigidas por un programa de entrada predeterminado que consiste en tarjetas, cintas, tableros de conexiones, levas, etc.

Conmutador de proximidad: dispositivo que reacciona a la presencia de medios de actuación sin contacto físico o conexión.

Polos: número de polos magnéticos en un motor, determinados por la ubicación y la conexión de las bobinas.

Potencia: la potencia mecánica es el índice al hacer un trabajo, expresado generalmente en caballos de vapor.

Factor de potencia: fracción de la potencia realmente usada por el equipo eléctrico de un cliente, comparada a la potencia aparente total suministrada; expresada generalmente como un porcentaje.

Sólo se aplica a los circuitos de corriente alterna; los circuitos de corriente continua exhiben siempre un factor de potencia del 100%.

Máquina motriz: motor que controla el generador a través del acoplamiento permanente. Puede ser de ignición por chispa, de ciclo diésel, o de turbina de gas.

Esfuerzo de torsión mínimo durante el arranque (motores de corriente alterna): esfuerzo de torsión mínimo desarrollado por el motor durante el período de aceleración desde el estado de descanso hasta alanzar la velocidad a la que se produce la avería.

Botón pulsador: conmutador principal que tiene un émbolo o un botón manualmente operable para accionar el conmutador.

Rotor: pieza de rotación de un motor eléctrico.

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Carga continua: carga substancialmente constante que puede funcionar por un tiempo indefinido.

Grado de un regulador: designación de los límites de funcionamiento basados en la energía controlada, el deber y el servicio requerido.

Capacidad de ocho horas: capacidad de un contactor magnético basado en su capacidad para llevar la corriente durante 8 horas sin exceder las limitaciones establecidas. Las consideraciones sobre la capacidad incluyen superficies de contacto nuevas y limpias, la ventilación, y la tensión a plena capacidad en el inductor de funcionamiento.

Capacidad de contacto: valor de la corriente según la cual un conjunto de contacto se clasifica para cerrar o abrir un circuito en varias ocasiones bajo condiciones de funcionamiento específicas.

Subida clasificada de la temperatura: subida permisible de la temperatura para un sistema de aislamiento en concreto por encima de la temperatura ambiente, al funcionar por debajo de la carga máxima permitida (es decir, carga del servicio).

Reactancia saturable: inductor que tiene los medios para cambiar el grado de saturación magnética de su/s núcleo/s para controlar la magnitud de corriente alterna suministrada a una carga.

Frenado de recuperación: en los motores de corriente alterna, es consecuencia de la tendencia inherente del motor (con un deslizamiento negativo) el resistirse a ser llevado por encima de la velocidad síncrona por una carga de reacondicionamiento. En motores de corriente continua con excitación en derivación, ésto sucede cuando es conducido por una carga de reacondicionamiento, cuando aumenta la fuerza de campo del derivación, o cuando disminuye el voltaje del armazón (excitación por tensión aplicable).

Relé: dispositivo accionado por una variación bajo ciertas condiciones en un circuito eléctrico para accionar otros dispositivos en el mismo o en otros circuitos. Los ejemplos incluyen la corriente, enganche, control magnético, sobrecarga magnética, fase abierta, subtensión, y sobrecarga.

Reinicio: operación manual o automática que restaura un mecanismo o un dispositivo a su estado anterior.

Resistencia: tendencia de un dispositivo o de un circuito a oponerse al movimiento de la corriente a través de él. La unidad de resistencia es el ohmio.

Arranque de la resistencia: tipo de arranque de voltaje reducido que emplea resistencias que se cortocircuitan en uno o más pasos para terminar el ciclo de arranque.

Inversión: cambio de la operación de una dirección a otra.

Sensor diferencial: termostato que consiste en un tubo externo de metal y una barra de metal interna que actúa como elemento de la expansión diferencial. Este elemento acciona un conmutador rápido autónomo.

Depresión: disminución del voltaje de hasta un 20 por ciento por debajo del voltaje normal, durando menos de 2,5 s. También denominado subtensión. Puede dar lugar a pérdida de memoria, a errores de datos, a luces fluctuantes, y a apagones del equipo.

Factor de servicio: multiplicador que indica (a qué porcentaje por encima de los caballos vapor indicados en la placa indicadora) a qué voltaje y frecuencia determinados se puede acomodar continuamente un motor sin que haya sobrecalentamiento dañino (es decir, excediendo la subida permisible de la temperatura para determinados sistemas de aislamiento).

Rectificadores controlados de silicio (SCR): sistema de control utilizado para controlar la velocidad modificando el perfil de la onda sinusoidal de los motores de corriente alterna de velocidad variable.

Resbalón: la reducción del porcentaje en velocidad desde la velocidad síncrona hasta la velocidad a plena carga (procentaje de resbalón). Todos los motores de inducción en jaula de corriente alterna presentan un resbalón.

Velocidad: velocidad rotatoria del eje del motor, medida en términos de revoluciones por el minuto (r/min).

Velocidad a plena carga: velocidad del motor a la cual se desarrolla una potencia determinada.

