Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
Al trabajar con máquinas de CC, no es raro encontrar un cliente que fabrica diferentes productos que requieren un rango de corriente de armadura. A diferencia de otros conductores, donde una corriente más baja es algo bueno, las escobillas de carbón están diseñadas con poco margen de densidad de corriente.
Las escobillas de carbón generalmente se seleccionan para las condiciones ambientales (humedad, sustancias químicas en el aire, altitud), pero también para la corriente de armadura nominal (plena carga), por lo que el funcionamiento con carga reducida requeriría un cambio en la calidad de las escobillas. No es práctico ni recomendable cambiar las escobillas cada vez que se requiera una carga diferente. Un aspecto único de la vida útil de las escobillas de carbón es que aquellas que funcionan con una densidad de corriente mucho menor a de la que están diseñadas no duran tanto como se espera. Para ver la importancia de este caso, veamos un ejemplo específico: Una escobilla diseñada para 25-50 amperios/pulgada cuadrada (3,9-7,8 amperios/cm cuadrados) puede durar seis meses o más, pero si funciona a solo 10-15 amperios/pulgada cuadrada (1,6-2,3 amperios/cm cuadrados), solo lo haría'ia un par de semanas.
Un enfoque práctico para cargas ligeras consiste en retirar escobillas en proporción al porcentaje de corriente nominal al que el motor estará trabajando. Consideremos un ejemplo: Un motor CC con cuatro escobillas por poste (Figura 2) trabajando a tres cuartos de su carga nominal. Al retirar una escobilla por poste (Figura 3) se aumenta la densidad de corriente al rango para el cual fueron diseñadas, por lo que la vida de las escobillas no se acortará.
Aquí es donde las cosas se pueden complicar, especialmente si su cliente solo tiene una vaga noción sobre la forma correcta de eliminar las escobillas. Esa película en un colector es más complicada de lo que parece. Una polaridad de la escobilla deposita material en el colector, mientras que la otra polaridad recoge material del colector. Las partículas de óxido de cobre entre la cara de la escobilla y el colector se vaporizan por la corriente, formando la pátina de color chocolate (Figura 1) que estamos acostumbrados a ver cuando un motor de CC está funcionando bien. Si la velocidad de deposición es mayor que la velocidad de recuperación, se produce una película negra espesa. Si la velocidad a la que se recoge el material supera la velocidad a la que se deposita, se produce un estriado. El cobre se está quitando literalmente del colector.
Cada trayectoria circunferencial de la escobilla debe tener la misma cantidad de escobillas positivas y negativas. No solo eso, los bordes de esas escobillas deben estar exactamente alineados. Si los bordes de las escobillas positivas y negativas están ligeramente desplazados, el resultado será una franja negra gruesa en un borde y un estriado (threading) en el otro.
Volviendo al cliente que va a fabricar un producto nuevo que solo requiere tres cuartas partes de la potencia nominal. Al quitar las escobillas, es importante que cada recorrido circunferencial de escobillas tenga la misma cantidad de escobillas positivas y negativas. Si bien podríamos quitar un recorrido circunferencial completo, es decir, todas las escobillas en una posición, como las más cercanas a los risers (segmento del colector donde se sueldan los alambres), el colector durará más si distribuimos las escobillas para utilizar toda su superficie.
Para máquinas de 8 polos o más, también se recomienda desplazar las escobillas axialmente (Figura 3). Esto se hace en incrementos de la mitad del ancho de la escobilla, de modo que se utilice toda la superficie del colector. Si alguna vez ha visto un colector con bordes ondulados (Figura 4) entre los recorridos de las escobillas, comprenderá por qué se hace esto. De acuerdo con la explicación anterior de que las escobillas positivas y negativas trabajan juntas para formar una buena película en la superficie del colector, nuestro desplazamiento de la mitad del ancho de la escobilla también debe conservar esa distribución de escobillas positivas y negativas como lo muestra la Figura 3.
Según al menos un fabricante de escobillas, este método de espaciado tiene un beneficio adicional, que es la supresión de las marcas en las ranuras de las delgas del colector, pero solo si las escobillas de los postes adyacentes (es decir, postes positivos y negativos) están alineadas.
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