Chuck Yung
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA
A menudo, las inundaciones producidas por las intensas lluvias de las tormentas tropicales (huracanes, monzones y ciclones) colapsan cientos de plantas industriales a todo lo largo de la costa del golfo de México, desde la Florida hasta Texas y en otros lugares del mundo.
Para retomar las actividades productivas, los departamentos de mantenimiento y los reparadores enfrentan la difícil tarea de limpiar la suciedad y desalojar la humedad en miles de motores y generadores eléctricos. Ver Figura 1. El proceso en tales situaciones puede tomar semanas o meses y requiere procedimientos especiales para limpiar los motores contaminados con agua salada.
Aunque el problema es enorme, las fábricas pueden volver a producir más rápidamente aunando esfuerzos con centros de servicio profesionales y siguiendo algunos consejos que facilitan las tareas de limpieza. Estos incluyen, priorizar los motores que requieren ser reparados o reemplazados, almacenar adecuadamente las máquinas contaminadas y utilizar métodos contrastados para eliminar la contaminación con agua salada. Fabricar hornos provisionales in situ o en el centro de servicio también puede aumentar la capacidad de secado de los sistemas de aislamiento de los motores inundados.
Entendiendo el problema
El daño causado por las inundaciones a los motores y generadores va mucho más allá de ejes y lubricantes oxidados y rodamientos contaminados. Incluso, la entrada de un poco de humedad puede comprometer el sistema de aislamiento, haciendo los devanados vulnerables a los fallos a tierra. Las inundaciones con agua salada plantean problemas adicionales. A no ser que antes del secado final sea retirada completamente de los equipos, los residuos de agua salada oxidan las laminaciones del rotor y del estator y también puede corroer los bobinados y jaulas de ardilla de cobre o aluminio. El resultado, predecible, será una gran cantidad de motores averiados - algunos de estos daños ocurren años después de la tormenta.
Como proceder
Empiece priorizando los motores por tamaño y disponibilidad. Por lo general, los motores antiguos son buenos candidatos para ser reemplazados por modelos energético-eficientes. El rango de potencias (hp/kW) varía de una planta a otra, dependiendo de la aplicación, el uso anual, los costes de energía y otros factores. Pero, considerando la posibilidad real que sus proveedores de reparación habituales se puedan retrasar por el exceso de trabajo, un rango de potencias entre 100 y 200 hp (75 a 150kW) podría ser razonable para establecer el límite entre reparar y reemplazar. Reemplazando estos motores pequeños por modelos energético-eficientes, fácilmente disponibles en el mercado, usted liberará la capacidad de los centros de servicio para que se concentren en los motores grandes, los cuales son más lógicos de reparar.
Dos formas de limpiar
Una vez decida que motores debe salvar, encárguese primero de los motores abiertos. En caso de contaminación con agua dulce, desmonte el motor y limpie los bobinados del rotor y del estator con agua a presión. Si después de limpiar y secar completamente los devanados la resistencia de aislamiento es aceptable, aplique una capa fresca de barniz y continúe con el proceso normal de reparación (rodamientos nuevos, balancee el rotor, etc.). Si los devanados no pasan la prueba, vuelva a limpiarlos y a secarlos. Aquellos que no superen la segunda prueba de resistencia de aislamiento deberán ser rebobinados o reemplazados.
La contaminación con agua salada requiere un proceso de limpieza más exhaustivo para reducir la posibilidad que los residuos de sal corroan las laminaciones y/o los devanados. Para cumplir esta tarea, limpie los sistemas de aislamiento de los devanados del rotor y del estator según el “Procedimiento para retirar el agua salada” descrito más adelante. Para obtener mejores resultados, sumerja los estatores y rotores en el tanque de agua dulce antes que la sal se seque.
Por esta misma razón, no desmonte motores TEFC o a prueba de explosión hasta que exista espacio disponible en el tanque de inmersión. Esto los mantendrá llenos de agua y evitará que la sal se seque en las partes internas, Si fuese necesario esperar un tiempo antes que pueda limpiar estos motores, ubíquelos de lado, con los cables de salida hacia arriba y manténgalos llenos de agua dulce.
Procedimiento para retirar el agua salada
Este procedimiento ofrece la mejor opción para retirar el agua salada de los bobinados contaminados. Como se mencionó anteriormente, funciona mejor si la sal no se seca. Entre más rápido se sumerjan los bobinados en el tanque mejor serán los resultados.
El proceso es sencillo:
- Sumerja los estatores y rotores en agua dulce durante 8 horas.
- Agite el agua continuamente.
- Intercambie el agua del tanque con agua dulce a una velocidad de al menos 20 - 50 galones por minuto (75 - 190 l/min).
