UF1965 - Operaciones auxiliares en el mantenimiento de equipos eléctricos

Por Domingo José Sánchez Díaz

La finalidad de esta Unidad Formativa es enseñar a acopiar el material, herramientas y equipo necesarios para la sustitución de elementos en equipos eléctricos y electrónicos, realizar operaciones de apertura y desmontaje, de sustitución de elementos en procesos de mantenimiento, de montaje y ensamblado y por último, operaciones auxiliares en procesos de mantenimiento de equipos eléctricos y electrónicos, en las condiciones de calidad y seguridad establecidas y siguiendo indicaciones dadas.

Para ello, se analizarán los elementos y características de los equipos eléctricos, la interpretación de esquemas y guías de montaje o desmontaje de equipos eléctricos, y por último, se profundizará en las técnicas de montaje o desmontaje, así como mantenimiento de equipos eléctricos.

Tema 1. Elementos y características de los equipos eléctricos.
1.1 Estructura del equipo eléctrico: Elementos y componentes de entrada, salida, control, potencia, auxiliares (carcasa, anclajes, tornillos, etc.).
1.2 Herramientas y útiles.
1.3 Equipos de medida.
1.4 Equipos auxiliares para el desmontaje/montaje y limpieza de los equipos eléctricos.
1.5 Equipos de protección y seguridad.
1.6 Normas de seguridad.
1.7 Normas medioambientales.

Tema 2. Interpretación de esquemas y guías de montaje/desmontaje de equipos eléctricos.
2.1 Interpretación de las características técnicas de los equipos eléctricos.
2.2 Interpretación de planos mecánicos.
2.3 Interpretación de esquemas eléctricos: bloques funcionales, circuitos, componentes, etc.
2.4 Interpretación de documentación en soporte manual y/o soporte informático de los equipos eléctricos.
2.5 Interpretación de las guías conexión/desconexión, apertura/cierre desmontaje/montaje.
2.6 Procedimientos de limpieza. Productos.

Tema 3. Técnicas de montaje/desmontaje de equipos eléctricos.
3.1 Esquemas y guías.
3.2 Herramientas para el montaje/desmontaje.
3.3 Fases y secuencias de desmontaje.
3.4 Ubicación de elementos y componentes.
3.5 Procedimientos de ensamblado de componentes.
3.6 Técnicas de fijación y sujeción.
3.7 Equipos de protección.
3.8 Normas de seguridad y medioambientales.
3.9 Elaboración de informes.

Tema 4. Técnicas de mantenimiento de equipos eléctricos.
4.1 Procedimientos de mantenimiento.
4.2 Técnicas de sustitución de elementos y componentes.
4.3 Herramientas y útiles.
4.4 Técnicas de limpieza. Productos.
4.5 Procedimientos de verificación.
4.6 Equipos de protección y seguridad.
4.7 Normas de seguridad y medioambientales.
4.8 Elaboración de informes.

• Idioma: Español
• Editorial: Editorial Elearning
• Fecha de lanzamiento: 16 ene 2019

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UD1

Elementos y características de los objetos

1.1. Estructura del equipo eléctrico: Elementos y componentes de entrada, salida, control, potencia, auxiliares (carcasa, anclajes, tornillos, etc.)

1.2. Herramientas y útiles

1.3. Equipos de medida

1.4. Equipos auxiliares para el desmontaje/montaje y limpieza de los equipos eléctricos

1.5. Equipos de protección y seguridad

1.6. Normas de seguridad

1.7. Normas medioambientales

1.1.Estructura del equipo eléctrico: Elementos y componentes de entrada, salida, control, potencia, auxiliares (carcasa, anclajes, tornillos, etc.)

Comenzaremos este contenido, explicando lo que es un equipo eléctrico. Existen muchas definiciones, algunas muy complejas, por ello, para adecuarlas a los tiempos actuales y teniendo en cuenta su funcionalidad, para lo que se crearon, podemos decir que:

Definición

Equipo eléctrico es todo aparato o maquina que utiliza la corriente eléctrica transformándola en otra, como en la energía lumínica, calórica o cinética (movimiento), para facilitar al usuario, un trabajo o tarea, ya sea industrial o domestica.

