Jonathan Robinson
Miembro del Comité de Enseñanza Técnica
Burford Electric Service, Inc. 

Al reparar aparatos eléctricos de cualquier tipo, una tarea común consiste en asegurar que los ajustes mecanizados se encuentren dentro de los límites aceptables del Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica (GD&T). Esto abarca desde lo simple, como verificar la coplanaridad de la pata del motor, hasta lo complejo, como verificar que el orificio del estator esté alineado, así como su concentricidad consigo mismo y con los rodamientos. La complejidad de la tarea, por supuesto, implica tiempo adicional, y el tiempo nunca sobra en un taller mecánico. Omitir estas comprobaciones GD&T para ahorrar tiempo puede provocar errores y fallos, con costos que van desde unos pocos días adicionales de trabajo hasta completar el reemplazo del motor y la posible pérdida de tiempo de producción tanto para el cliente como para el taller. En los últimos años, se han realizado investigaciones y se han desarrollado herramientas que reducen significativamente el tiempo necesario para realizar estas tareas, lo que permite a los talleres ahorrar tiempo y garantizar que todos los ajustes se encuentren dentro de tolerancia.

¿Qué es una máquina de medición por coordenadas (sistema de medición CMM)?
Una máquina de medición por coordenadas, o CMM, es una herramienta de medición tridimensional que se utiliza para medir, registrar y comparar el tamaño y la posición exacta de diferentes características en una pieza o serie de piezas. En lugar de usar calibradores o micrómetros, una CMM permite obtener mediciones tridimensionales de alta precisión tocando puntos de la pieza con una sonda o utilizando un cabezal de escaneo láser. La CMM registra puntos de datos tridimensionales y los utiliza para medir el objeto, así como para determinar su forma. Una vez almacenados estos datos en el software de la CMM, este puede compararlos para evaluar las relaciones geométricas entre las piezas, como la coplanaridad o la concentricidad. Al realizar esta comparación, el usuario puede determinar la alineación de los diferentes ajustes en una máquina determinada. La precisión de estas mediciones suele variar según el modelo, la marca y el alcance del brazo de la CMM. La precisión también puede verse afectada por la estabilidad térmica del entorno en el que se registran las mediciones. 

Existen muchas marcas y tipos de CMMs disponibles en el mercado, incluyendo modelos fijos y portátiles. Nuestro centro de reparación utiliza una CMM portátil tipo brazo fabricada por FARO. Este dispositivo, a menudo llamado "Brazo FARO", puede moverse por el centro de reparación y ser usado directamente en motores u otros componentes. Esto resulta útil para comprobar RÁPIDAMENTE aspectos como: 

• Si el asiento del rodamiento está correctamente centrado en el estator 
• Si las superficies están en el mismo plano 
• Si el núcleo del estator sigue cilíndrico (los estatores de dos polos son conocidos por tener problemas de cilindricidad) 
• Si los ajustes y características mecánicas están correctamente alineadas 
• Si una superficie está inclinada (Sabía que un tubo vertical inclinado en un motor vertical puede causar fugas de aceite) 

El uso de una CMM como esta ayuda a detectar problemas de forma temprana, durante la evaluación inicial o antes del ensamblaje. El brazo FARO se ha convertido en una de nuestras herramientas más valiosas para garantizar la precisión y evitar errores costosos, especialmente en motores grandes donde la ubicación geométrica entre las piezas no es fácil de medir. (Ver Figura 1).

Manos capacitadas y supervisión de ingeniería
La operación del brazo FARO es realizada exclusivamente por técnicos que han completado la capacitación formal en fábrica. Los operadores principales trabajan en el departamento de reparación de máquinas bajo la tutela de nuestro supervisor de control de calidad, un ingeniero mecánico. Esto garantiza que las mediciones se tomen correctamente y se interpreten con conocimiento de ingeniería, en lugar de emplear conjeturas para ello. 

Un enfoque más anticuado
Antes que existieran los equipos de medición CMM, comprobar la ubicación geométrica entre las piezas de una máquina era un proceso muy laborioso. La mayoría de los centros de reparación disponían de un par de opciones, pero ninguna de ellas se podía realizar con rapidez. Si el centro de reparación intentaba determinar la cilindricidad del núcleo del estator de un motor, la comprobación más común consistía en montar el núcleo en una gran fresadora y rectificar los ajustes de los anillos de encaje de la tapa con la carcasa. (Véa la Foto 1) y una vez rectificados, se barría el orificio con indicadores de carátula que marcaban las "altas" y "bajas" en el hierro del núcleo para determinar si este estaba redondo y cilíndrico. (Véa la Foto 2). Hace muchos años, necesitábamos evaluar la geometría del núcleo del estator de un motor de dos polos y determinar su centrado respecto a los cojinetes de deslizamiento del motor, y mecanizábamos un eje ficticio y lo apoyábamos en los cojinetes, con el eje atravesando el orificio del estator. Luego se colocaban numerosos indicadores de carátula en el eje simulado para barrer y mapear el orificio del estator. Ambos procesos requieren mucho tiempo. Estos métodos tradicionales requieren varios días de registro e interpretación de los datos obtenidos para poder llegar a una conclusión sobre el estado del motor. En pocas horas, un centro de servicio ahora puede realizar las mismas comprobaciones con una CMM.