Velocidad sin carga: velocidad del motor cuando le está permitido funcionar libremente sin Educación a distancia – Página 73

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carga acoplada.

Velocidad síncrona: la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna es la velocidad a la cual el motor funcionaría si el rotor girara a la velocidad exacta del campo magnético de rotación. Sin embargo, en los motores de inducción de corriente alterna, el rotor realmente da vuelta levemente más lento. Esta diferencia es el resbalón y se expresa en porcentajes de velocidad síncrona. La mayoría de los motores de inducción suelen tener un resbalón del 1 al 3 por ciento.

Punta de tensión: aumento fuerte y súbito en el voltaje de hasta varios miles de voltios que duran menos de 0,001 s. Puede causar pérdida de memoria o daños en el equipo catastróficos.

Estator: pieza inmóvil de un motor eléctrico.

Arranque lento: función de control que permite comenzar una impulsión eléctrica a la velocidad mínima.

Control estático: sistema que puede contener los componentes electrónicos que no dependen de la conducción electrónica en vacío o mediante gas. La función eléctrica es llevada a cabo por los semiconductores u otros componentes totalmente estáticos como resistencias, condensadores, etc.

Regulador estático: regulador en el cual la mayor parte de todas las funciones básicas se realiza mediante un control de fenómenos eléctricos o magnéticos en sólidos tales como transistores, etc.

Sobreintensidad: aumento del voltaje de hasta un 20 por ciento por encima del voltaje normal, durando menos de 2,5 s. Puede dar lugar a pérdida de memoria, a errores de datos, a luces fluctuantes, y a apagones del equipo.

Control de motores síncronos: regulador que consiste en un regulador de arranque tripolar para el circuito de corriente alterna del estator, un contactor para el circuito de campo de corriente continua, un dispositivo sincronizador automático para controlar el contactor de campo de corriente continua, un relé protector en jaula para abrir el circuito de corriente continua sin sincronización, para encender un motor síncrono, acelerarlo hasta la velocidad síncrona, y sincronizarlo a la frecuencia de la fuente de alimentación.

Conmutador: dispositivo para hacer, romper, o cambiar conexiones en un circuito eléctrico.

Cuando se trata de un regulador, el conmutador es considerado como un dispositivo operado por medios no magnéticos.

Panel de conmutación: combinación integrada y coordinada de dispositivos protectores de los equipos, de protectores del circuito, de dispositivos de control, de medidores, de relés, de colectores de barra, y de cables aéreos incluidos en una sola unidad cerrada, diseñada para ser un centro autónomo. Los dispositivos protectores pueden estar instalados en compartimentos individualmente (dispositivo de distribución) o instalados en grupo en compartimientos cerrados. La estructura entera se diseña y se construye para funcionar como una unidad coordinada.

Dispositivo de conmutación: dispositivo diseñado para cerrar y/o abrir los circuitos eléctricos manualmente o automáticamente.

Selector del conmutador: conmutador manual de multiposición para seleccionar los circuitos de control alternativos.

Protector adaptado a la temperatura: dispositivo protector para un conjunto como parte integrante de un motor que proporciona un grado de protección al motor contra el sobrecalentamiento peligroso consecuencia de sobrecargas y fallos de arranque.

Prueba dieléctrica: uso de un voltaje más alto que el voltaje específico durante un tiempo especificado para determinar la idoneidad de los materiales y de los espaciamientos de aislamiento contra las averías en condiciones normales.

Pruebas de uso: las pruebas llevadas a cabo por un fabricante para determinar aquellas características de funcionamiento no necesariamente establecidas por los estándares pero que son de interés.

Corte termal: dispositivo protector de la sobreintensidad de corriente que contiene un elemento calentador y un fusible renovable que abren el circuito del motor. No está diseñado para interrumpir Educación a distancia – Página 74

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corrientes de cortocircuito.

Termistores: dispositivos que detectan la temperatura a través de los cambios en la resistencia. Las señales de un termistor pueden amplificarse para interrumpir el contactor que sostiene el inductor para proporcionar un grado de protección contra condiciones de rotor bloqueado del motor y contra sobrecargas.

Enroscado: operación de baja velocidad similar al virado eléctrico, pero por períodos más largos con control entrelazado.

Aceleración de tiempo: momento para cambiar de un velocidad específica a una velocidad más alta o más baja mientras funciona bajo condiciones especificadas.

Tiempo de retardo: intervalo de tiempo introducido en el funcionamiento de una función.

Respuesta en tiempo: salida, expresada como una función de tiempo, consecuencia de la aplicación de una entrada específica bajo condiciones de funcionamiento determinadas.

Esfuerzo de torsión: fuerza de torcido que tiende a producir rotación.

Distorsión armónica total (THD): término usado para cuantificar la distorsión como porcentaje del voltaje fundamental (pure sine) y de las formas de onda de la corriente.

Transformador: dispositivo que transfiere energía eléctrica desde un inductor a otro mediante inducción electromágnetica.

Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS): sistema que consiste en un rectificador/cargador, un banco de baterías, un inversor estático y un conmutador de puente, usados para proteger contra las interrupciones del servicio y perturbaciones de energía exterior.

