Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Uno de los temas más debatidos en nuestra industria es la comparación- y los procedimientos- de impregnación por presión y vacío (VPI) versus la inmersión y secado en horno. En este artículo, he ampliado la discusión para incluir bobinas semicuradas (B-stage) y el método de goteo (trickle). Los centros de servicio que cuentan con un tanque de VPI resaltarán rápidamente los muchos beneficios del VPI, como un mejor sellado de los devanados y una mejor transferencia de calor entre los conductores de los bobinados y la carcasa para mejorar la disipación de calor.
Los bobinados de pletina (solera/bobinas formadas) y de alambre redondo tienen dos problemas claramente diferentes. Para las máquinas con bobinas de pletina, la penetración de la resina es la mayor preocupación, lo que le brinda una clara ventaja al proceso VPI. En los bobinados de alambre redondo, la inquietud es la retención de la resina.
Comencemos con los motores de alambre redondo, que representan la mayoría de los rebobinados de nuestra industria. Con alambres magneto libres a través de las ranuras y en las cabezas de bobina, debería ser obvio que el barniz puede filtrarse fácilmente entre los alambres y dentro de las ranuras. Cuanto más larga sea la ranura, deberíamos preocuparnos más de que el barniz llegue al centro de esta.
Consejo: Sumerja el estator en posición vertical, ya que eso facilita que el aire escape por las ranuras para que el barniz pueda llenar los huecos. Solo asegúrese de que el núcleo no esté suelto en la carcasa.
Precaliente el estator
Un paso importante consiste en precalentar el estator antes de enresinar. Esto no es solo para calentar los bobinados y para que la resina fluya mejor, también es crítico para “desgasificar” (evaporar) los lubricantes usados durante la fabricación del alambre, para que la resina se adhiera. No precalentar los bobinados de alambre redondo antes de aplicar la resina puede dar como resultado que la resina quede “mojada”, como agua en la superficie de un carro encerado. La temperatura de precalentamiento recomendada varía de acuerdo con el fabricante y el producto, normalmente el rango está entre 200 y 275°F (95 - 135°C), dejando que el estator se enfríe a la temperatura de proceso recomendada para su resina (normalmente entre 120 y 175°F / 50 - 80°C).
Consejo: No se apresure usando ventiladores para acelerar el enfriado del estator mientras se prepara para la VPI. Esto enfría la superficie de la carcasa a la temperatura deseada, pero el calor dentro del núcleo se transfiere a la superficie y puede sobrecalentar la resina.
Manteniendo la resina dentro de las ranuras
También debería ser obvio que el desafío es mantener la resina dentro de las ranuras. Solo mire la cantidad de resina que se escurre de las ranuras durante el ciclo de secado. La solución para retener la resina en un estator de alambre redondo es sumergir y secar primero el estator usando la resina VPI y luego procesarla con VPI. Eso puede sonar al revés, pero durante la inmersión, la resina penetra en las ranuras (en su mayoría) y llena los espacios entre los alambres. A medida que el estator que ha sido sumergido se cura, parte de la resina se drena porque existe muy poca en la mitad de la cinta para sellar las ranuras. Cure parcialmente la resina (una sugerencia es que debe ser pegajosa al tacto) y luego enfríe el estator a la temperatura adecuada para su resina VPI.
Las razones para curar parcialmente la primera impregnación son que durante la segunda impregnación la resina se adherirá mejor a la superficie y ahorrará energía y tiempo total de curado. Vea la Figura 1. Al procesar el estator con VPI después de sumergirlo y secarlo, quedan menos huecos para que la resina VPI penetre y los rellene. La retención es considerablemente mejor que la metodología convencional de “VPI seguido de inmersión & secado.” El fabricante para el que trabajé utilizó este método en estatores de 2300 voltios de alambre redondo. Esa fue la clave de nuestro éxito con los bobinados de alambre redondo de 2300 voltios. Aquellos que recuerdan las prisas al bobinar máquinas de alto voltaje de alambre redondo, tengan en cuenta que la mayoría de las reparaciones no tuvieron éxito.
