ingeniería eléctrica

"Máquinas rotantes"

CONDICIONES DE OPERACION

Si la especificación particular no indica otra cosa, las máquinas deberán ser diseñadas para las siguientes condiciones.

2.5.1 Altitud

La altitud a la cual se instalarán las máquinas, normalmente no supera los 1000 m sobre el nivel del mar. Para máquinas destinadas a funcionar a una altitud superior se comentan más adelante las condiciones que deben tenerse en cuenta.

2.5.2 Temperatura ambiente y del fluido de refrigeración

La temperatura del aire en el lugar de funcionamiento de la máquina (fluido primario o secundario según sea el tipo de refrigeración) está sujeta a las variaciones estacionales, las normas fijan que no debe exceder 40 ° C.

La temperatura mínima del aire en el lugar de funcionamiento de la máquina (que puede ser tanto del fluido primario o secundario) válida tanto en condiciones de funcionamiento como de reposo es 15 ° C bajo cero.

Las normas prevén algunas excepciones que dependen de la potencia de la máquina, de su velocidad, o bien que tengan un colector o cojinetes de rozamiento.

Además quedan exceptuadas aquellas máquinas que utilizan agua como fluido de refrigeración tanto primario como secundario.

Para este caso la temperatura mínima del agua y del aire ambiente es +5 ° C.

Para máquinas que tienen intercambiadores de calor refrigerados con agua, las normas fijan que la temperatura del agua a la entrada de los intercambiadores no debe superar los 25 ° C.

2.6 SOBREELEVACION DE TEMPERATURA

Las máquinas eléctricas, prescindiendo de otros fenómenos, pueden suministrar una carga (energía eléctrica o mecánica) de modo tal que, en función de la temperatura ambiente, no superen la temperatura de la clase correspondiente a los materiales aislantes utilizados en su construcción.

Se denomina sobreelevación de temperatura de una parte de una máquina a la diferencia entre la temperatura de una determinada parte de la máquina (arrollamientos del inducido, arrollamientos de excitación, núcleo magnético, etc.) medida con métodos apropiados aconsejados por las normas, y la temperatura del fluido de refrigeración, medida también conforme con las indicaciones de las normas.

Las normas fijan condiciones de sobreelevación de temperaturas que finalmente corresponden a temperaturas máximas en funcionamiento y que deben comprobarse en los ensayos.

2.6.1 Determinación de la sobreelevación de temperatura

Los métodos de medida admitidos por las normas para determinar la sobreelevación de temperatura tanto de los arrollamientos como de otras partes de las máquinas son:

• a) Método de variación de resistencia con el cual se determina el valor medio de temperatura de los arrollamientos.
• b) Método por indicadores internos de temperatura (IIT) (por ejemplo: termómetros a resistencia, pares termoeléctricos etc.) que se introducen en la máquina durante su construcción, en lugares que son inaccesibles cuando la máquina está terminada.
• c) Método por termómetro que incluye los elementos arriba indicados pero puestos en puntos accesibles.
• d) Método por superposición que consiste en medir la resistencia de los devanados conforme al método a) pero sin interrumpir la corriente de alterna de la carga, superponiendo una pequeña corriente continua de medida.

Este último método que permite efectuar las medidas de resistencia de los arrollamientos sin interrumpir el ensayo en carga (sin necesidad de tener que extrapolar los valores medidos) es aplicable a máquinas de cualquier potencia, de baja y alta tensión.

Un informe de la Comisión Electrotécnica Internacional indica distintas modalidades de medida que aún tienen carácter experimental aplicables a este último método con el objeto de adquirir experiencia.

Los valores de temperatura obtenidos utilizando estos últimos métodos, pueden en diversas ocasiones ser de 5 ° C a 25 ° C más altos que los obtenidos con los métodos mencionados en los puntos a), b), y c).

Como consecuencia de estas diferencias el método d) no es aplicable cuando se desean comprobar los límites de temperatura fijados por las normas a los que se refieren los valores nominales y características de funcionamiento.