Representación esquemática de un equipo eléctrico:

Ejemplos:

–Lumínica: Equipos fluorescentes, luminarias, lámparas de quirófano, etc.

–Calórica: Hornos, estufas, secador de pelo, etc.

–Cinética: Motor eléctrico.

Variando un poco la definición anterior, existen unas maquinas fundamentales, que aunque funcionen al contrario, o sea, que usan otra energía para transformarla en corriente eléctrica, podemos considerarlas también equipos eléctricos, como son los: Transformadores, Generadores, Alternadores y Aéreo-generadores de producción de corriente.

Existen en el mercado domestico y en la industria, gran cantidad de equipos eléctricos, pero nosotros nos vamos a centrar en los más usuales, como son los motores eléctricos, los equipos de alumbrado y brevemente, algunos como aparatos de aire acondicionado industriales, generador o alternador y algún aparato domestico, que analizaremos más adelante. Vemos imágenes de algún equipo eléctrico.

Aplicaciones de la energía eléctrica.

Aéreo generador

Para entender el funcionamiento de un equipo eléctrico, vamos a ver unas nociones básicas de física eléctrica:

La parte más pequeña de la materia es el átomo, que está compuesto por partes aun más pequeñas: un núcleo, que en su interior contiene; protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra o sin carga). Girando alrededor del núcleo en una órbita regular, se encuentran los electrones con carga negativa. Mientras la cantidad de electrones sea la misma que de protones, el material, permanece estable, pero estos átomos, pierden electrones con facilidad, sobre todo los de orbitas más alejadas, cuando esto ocurre, aparece lo que llamamos electricidad.

Definición

La corriente eléctrica es el movimiento de electrones, de un átomo a otro.

Si unimos con un conductor, dos materiales, uno con exceso de electrones y otro con falta de ellos, se produce una circulación de electrones y se forma un circuito eléctrico. La forma de hacer que haya esa diferencia de electrones entre un material y otro, es la generación de electricidad. La electricidad al ser una energía, ni se crea ni se destruye, si no que se transforma. Las formas más empleadas en la producción de electricidad, transformando otras energías son:

Fuerza electromotriz (f.e.m.), y diferencia de potencial (d.d.p.):

Cuando dos cuerpos de distinta carga están conectados, hay una circulación de electrones desde la carga negativa a la carga positiva, tendiendo a igualarse hasta que se neutralizan eléctricamente. Para cargar un cuerpo, es necesario producir un exceso o defecto de electrones. Esto es:

Definición

La fuerza electromotriz es la energía necesaria para cargar un cuerpo con exceso o defecto de electrones.

Cuando un cuerpo cargado se compara con otro de distinta carga, se tienen diferentes energías o potenciales eléctricos, existe entre ellos una diferencia de potencial (d.d.p.).

Ya sabemos que la corriente eléctrica es el movimiento de electrones, si tenemos en cuenta la cantidad y el sentido, podemos distinguir los tipos de corriente:

–Corriente alterna: (C:A) Circula en ambos sentidos, y teniendo en cuenta un instante de tiempo determinado la cantidad es variable. Esta es producida por los generadores o alternadores.

–Corriente continua: (C:C) Circula siempre en el mismo sentido y la cantidad de electrones es la misma en cada instante. Este tipo de corriente se consigue por medios químicos en baterías y acumuladores.

–Corriente pulsatoria: Circula siempre en el mismo sentido pero la cantidad de electrones es variable. Solo se usa en casos muy especiales.

Vemos imágenes esquemáticas de los tipos de corriente:

Corriente alterna Corriente continua.

Corriente pulsatoria

Elementos y componentes

1. De entrada

Uno de los elementos más importantes de entrada de un equipo, sino el que más, es el cable que lo alimenta o lo controla y según donde estén instalados los equipos eléctricos, se utilizan diversas formas de entrada: racores, prensas y prensaestopas, cajas de conexiones, tubos y cables.