Construcción del tanque. Seleccione un contenedor con capacidad para almacenar el agua suficiente para sumergir completamente un buen número de estatores y rotores y perfore un agujero de drenaje de al menos 2” (50 mm) de diámetro cerca de la parte superior. Suelde un tubo al agujero de drenaje y conéctelo a un desagüe u otro sitio parecido. Para estos propósitos se pueden usar contenedores de carga modificados, contenedores de basura e incluso piscinas. A continuación, conecte por encima del tanque una tubería de suministro de agua dulce (casi centrada), con un diámetro mayor o igual a 3/4” (20 mm), bájela por la pared lateral del tanque y llévela a través del fondo. Tape el tubo y perfore agujeros ligeramente inclinados hacia arriba a todo lo largo de ambos lados del tubo para que actúen como chorros de agua. El diámetro del hueco debe ser apropiado para la presión de agua disponible, pero no mayor a 1/8” (3 mm). Cuantos más huecos perfore, más pequeños tendrán que ser (ver Figura 2).
Procedimiento de enjuague. Coloque los estatores y rotores dentro del tanque y llénelo con agua dulce. Procese cada lote durante 8 horas, intercambiando el agua del tanque continuamente a una velocidad de al menos 20 - 50 galones por minuto (75 - 190 l/min). Al final del ciclo, retire y lave a presión los estatores y rotores y déjelos secar completamente en un horno de secado/provisional (ver Figura 3).
Finalmente, compruebe la resistencia de aislamiento a tierra. Si el resultado es aceptable, barnice los devanados por inmersión y séquelos antes de ensamblar el motor. Si la prueba de resistencia de aislamiento falla, vuelva a secarlo en el horno y pruebe de nuevo. Los motores que no superen la segunda prueba deberán ser rebobinados. De acuerdo con las normas IEEE Std. 43 e IEC 60034-27-4, el valor mínimo de resistencia de aislamiento a tierra es de 5 o 100 megohmios para bobinados de alambre redondo y de pletina (solera) respectivamente.
El cuello de botella
Para la mayoría de los centros de servicio, el horno de secado es el mayor cuello de botella. Incluso la capacidad de los hornos más grandes es limitada y el tiempo de secado de cada lote puede tomar 12 horas o más. Imagínese la acumulación de trabajo después del desastre, con cientos de motores por procesar.
Es posible (pero no muy eficiente) secar bobinados tapando los motores más grandes con carpas y aplicando fuentes de calor externas. Otra alternativa consiste en energizarlos con un soldador u otra fuente de corriente continua. El inconveniente con este método, es que si el devanado no está conectado en estrella- delta (triángulo), alguien tiene que monitorear periódicamente la corriente y la temperatura del bobinado e intercambiar los cables del soldador para calentar las tres fases por igual, Las máquinas de soldar también tienen un ciclo de trabajo mucho más corto que los dos o tres días que podría tomar secar un motor grande.
Una mejor alternativa para aumentar la capacidad de secado es construir uno o dos hornos portátiles que puedan secar los bobinados de los motores y generadores de forma segura y eficiente. Este enfoque es especialmente útil para secar estatores grandes, que tardan mucho tiempo en calentarse a la temperatura requerida, ocupando todo el horno y que retrasan el proceso de secado de los otros motores. Si es necesario, los hornos portátiles pueden ser incluso construidos in situ. Esto puede ahorrar tiempo y reducir la mano de obra requerida para desmontar el motor, transportarlo al centro de servicio y reinstalarlo de nuevo.
Materiales. Las planchas de aislamiento térmico y la cinta para ductos de aluminio son ideales para construir hornos provisionales, sin importar el tamaño o la forma que necesite. Disponibles en la mayoría de almacenes de construcción y grandes superficies, los paneles de aislamiento térmico están recubiertos a ambos lados con papel aluminio y cuentan con un valor de aislamiento excepcional para su grosor (R-29). Las planchas de 4’ x 8’ (1.2 m x 2.4 m) son ligeras y fáciles de cortar con un bisturí. También son reutilizables en la medida que sean alamcenadas sin que se dañen. Paredes con grosores mayores o iguales a 1” (25mm) mantienen el calor con mínimas pérdidas.
Construcción del horno. Para motores con carcasas muy grandes, encierre la carcasa con planchas de aislamiento térmico, incluida la parte superior y selle las juntas con cinta para ductos de aluminio. Instalar las planchas directamente en la carcasa minimiza el volumen de aire que debe ser calentado. Esto reduce el tiempo de secado porque el aislamiento minimiza las pérdidas de calor.