Las normas dan criterios que ayudan a la elección del método de medida de la temperatura de los arrollamientos detallando las correcciones que se deben efectuar cuando corresponda.

Además indican los métodos admitidos para medir la temperatura de los cojinetes o rodamientos.

2.6.2 Límites de temperaturas y sobreelevaciones de temperatura

Para máquinas refrigeradas indirectamente por aire, funcionando a la potencia nominal y a la altura y temperatura máxima del aire especificadas (1000 m sobre el nivel del mar y 40 ° C), las normas fijan los límites admisibles de sobreelevación de temperatura por encima de la temperatura ambiente del lugar de funcionamiento.

Para máquinas refrigeradas indirectamente por hidrógeno, también se indican los límites admisibles de sobreelevación de temperatura por encima de la temperatura del hidrógeno a la salida del intercambiador de calor, la cual no puede superar los 40 ° C.

Por último para máquinas cuyas partes están directamente refrigeradas por un gas o un líquido se indican los límites de temperatura admisibles.

Los límites de sobreelevación de temperatura especificados por las normas para los arrollamientos estatóricos con aislación plena para tensiones nominales superiores a 11000 V, de máquinas refrigeradas indirectamente con aire, deberán reducirse en las siguientes cantidades:

• a) Cada 1000 V (o fracción) por encima de 11000 V y hasta 17000 V incluido: 1.5 ° C en el caso de realizarse las medidas con termómetro, 1 ° C cuando las medidas se realizan con indicadores internos de temperatura.
• b) Cada 1000 V (o fracción) por encima de 17000 V, una reducción suplementaria de 0.5 °C tanto para las mediciones realizadas con termómetro como con indicadores internos de temperatura.

Los límites de temperatura especificados por las normas para arrollamientos estatóricos con tensión nominal que excede los 11000 V, de máquinas refrigeradas indirectamente con hidrógeno deberán reducirse en las siguientes cantidades:

• 1 ° C cada 1000 V (o fracción) por encima de 11000 V hasta 17000 V inclusive.
• Además 0.5 °C por cada 1000 V (o fracción) por encima de 17000 V.

Si se varían las condiciones de funcionamiento especificadas, es decir, la altitud y/o la temperatura ambiente máxima (1000 m sobre el nivel del mar y 40 °C) se deben corregir los límites de sobreelevación de temperatura de las máquinas refrigeradas indirectamente con aire.

La densidad del aire también influye en la disipación del calor, y en consecuencia en la temperatura máxima que la máquina alcanza, convencionalmente hasta 1000 m sobre el nivel del mar no corresponde corrección por este efecto.

2.6.3 Corrección por temperatura

Si la temperatura máxima especificada o resultante del fluido de refrigeración está comprendida entre 0 °C y 40 °C, los límites son los indicados por las normas; sin embargo mediante acuerdo entre fabricante y comprador se pueden incrementar, pero la diferencia entre la temperatura máxima del ambiente y 40 °C no debe superar 30 °C como indica la Figura 128.

Si la temperatura máxima especificada o del fluido de refrigeración excede 60 °C o es inferior a 0 °C, los límites de sobreelevación de temperatura de la máquina son objeto de acuerdo entre fabricante y comprador.

En cambio cuando la temperatura máxima especificada del fluido de refrigeración está comprendida entre 40 °C y 60 °C, los límites de sobreelevación de temperatura indicados por las normas se deben reducir de una cantidad igual a la diferencia entre la temperatura del fluido de refrigeración y 40 °C como indica laFigura 128.

Esto equivale como resulta lógico, a mantener los límites de temperatura máxima de las distintas partes independiente de la temperatura ambiente.

2.6.4 Corrección por altura

Para máquinas destinadas a funcionar por encima de los 1000 m sobre el nivel del mar se puede tener en cuenta la reducción de temperatura ambiente que generalmente se presenta a causa de la altura, pero también debe tenerse presente la variación de la densidad del aire.

Si la máquina está destinada a funcionar a una altitud comprendida entre 1000 m y 4000 m, y la temperatura máxima del fluido de refrigeración no ha sido especificada, la norma la fija en los valores incluidos en la tabla 2.1 para las distintas clases de aislamiento.