–Los racores y prensaestopas; se usan para alimentar eléctricamente al equipo por medio de tuberías diseñadas para la conducción y la protección de los cables. Se montan justo a la entrada de la caja de conexiones del equipo. Estos se utilizan normalmente en la industria y en instalaciones donde el cable es susceptible de ser dañado por medios mecánicos situados alrededor del equipo. Ejemplos: Taller mecánico, taller de forja, almacenes, industria en general.

Definición

Consiste en un manguito roscado, macho en un extremo y hembra en el otro, este con una tuerca para fijar el tubo, y el extremo macho es el que entra en la caja de conexión y, o bien la caja en su entrada, tiene rosca propia o se usa una contra- tuerca para su fijación.

Racor para tubo metálico

Ejemplo de montaje de racores

Tipos de racores y accesorios para tubo metálico

–Prensas: cuando la entrada al equipo eléctrico por la caja de conexiones se hace directamente con el cable, se utiliza el prensa, normalmente se montan en los equipos domésticos, aunque también se usan en la industria, ya que existen cables con protección mecánica (malla), que no necesitan tubos, por ejemplo en ambientes de atmosferas explosivas o con alto índice de polvo o humedad.

Definición

Prensas: consiste en un racor, donde en su extremo roscado hembra se aloja una junta de goma, que hace tope con un anillo interno, fijo o móvil, una tuerca de empuje, presiona sobre la goma expandiendo su tamaño y haciendo presión sobre la cubierta exterior del cable, impidiendo así, tanto el movimiento incorrecto del cable, como la entrada de polvo y humedad.

Otros elementos de entrada, más usado en el ámbito domestico, son los tetones de entrada a las cajas de conexión. Son gomas adaptables al contorno del taladro de la caja de conexión y adaptable al cable. Haciendo un corte de la medida del diámetro del cable, esta goma evita la entrada de suciedad en la caja. Para evitar que el cable pueda salir, se puede sujetar, en el interior de la caja, con una brida de plástico. Cada de caja de conexión tiene varios tetones, para entradas y salidas de cables.

–Cajas de conexión: o cajas de derivación y alimentación. Normalmente situadas en el interior del equipo pero en su parte más externa, junto a la carcasa, se montan estas cajas, que como su nombre indica, sirven para alojar las conexiones eléctricas del equipo, tanto; alimentación, control y en algunos casos señalización y mando, en estos casos, normalmente en industria, se convierte en un cuadro o armario de control. Dentro de estas cajas tenemos: Bornas, clemas o fichas de conexión, Que por medio de un pequeño tornillo presionan los hilos para la conexión. Algunos aparatos eléctricos no llevan caja de conexión.

Cajas de derivación

Cajas de alimentación

Bornas de conexión

–Cables, hilos y conductores: dependiendo para lo que va a ser destinado el equipo eléctrico, los cables tendrán una sección determinada según la potencia o la intensidad, que circularan por ellos, y serán de diferentes tipos:

∙Unipolares; normalmente van alojados bajo tubo, el más utilizado es el tipo Pirepol que se fabrica en un solo hilo que se le llama rígido y se usa en secciones desde 0,16 a 6 mm², y cubierto con una capa de PVC, pero el más utilizado es el cable flexible, formado por un trenzado de hilos finos de cobre, también recubiertos con PVC, y abarca una horquilla más amplia de secciones.

∙Mangueras; cuando los cables no se instalan bajo tubo, estos se pueden llamar mangueras, existen bipolares, tripolares y multicabes, estos últimos están formados por varios pares de cables independientes y recubiertos por un aislante intermedio y trenzados todos los pares juntos y aislados por una cubierta principal de PVC.

También podemos clasificar a los cables por una característica constructiva muy importante, que es la tensión de aislamiento o protección contra la rigidez dieléctrica, que depende de las capas intermedias de aislante que lleven y comprende desde 600 voltios a 4000 voltios, en baja tensión.