Metodo de Goteo (Trickle)
En los bobinados de alambre redondo, un método alternativo al VPI o a la inmersión y secado es el goteo (trickle). Para núcleos con una longitud aproximada de 12“ (300 mm), el método de goteo es en muchos sentidos superior al procedimiento tradicional de inmersión y secado. Durante mis años de trabajo en un centro de servicio, hicimos bastantes pruebas para maximizar la vida de los bobinados de alambre redondo en motores y alternadores utilizados en plataformas petrolíferas en alta mar. Intentamos todo: Atar completamente las cabezas de bobina, amarrar sobre una envoltura de fieltro, encapsulado, múltiples tratamientos VPI, etc. Cuando se hizo correctamente, el epoxi aplicado por goteo superó a todas las combinaciones VPI-inmersión y secado. Finalmente, pudimos hacer funcionar un motor seccionado sumergido en un acuario para una feria comercial. Nuestra fuerza de ventas estaba extasiada.
El procedimiento empleado es clave para obtener buenos resultados con el método de goteo. Coloque el estator vertical con el lado de conexiones hacia arriba. Energice el estator usando aproximadamente el 10% del voltaje nominal y caliente los devanados unos 130°F (55°C); luego, aplique lentamente el epoxi por goteo en la cabeza del bobinado. Un chorro constante de aproximadamente 1/8” (3 mm) de diámetro funciona bien. El objetivo, además de cubrir el lado conexiones, es “gotear” el epoxi (de ahí el nombre) para que este fluya hacia y a través de las ranuras, Energizando los bobinados se obtienen dos cosas:
- Calentar los devanados para que el epoxi fluya más libremente, mejorando la penetración.
- Los devanados vibran al doble de la frecuencia de línea, lo que facilita el movimiento del epoxi a través de las ranuras.
Una vez el lado de conexiones quede totalmente impregnado, corte la energía y voltee el estator. Siga el mismo procedimiento para impregnar el lado opuesto conexiones.
Un beneficio adicional del tratamiento por goteo con epoxi es que reduce el tiempo del proceso en comparación con el requerido para el VPI o para secar el bobinado sumergido.
En los bobinados de pletina (bobinas formadas), el VPI aventaja claramente al método de inmersión y secado. Vea la Figura 2. Una queja habitual es que al procesar las bobinas de pletina con VPI se presenta un incremento de temperatura de 10°C (18°F) por debajo de lo que se obtendría si el mismo motor solo fuese procesado por inmersión y secado. Aunque principalmente son usadas en máquinas de 11 kV o de tensiones superiores, rebobinados in situ o en estatores que no caben en el tanque VPI, las bobinas semicuradas (B-stage) son una alternativa al VPI.
Casi todos los proveedores de bobinas pueden suministrar bobinas VPI o bobinas para inmersión y secado. La mayoría de las cintas VPI, pero no todas, son hechas con mica seca y dependen de la penetración de la resina para saturar la cinta y obtener la rigidez dieléctrica completa. No existe un acuerdo universal sobre el uso de una película de refuerzo en las cintas de mica para VPI. Un fabricante nunca se ha desviado de su preferencia por las cintas de mica con película de refuerzo, mientras que otros argumentan que esta inhibe la penetración del VPI.
La Ventaja del VPI
Con respecto al VPI, la recomendación es hacer un vacío a 1-3 Torr (1-3 mm de Hg) y mantenerlo durante dos horas. Transfiera la resina y mantenga un vacío de <3 Torr (<3 mm de Hg) durante un mínimo de 2 horas. Presurice al menos A 90 psi (620 kPa) y mantenga el ciclo de presión durante mínimo 1 hora por kV de tensión nominal. Por ejemplo, un devanado de 4 kV debe recibir un ciclo de presión mínimo de 4 horas. Esto está muy lejos de los viejos tiempos cuando un proceso de VPI probablemente significaba “vacío seco de 1 hora, vacío húmedo de 1 hora y presión de 1 hora.”