Estos valores surgen admitiendo que la reducción necesaria de la temperatura ambiente es 1% de los límites de sobreelevación fijados por las normas para máquinas refrigeradas con aire, por cada 100 m de altitud por encima de 1000 m, tomando como base la temperatura máxima de 40 °C.

TABLA 2.1 - Temperaturas ambientes máximas presumibles

ALTURA	TEMPERATURA (ºC) CLASE DE AISLACION
	A	E	B	F	H
1000	40	40	40	40	40
2000	34	33	32	30	28
3000	28	26	24	19	15
4000	22	19	16	9	3

Se considera que la reducción de capacidad de refrigeración por disminución de la densidad del aire, se compensa con la reducción de temperatura ambiente indicada.

De todos modos las temperaturas totales admisibles no deben superar la temperatura máxima que las normas indican, que se obtienen sumando a los 40 °C correspondientes al ambiente la sobreelevación fijada por las normas.

2.6.5 Correcciones por condiciones de ensayo

Las normas además establecen las correcciones de los límites de sobreelevación de temperatura que se deben tener en cuenta por la altitud o la temperatura ambiente del lugar donde se realizan los ensayos.

Cuando el lugar de utilización de la máquina es más alto que el lugar donde se la ensaya, los valores de sobreelevación de temperatura para el ensayo (corregidos si corresponde por la tensión nominal) serán los fijados por la norma menos una corrección de esos límites que se obtiene en base a una variación del 1% por cada 100 m de diferencia de altura.

Cuando la temperatura ambiente al finalizar el ensayo de calentamiento difiere en más de 30 °C con la temperatura especificada para el ambiente, las normas indican que se debe hacer una corrección de los límites de sobreelevación de temperatura admisibles.

2.7 CARCAZA DE LAS MAQUINAS ROTATIVAS

La carcaza tiene por función proteger la parte activa de la máquina contra la penetración de cuerpos sólidos (de distintos tamaños) y/o de líquidos.

Esta estructura metálica además sirve como elemento estructural y para guiar el fluido refrigerante.

Los símbolos utilizados para indicar el grado de protección están constituidos por las letras IP seguidos por dos cifras características.

La primera cifra designa el grado de protección previsto para la envoltura, tanto en lo que concierne a las personas (manos, dedos) como a las partes de la máquina interiores a la misma.

Las normas indican los objetos que, para cada grado de protección representado por la primera cifra característica, no pueden penetrar en el interior de la máquina.

Esta primera cifra va desde 0 máquina no protegida hasta 5 máquina protegida contra la penetración de polvo.

En máquinas con ventiladores externos, las palas y rayos de estos deben estar protegidos contra contactos por medio de dispositivos que deben satisfacer ensayos prescriptos por las normas.

La segunda cifra característica indica el grado de protección provisto por la envoltura contra los efectos debidos a la penetración de agua.

Esta segunda cifra va desde 0 máquina no protegida hasta 8 máquina protegida contra la inmersión prolongada. Para este último caso, esto significa normalmente que la máquina es rigurosamente estanca, pero para ciertos tipos de máquinas (bombas sumergibles) puede significar que el agua puede penetrar con la única limitación de no producir efectos perjudiciales.

Para cada grado de protección representado por esta segunda cifra característica las normas indican los detalles de los tipos de protección provistos para las envolturas.

Una máquina está protegida contra la intemperie cuando, gracias a las características de diseño, la penetración de la lluvia, de la nieve y de las partículas en suspensión en el aire, en las condiciones especificadas, está reducida a un valor compatible con el funcionamiento correcto de la máquina.

Este grado de protección está caracterizado por la letra W, ubicada entre IP y las cifras características.

Una envoltura que satisface un grado de protección dado implica que la misma satisface también los grados de protección inferiores establecidos por las normas. Los ensayos para verificar esta condición no se realizan, salvo en caso de duda.

Si la envoltura tiene agujeros de drenaje, se deben aplicar las siguientes prescripciones:

• Los agujeros de drenaje destinados normalmente a estar abiertos deberán permanecer abiertos durante los ensayos.
• Análogamente aquellos que están destinados a estar cerrados deberán permanecer cerrados durante los ensayos.