Diferentes tipos de cables

Tipos de cables más usuales

–Tubos: cuando los equipos eléctricos están montados en instalación fija, la acometida se hace con tubos para una correcta protección del cable, estos se montan en lugares donde el cable necesita protección mecánica y corrosiva. Según su manejabilidad, pueden ser rígidos o flexibles.

∙Rígidos: según las condiciones de atmósfera, se montan metálicos o de PVC. Los metálicos pueden ser de acero o aluminio y los hay galvanizados o recubiertos de PVC, y se utilizan en instalaciones visibles. Para el manejo de los tubos metálicos se usan herramientas del tipo similar a la de la fontanería, curvadoras, roscadoras, etc. Para instalar tubo rígido de PVC y darle curvatura se usa una fuente de calor como un decapante, o pistola de aire caliente aplicando cierta temperatura se reblandece y se le puede dar la forma deseada ya que es termoplástico y se solidifica enfriándolo.

∙Flexibles: Estos tubos también están construidos de metal y PVC, y de metales recubiertos de PVC o de goma, estos últimos son los más utilizados en la industria ya que ofrecen más posibilidades de montaje y es el más adecuado para la acometida de un equipo eléctrico.

2. De salida

Hay equipos eléctricos que transforman la corriente eléctrica como los transformadores y autotransformadores, y otros que convierten otras energías, como las renovables, en energía eléctrica, son los aéreo generadores. Todos ellos tienen elementos de salida, pero son descritos de igual forma que lo hemos hecho con los elementos de entrada: Cables, tubos, prensas, racores, etc.

3. De control

Como hemos dicho anteriormente, nos vamos a centrar un poco más en los motores eléctricos, ya que es la parte principal de la mayoría de los equipos eléctricos.

El aumento de la utilización de estos equipos, lleva emparejado también un aumento en la fabricación de dispositivos necesarios para su control, maniobra y protección.

Vamos a empezar separándolos en dos categorías; manuales y automáticos.

Dispositivos manuales

Definición

Dispositivos manuales: son aquellos que se manipulan a voluntad del operario.

Los más utilizados son; Pulsadores, conmutadores, combinadores y seccionadores.

–Pulsadores: Hay muchos tipos de pulsadores: Rasante, saliente, de seta, de llave, marcha/paro, luminosos. Los definimos en el esquema siguiente:

–Conmutadores: También llamados selectores.

Actúan con un movimiento giratorio, accionando unas levas internas con contactos.

Muy útiles para arranque de motores.

–Combinadores: Aparatos accionados por una palanca, que hace girar un árbol de contactos, según la posición del eje actuara sobre unos circuitos u otro y asi permite múltiples combinaciones.

–Seccionadores: Se usan para interrumpir el paso de corriente hacia el equipo y deben fabricarse con alto poder de corte para evitar el cebado entre contactos.

Estos están descatalogados, pero todavía podemos encontrar algún equipo con este tipo de accionamiento.

Diversos tipos de pulsadores

Varios tipos y esquemas de conmutadores

Dispositivos automáticos

El arranque de motores por el método directo, tiene algunos inconvenientes y solo se usa para motores pequeños. Estos inconvenientes son: Elevada intensidad en el arranque, que absorbería mucha corriente y puede perjudicar a otros equipos conectados a la misma red. Movimiento brusco al arrancar y al parar, pudiendo deteriorar el equipo y resulta incomodo y perjudicial para los usuarios. La dificultad de conseguir una velocidad constante. Cuando se le corta la corriente a un motor, este sigue girando por su inercia, con los sistemas electrónicos, podemos controlar la parada. Por todo ello se utilizan arrancadores electrónicos y variadores de frecuencia.

En el esquema de la siguiente página, se describen los más usados.

Importante

Estos variadores se controlan por medio de ordenadores, autómatas programables o teclados montados en el propio equipo.

Exceptuando algunos pequeños motores individuales que se accionan manualmente, la gran mayoría se controla con contactores, y otros medios más automatizados.