Equipo de utilización: equipo que convierte la energía eléctrica en trabajo mecánico, energía química, calor, o luz, o realiza conversiones similares.

VAR: término de uso general para los voltamperios reactivos.

Voltio: unidad práctica de la fuerza electromotriz, o diferencia de potencial. Un voltio hará que 1 A fluya cuando está impresionado a través de una resistencia de 1Ω.

Voltaje: unidad de la fuerza electromotriz. Un voltio aplicado a un conductor que ofrece una resistencia de 1Ω producirá una corriente en ese conductor de 1 A. Voltamperio: producto de los voltios y de la corriente total que fluye debido al voltaje. En circuitos de corriente continua y en circuitos de corriente alterna con factor de potencia uno, los voltamperios y los vatios son iguales. En los circuitos de corriente alterna sin factor de potencia uno, los voltamperios son iguales a la raíz cuadrada de (vatios al cuadrado más voltamperios reactivos al cuadrado).

Vatio: unidad práctica de potencia activa que se define como el índice al cual la energía se suministra a un circuito. Es la potencia gastada cuando una corriente de 1 A atraviesa una resistencia de 1Ω.

Pw = I2R Vatio-hora: volumen de unidad de energía eléctrica que se gasta en 1 h cuando la potencia es de 1 W. Motor de de inducido bobinado: motor de inducción en el cual el circuito secundario está formado por una bobina polifásica o por unos inductores cuyos terminales se cortocircuitan o están conectados con un circuito externo.

5.14.- Preguntas & Respuestas Preguntas 1. ¿Cómo pueden los ordenadores ayudar a operadores?

2. Enumere las tareas realizadas por los operadores que pueden complementarse con el uso de ordenadores.

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3.

4.

5.

6.

Qué viaja a través de los cables, ¿Voltaje o corriente?

La corriente se mide en unidades llamadas amperios. ¿Verdadero o falso? ¿Qué es la frecuencia?

Un conmutador es un dispositivo para hacer o romper una conexión eléctrica en un punto en un cable. ¿Verdadero o falso?

7. Las barras blindadas y y las barras colectoras realizan las mismas funciones que los alambres y los cables. ¿Verdadero o falso?

8. ¿Qué significa y qué es PLC? 9. Exponga los valores que se suelen encontrar en los voltajes del sistema.

10. El aislamiento de la clase B en un motor eléctrico tiene un límite de temperatura recomendada más alto que la clase del aislamiento H. ¿Verdadero o falso?

11. Un motor eléctrico con un valor de protección de ingreso de 55 (IP55) muestra una mejor resistencia al polvo comparado con un motor eléctrico con un valor de protección de ingreso de 64 (IP64). ¿Verdadero o falso?

12. Nombre los tres tipos básicos de reguladores de arranque de motor.

13. ¿Para qué se usan los frenos de motor?

14. Exponga en categorías el sistema de abastecimiento de emergencia (EPSS) basándose en la fuentes de alimentación de emergencia.

15. Mencione los principales criterios de clasificación de EPSS. 16. Los motores primarios alternativos de diésel, presentan un mayor coste inicial que los de gas o gasolina. ¿Verdadero o falso?

17. Tanto la sobrecarga como la insuficiencia de carga son perjudiciales para la vida útil de la batería. ¿Verdadero o falso?

18. Mencione los tipos básicos de generadores eléctricos rotatorios.

19. Explique el significado del parámetro CRI con respecto a la iluminación 20. ¿Se puede combinarse un sistema UPS con un generador diésel? ¿En qué circunstancias se recomienda su uso?

Respuestas 1. Ahorra tiempo, dinero, y hacen un mejor trabajo.

2. Resultados de análisis de laboratorio, equipo de mantenimiento, control de procesos, preparación de informes.

3. Corriente.

4. Verdadero.

5. El número de ciclos con los que el voltaje entra en 1 s.

6. Verdadero.

7. Verdadero.

8. El PLC o controlador lógico programable, es un uso digital del ordenador para la automatización de procesos eletromecánicos, como el control de la maquinaria en las líneas de montaje de una fábrica, atracciones de feria, o aparatos de alumbrado eléctrico.

9. 120 V, 240 V, 480 V. 10. Falso.

11. Falso.

12. Operación manual, magnética, y electrónica.

13. Los frenos se utilizan para dos propósitos: (1) para proporcionar unos medios que puedan parar una carga de manera rápida y exacta y (2) para mantener la carga en un lugar después de realizar la parada.

14. La primera categoría utiliza un dispositivo de la almacenamiento de energía, una batería, como la fuente de energía mientras que la segunda categoría utiliza el equipo giratorio, generadores del sistema, como la fuente de energía Educación a distancia – Página 76

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15. Tipo, clase, categoría y nivel.

16. Verdadero.

17. Verdadero.

18. Corriente alterna síncrona, corriente alterna de inducción, y corriente continua giratoria.

19. Índice de rendimiento del color.

20. Sí puede. Su uso se recomienda si se producen fallos eléctricos prolongados en la planta.

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