Evitando errores costosos en motores verticales

Una aplicación crítica del brazo FARO es la inspección de motores verticales, en particular aquellos con asientos de rodamientos superiores ajustables y aislados. Esta configuración de tapa ajustable se utiliza ampliamente en el diseño de motores verticales de media tensión de un fabricante. Cabe aclarar que el diseño no presenta ningún defecto inherente; sin embargo, hemos identificado casos en los que los asientos de los rodamientos superiores no estaban concéntricos con el ajuste del anillo de encaje de la tapa con la carcasa (pestaña). Estos asientos de rodamientos ajustables en la tapa superior suelen tener hasta 0,060" (0,1524 cm) de holgura radial para su movimiento lateral. Puede ver estos pernos de ajuste en la Foto 3. Si hay desalineación entre estas piezas, es probable que el motor experimente numerosos problemas, el menor de los cuales sería la vibración eléctrica causada por un entrehierro asimétrico. Un resultado más catastrófico sería que el rotor entrara en contacto con el núcleo del estator, como se muestra en la Foto 4. Un evento de esta magnitud en una máquina grande podría fácilmente costar al taller o al cliente más que un motor nuevo, dependiendo de la magnitud del daño.

Motores de alta velocidad y problemas ocultos
Otro uso valioso de la CMM es la inspección de la alineación del núcleo del estator con los rodamientos, especialmente en máquinas de dos polos. En nuestra experiencia, un entrehierro asimétrico es una de las principales causas de problemas de vibración, especialmente en máquinas de 2 polos. Nos esforzamos al máximo para asegurar que el entrehierro en las máquinas de 2 polos sea lo más uniforme posible. La mayoría de los talleres de reparación reconocen que cualquier motor de 2 polos necesita todas las probabilidades a su favor para funcionar de forma confiable. Según la norma EASA AR100, el entrehierro de una máquina de 2 polos no debe variar del promedio en más del 5 %. Se permite una variación del entrehierro de hasta el 10 % en máquinas de menor velocidad.

Algunas de las consecuencias de un entrehierro asimétrico son: 

1. Desequilibrio de la fuerza de atracción magnética 
2. Aumento en el ruido y la vibración 
3. Corrientes circulantes y calentamiento 
4. Contacto entre los hierros del rotor y del estator, especialmente al arrancar con carga 
5. Reducción del factor de potencia y la eficiencia 

Mantener un entrehierro equilibrado en motores de dos polos es crucial, ya que estos motores suelen tener muñones de eje de poco diámetro y alargados. Los talleres de reparación deben recordar que la fuerza magnética que actúa sobre el entrehierro en todos los motores eléctricos varía según el cuadrado de la distancia entre ellos. (Véa la Figura 2). Como mínimo, un entrehierro asimétrico en un motor de dos polos producirá ruido. Si el entrehierro del motor está lo suficientemente desequilibrado, el motor puede experimentar contacto entre el rotor y estator al arrancar bajo carga. 

El brazo FARO se utiliza para confirmar que los asientos de los cojinetes estén concéntricos con el núcleo del estator y para verificar que el núcleo del estator esté cilíndrico, no arqueado ni con forma de banana. (Véase la foto 5). Tenga en cuenta que NO se puede detectar un núcleo de estator con forma de banana midiendo el diámetro interior del orificio. El orificio del estator puede tener un diámetro relativamente similar en toda su longitud y, al mismo tiempo, tener forma de banana. Un núcleo curvado o con forma de banana es difícil de detectar con métodos tradicionales, como galgas en un motor largo y estrecho, como un motor de 2 polos. 

Años atrás ayudamos a un cliente a diagnosticar un problema de vibración en un motor de dos polos de media tensión nuevo. El motor se devolvió al fabricante para un análisis de causa raíz de fallo. Durante la investigación, se determinó que el núcleo del estator tenía forma de banana debido al desgaste excesivo del mandril de apilado del hierro del núcleo del estator utilizado por el fabricante. La razón de mencionar esto es que todos cometemos errores involuntarios. Los centros de servicio deben contar con la tecnología necesaria para verificar la calidad tanto de los fabricantes como de los proveedores. No detectar un error a tiempo puede resultar en algo mucho más costoso. 

Detectar problemas en etapas tempranas = Ahorro real
La rentabilidad de invertir en una CMM ha sido una decisión lógica para nuestro centro de reparación. 

La CMM ayuda a evitar: 

• Paradas no programadas del cliente 
• Reclamos por garantía: un fallo catastrófico evitado cubre el costo de la CMM. 
• Retrasos en la instalación 
• La capacidad de realizar controles de calidad en piezas recién fabricadas, como un núcleo de estator reensamblado, antes y después del bobinado. 

El brazo FARO también permite que un centro de reparación proporcione informes dimensionales cuando sea necesario, lo que genera confianza en el cliente en la integridad de nuestras reparaciones, especialmente cuando están involucrados motores de alta velocidad o alta potencia. 

Conclusión
La CMM no es solo una herramienta de alta tecnología; se ha convertido en una parte clave del proceso de control de calidad. Desde la comprobación de la integridad cilíndrica de los núcleos del estator hasta la verificación de la concentricidad en conjuntos de rodamientos complejos, nos ha ayudado a realizar reparaciones más precisas, evitar errores costosos y mantener la confianza de nuestros clientes. ¡En la competitiva industria actual de la reparación de motores, la precisión es fundamental, y con una CMM de calidad, los centros de reparación de motores pueden lograrlo!.

Categories: Technical topics, Service center equipment

Tags: Service center equipment

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