El contactor, para ser accionado, precisa de elementos auxiliares para su maniobra. Los dispositivos automáticos auxiliares de maniobra, actúan según la funcionalidad del equipo eléctrico donde vayan instalados.

Sabias que

El contactor es un dispositivo mandado a distancia por cables, que puede abrir o cerrar circuitos tanto en carga como en vacío.

Su principal utilidad es la maniobra de motores aunque también se utiliza para el control de otros equipos, como por ejemplo, instalaciones de alumbrado público.

El contactor está formado por:

–Soporte sobre el que se fijan los órganos del contactor

–Electroimán, compuesto por una bobina y un circuito magnético

–Contactos principales. Contactos que se encargan del corte o apertura del circuito de fuerza o potencia.

–Contactos auxiliares. Hacen las funciones de señalización, autoalimentacion, enclavamiento, etc.

Partes de un contactor

A continuación vamos a explicar el funcionamiento básico de un contactor:

Cuando llega tensión a la bobina del electroimán, este atrae a una armadura móvil, contrarrestada por unos muelles, cerrando los contactos principales y auxiliares. Los contactos principales están normalmente abiertos en posición de reposo, NA y en inglés NO (Normaly open). Los contactos auxiliares, que se usan para conseguir diferentes maniobras, tienen dos posiciones en reposo; normalmente abiertos NA o NO, y normalmente cerrados NC (Normaly close). Todos los contactos cuando aplicamos tensión a la bobina, cambian de posición los abiertos a cerrados y viceversa. Cuando deja de haber tensión en la bobina los contactos, debido a la acción contraria de los muelles, vuelven a su posición inicial o reposo. Las bobinas de los contactores, pueden ser de tensión y corrientes menores que las del motor o equipo que controlan, esto se hace para ahorrar consumo.

Importante

Siempre que hablemos de un contactor, se entiende en posición de reposo y sin tensión.

A la hora de sustituir un contactor por avería en un equipo, tenemos que tener muy presente las características siguientes:

Los equipos que necesitan contactores para su funcionamiento, los montan siguiendo unas características concretas, como son:

–Tensión y potencia del propio equipo.

–Tipo de arranque del motor.

–Número de conexiones y desconexiones a la hora.

–Condiciones de trabajo, que pueden ser, ligeras, normales, duras y extremas.

–Tensión de alimentación de la bobina.

En la gran mayoría de equipos eléctricos, nos vamos a encontrar contactores como elementos de control para su funcionamiento, debido a su versatilidad de trabajo y ventajas. Algunas de ellas son:

–Ahorro de tiempo en maniobras largas.

–Seguridad, ya que trabajan a distancia del operador.

–Posibilidad de control desde puntos diferentes.

–Automatización de motores.

–Controla muchas aplicaciones, como el llenado automático de un pozo, el mantenimiento constante de la temperatura de un horno, etc.

Los contactores, digamos, que se utilizan para el control de un circuito de potencia, y en el caso de equipos complejos, para ahorrar espacio y abaratar costes, estos se combinan con elementos auxiliares de control automático, de tamaño más reducido y con infinidad de posibilidades, los más usuales son:

–Relés de tiempo.

–Termostatos.

–Programadores.

–Presostatos.

–Finales de carrera.

Relé con zócalo, para montaje en carril DIN

–Relés de tiempo: son aquellos que abren o cierran sus contactos con un retraso, respecto a la apertura de su electroimán, este retraso es elegido por el usuario. Los más comunes son los electrónicos, fundamentados en la descarga de un condensador a través de una resistencia y tienen unos valores muy exactos de retardo.

–Termostatos: estos funcionan teniendo en cuenta la temperatura cercana, existen dos tipos; bimetálicos y de tubo capilar:

∙Bimetálicos: compuesto por dos placas de metal con diferente coeficiente de dilatación. Cuando la temperatura se eleva, una de las placas se curva hasta hacer contacto.

∙De tubo capilar: depende de la presión de un fluido alojado en un tubo delgado, cuando varía la temperatura varia la presión, que actúa sobre un tubo ondulado y este sobre el contacto.