Cuando interesa sólo un grado de protección la cifra omitida (que caracterizaría el grado de protección que no interesa) debe reemplazarse por la letra X.

Ejemplos:

IPX5: el agua arrojada con una boquilla en cualquier dirección sobre la máquina no debe producir efectos perjudiciales, no interesando en este caso la protección contra penetración de objetos.

IP2X: protegido contra el contacto de dedos u objetos similares que no superen 80 mm de longitud con partes bajo tensión o de piezas en movimiento en el interior de la envoltura, y la penetración de cuerpos sólidos de diámetro superior a 12 mm, no interesando la protección contra líquidos.

Cuando es necesario dar información complementaria respecto del estado de funcionamiento de la máquina en relación con el grado de protección, esto se indica por medio de una letra adicional.

A continuación de las dos cifras características puede colocarse una letra que indica que la protección contra los efectos perjudiciales debidos a la penetración de agua debe verificarse o ensayarse con la máquina detenida (letra S) o con la máquina en marcha (letra M).

En estos casos, el grado de protección en cada estado de la máquina debe ser indicado, por ejemplo IP55S/IP20M.

La ausencia de las letras S y M significa que el grado de protección asegurado es válido para todas las condiciones normales de utilización.

Es recomendable que preferentemente sobre la chapa de características de la máquina se encuentren las letras y cifras que indican el grado de protección, y en caso de que no resulte posible estarán sobre la carcaza.

Los ensayos especificados por las normas, para verificar el grado de protección, son ensayos de tipo.

Deben ser efectuados sobre un producto normal o bien un modelo del mismo. Cuando esta situación no fuese posible la verificación y los ensayos se efectúan en acuerdo entre el constructor y el cliente.

Salvo especificación contraria, las máquinas sometidas a estos ensayos son nuevas, todas las partes en su lugar y montadas conforme a las indicaciones del constructor.

Las normas indican las condiciones de ensayo como así también los ensayos que se deben realizar para verificar el cumplimiento del grado de protección garantizado.

Después de realizado el ensayo relativo a la penetración de agua, la máquina debe ser examinada.

La cantidad de agua que ha entrado no debe afectar el buen funcionamiento; los arrollamientos y partes bajo tensión no previstos para funcionar mojados no deben estarlo, y ninguna acumulación de agua susceptible de mojarlos debe haberse producido en el interior de la máquina.

2.8 NORMALIZACION DE LAS DIMENSIONES Y DE LAS POTENCIAS

Los trabajos de normalización de las dimensiones comenzaron en la década del cincuenta con el objeto de asegurar la intercambiabilidad de motores fabricados por los constructores de diversos países, haciendo sólo referencia a las dimensiones sin tener en cuenta la potencia.

A fines de la década del sesenta se adicionaron algunos complementos, entre ellos la potencia, que condujeron a la actual documentación.

Esta normalización implica no sólo mayor libertad de acción para el usuario, sino también más seguridad de funcionamiento (confiabilidad) como resultado de la mayor disponibilidad de máquinas de repuesto, si se produjera una avería.

En tal caso, el usuario no se ve forzado a emplear una sola marca. La normalización reduce también los costos, como consecuencia de la disminución de las existencias de repuestos.

Las normas internacionales cubren en tal sentido un amplio rango de las máquinas eléctricas rotativas para uso industrial dentro de las siguientes dimensiones:

• Montaje con patas: alturas de eje entre 50 mm a 400 mm
• Montaje con brida: diámetro del círculo de los agujeros de fijación entre 55 mm a 1080 mm

y se dan tablas de dimensiones de fijación, dimensión del eje y potencias.

Se indican además para diferentes diámetros de ejes, los valores de par admisibles a la potencia nominal continua para motores de corriente alterna.

Para motores cuyo montaje es con patas se indica la ubicación de la caja de bornes (del lado derecho del motor mirando el mismo del lado del eje). No se hace ninguna recomendación para generadores.