Consejo: Cuando haga VPI en una armadura, controle la transferencia de resina y abra brevemente la válvula de presión a medida que el nivel de resina se acerca a los raisers (ranuras del colector donde se sueldan los alambres). Unos segundos de aire seco o nitrógeno disiparán la espuma para que pueda ver el nivel real de resina. El nivel de resina nunca debe alcanzar los risers.
El Proceso “Bumping”
Los europeos a menudo llevan el proceso de VPI un escalón más arriba que la mayoría en América del Norte, efectuando un paso al que se refieren como “bumping”. La razón detrás del bumping es que, una vez obtenida la presión máxima, las burbujas de aire arrastradas se comprimen, pero no pueden escapar. La idea es que liberar la presión le da al aire atrapado la oportunidad de expandirse y escapar. Luego se vuelve a aplicar la presión completa.
Verifique la Penetración de la Resina
En lugar de curar y cortar una bobina de sacrificio en el estator, es mucho mejor desenvolver la bobina húmeda para verificar la penetración completa de la resina. El estator debe dejarse en el tanque VPI mientras se inspecciona la bobina en caso de que se requiera tiempo de proceso adicional.
Para máquinas de 7 kV o más, la penetración del VPI con resina convencional no siempre es confiable. Aquellos que rebobinan regularmente máquinas que rondan los 11 kV y voltajes superiores, confían a menudo en bobinas en las que la cinta contiene el catalizador de la resina. Esto permite que la resina del tanque sea mucho más delgada para asegurar una penetración adecuada en las cintas. Cuanto más delgada sea la resina VPI, mayores serán las posibilidades que esta penetre todas esas capas de cinta.
Una alternativa al VPI, especialmente en máquinas de alto voltaje, son las bobinas semicuradas (B-stage), que utiliza cintas ricas en resina (resin rich) durante su proceso de fabricación. Nosotros usábamos platens (platinas de acero mecanizadas a una medida específica) para formar la sección recta de cada bobina al tamaño requerido por las ranuras y colocábamos calentadores en los platens para curar las cintas solo en la sección recta. Esto dejaba las cabezas de bobina flexibles para su manipulación en nuestros rebobinados in situ más grandes.
Consejo: Para aquellos en el negocio de las bobinas, usen calentadores de cartucho en los platens y unten generosamente los calentadores con compuesto disipador de calor para prolongar su vida útil.
Diferencias entre Barniz y Resina
Es de esperar que este artículo le haya dado algunas ideas sobre los diferentes métodos de tratamiento para los devanados y existen unos cuantos consejos relacionados con el medio ambiente que vale la pena compartir. Aunque muchos de nosotros usamos los términos barniz y resina indistintamente, los materiales son claramente diferentes. El barniz incluye un solvente, lo que hace que el ajuste de la viscosidad sea una cuestión de agregar un solvente (por ejemplo, xileno) a un tanque de inmersión para diluirlo. El barniz contiene aproximadamente un 50% de sólidos, lo que significa que tiene una gran cantidad de disolvente, por lo que el barniz es estrictamente para tanques de inmersión. Tratar de hacer vacío en un tanque de barniz eliminaría el solvente y sería un desastre ambiental, además de representar un riesgo de explosión e incendio. La resina no tiene disolventes, es “100% sólidos” y es adecuada para el VPI. Pero ajustar la química es más complicado que simplemente añadir un tambor de solvente. Ya sea barniz o resina, es importante enviar periódicamente una muestra a su proveedor para su evaluación.
Más consejos: A medida que más entes reguladores nos piden que informemos la cantidad de volátiles y carbono liberados a la atmósfera, es conveniente pesar cada estator antes y después del quemado. Para control de facturación e inventario, péselos antes y después del proceso VPI / Inmersión & secado. Desarrollará una mejor comprensión de la cantidad de resina que se usa por rebobinado. Parece que hay un impulso renovado para que los gobiernos impongan impuestos al carbono, por lo que todos necesitamos comprender claramente la cantidad de carbono que estamos liberando a la atmósfera.
ANSI/EASA AR100
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