–Programadores: estos accionan multitud de contactos de forma simultánea o con repetición periódica.

Su fundamento es de micro-electrónica.

–Presostatos: son accionados por la presión que actúa en una instalación hidráulica o neumática. Pueden ser de membrana o sistema tubular.

∙De membrana: la presión que pasa por un tubo, actúa sobre una membrana que empuja un pistón que acciona los contactos.

∙Sistema tubular: un tubo ondulado, que con la presión se expande o contrae, actúa sobre los contactos.

–Finales de carrera: estos dispositivos controlan la posición de parte de un equipo, por ejemplo el carro de un puente grúa, una persiana eléctrica o una puerta. Consiste en unos microinterruptores accionados por una parte saliente que es presionada por un tope colocado en el equipo. El corte de corriente tiene que ser muy rápido ya que se usan normalmente para sistemas de seguridad.

Finales de carrera

Importante

Todos estos elementos constituyen parte del control de un equipo eléctrico. Normalmente alojados en un armario de control.

Existe otro tipo de relé, que mas que controlar, protegen el equipo, contra variaciones bruscas de tensión, corriente y temperatura, llamados: Relés de protección. Estos elementos, cuando detectan una anomalía, como: sobrecarga por la maquina que mueve el motor, disminución de la tensión, calentamiento, etc. Cortan el paso de corriente para evitar una avería. Son susceptibles de fallos y desajuste, por ello hay que prestarles especial vigilancia para el perfecto funcionamiento del equipo. Vamos a conocerlos. Hay varios tipos, según de lo que protejan:

–Relés térmicos.

–Relés electromagnéticos.

–Relés diferenciales.

Relés térmicos

Definición

Relés térmicos: aprovechan la deformación de bimetales, producida por el paso de corriente que alimenta el motor.

Si la corriente es superior a la nominal, los metales se curvan, empujando una placa que desconecta el circuito de la bobina del contactor y este corta la alimentación al motor.

Tabla para la elección del relé térmico

Relés electromagnéticos

Definición

Relés electromagnéticos: sirven para la protección contra fuertes sobrecargas y la desconexión es instantánea.

Basado en el funcionamiento de un electroimán que su bobina absorbe la corriente, cuando esta sobrepasa la nominal. La bobina produce un fuerte campo magnético que es capaz de atraer la armadura donde se encuentran los contactos principales y contrarrestando la fuerza de los muelles abre el circuito.

Relés diferenciales

Definición

Relés diferenciales: es muy eficaz para la protección de defectos de aislamiento. Está compuesto por un toroidal, donde van enrolladas las fases, mas una bobina auxiliar que es la que detecta la diferencia de corriente entre ellas, cuando hay una pequeña fuga esta pasa por la bobina auxiliar y abre un contacto que actúa sobre un resorte que corta corriente a la bobina principal, abriendo así el circuito.

4. De potencia: Motor

El elemento de potencia en un equipo eléctrico, es el motor y sus partes. Aquí vamos a repasar los motores trifásicos, que son los más usados en la industria, aunque más adelante veremos otros tipos.

Sus partes principales son:

–Estator o inductor.

–Entrehierro

–Rotor o inducido.

Estator

Como su nombre indica, es la parte estática y se compone de los siguientes elementos:

–Carcasa.

–Núcleo Magnético.

–Bobinado trifásico.

–Caja de bornas.

Entrehierro

Definición

Entrehierro: es la separación de aire entre el estator y el rotor. Tiene que tener de una medida constante y debe ser lo más pequeño posible y que no haya rozamiento.

Rotor

Definición

Rotor: formado por un eje con ranuras alrededor donde alojan los conductores.

Según como se instalen los conductores, en cortocircuito o bobinados, serán de dos tipos: motor de jaula de ardilla y motor de rotor bobinado.

Motor eléctrico

Ya hemos explicado las partes fundamentales del motor en el aspecto eléctrico. A continuación vamos a ver otras partes del motor, en función