Fuentes de calor. Para calentar el horno provisional, fuerce aire a través del mismo con una fuente de calor alternativa. Si utiliza un calentador tipo torpedo o cañón de aire (ver Figura 3), sitúelo de tal forma que sople directamente aire caliente por el centro del agujero. Los cálculos energéticos para el diseño de hornos son complejos. Para estos propósitos, 100,000 BTU (106,000 kJ)por cada 1200 pies3 (34 m3) de volumen de horno serán adecuados para calentar el horno y su contenido en un tiempo razonable.
Control de temperatura. Para un control de temperatura preciso, mida la temperatura directamente en las RTDs del bobinado del motor, si el bobinado cuenta con RTDs. En caso contrario, utilice instrumentación empleada en los sistemas de calefacción, refrigeración y ventilación o termómetros, para monitorear cada cuadrante del horno. La clave es mantener el calor uniforme dentro del motor y no exceder la temperatura de la pieza más de 250°F (120°C).
Ya que el calor aumenta, puede parecer razonable abrir orificios de salida en la parte superior para hacerlo salir. Pero como los que están familiarizados con las antiguas estufas de madera lo pueden decir, la mejor forma de controlar la temperatura del horno es abrir o cerrar los orificios de escape/regulación (dampers) cercanos a las cuatro esquinas situados a ambos lados (ver Figura 3).
Por ejemplo, para elevar la temperatura en una esquina, abra más ese damper. El aumento de flujo de aire caliente a través de esa área elevará la temperatura. La capacidad para regular la temperatura de esa forma mejora en gran medida el proceso de secado en comparación con los métodos tradicionales, como los que utilizan fuentes de corriente continua o carpas.
¿Cuál es el tiempo de secado?
El ciclo de secado debe ser lo suficientemente largo para que los bobinados se sequen completamente. Si es muy corto necesitará repetir el proceso. Si es muy largo, estará desperdiciando tiempo y energía. Si el bobinado tiene RTDs, 6-8 horas a 200°F (93°C) deberían ser suficientes. Para bobinados sin RTDs, un método para determinar el tiempo del ciclo de horneado sería el descrito a continuación.
Todo lo que necesita son dos pedazos de cable de RTD lo suficientemente largos para que salgan del horno y un voltímetro C.C. con escala en milivoltios. Con el bobinado mojado encima del carro del horno, conecte uno de los cables a la carcasa del estator y el otro a uno de los cables del bobinado ; conecte los extremos libres de ambos cables al voltímetro CC. Usted puede garantizar que el bobinado está completamente seco cuando la lectura del voltímetro en la escala de milivoltios indique cero voltios.
Este es uno de los muchos procedimientos empleados por los centros de servicio cuando tienen que realizar trabajos grandes urgentes. A menudo reduce los tiempos de secado esperados, incluso en trabajos normales. También reduce la posibilidad que ocurran daños que pudiesen ser ocasionados por temperaturas excesivas.
Cómo funciona esto. Al igual que el montaje, el principio detrás de este procedimiento es bastante simple. El núcleo de acero y los bobinados del estator actúan como las placas de una batería rudimentaria. La acción electrolítica a través del aislamiento mojado causa que la corriente fluya. En la medida que la celda esté “mojada”, esta produce voltaje. Cuando la celda esté seca entonces es el aislamiento.
Nota: Este procedimiento funciona para casi todos los bobinados, excepto para algunos de pletina con sistemas de aislamiento VPI, ya que algunos de ellos están tan bien sellados, que pueden excluir la humedad del aislamiento, evitando que se forme la “batería de celda húmeda”.
Conclusión
Es muy poco lo que alguien podría hacer para proteger todos los equipos contra los efectos de un huracán. Con suerte, los procedimientos aquí descritos aceleraran la recuperación de las plantas industriales y de las personas que viven en las zonas afectadas, que dependen del empleo generado y de sus productos. En tiempos mejores, estos procedimientos también pueden facilitar las alianzas entre clientes y centros de servicio y maximizar la disponibilidad.
Ideas erróneas sobre como secar motores mojados
Durante años han persistido dos ideas erróneas sobre cómo secar devanados húmedos. La primera es que calentar los devanados con una máquina de soldar es una buena forma de secar un motor eléctrico. Antes de utilizar una máquina de soldar u otra fuente de C.C. para estos propósitos, asegúrese que sabe en que se está metiendo.
La mayoría de los motores eléctricos, lo suficientemente grandes como para justificar su consideración, tienen tres cables, uno por fase. Internamente están conectados en estrella (Y) o en delta (∆), excepto los motores estrella-delta que tienen 6 cables, como se muestra más adelante (Por cierto, los términos estrella y delta provienen de las letras griegas a las cuales se parecen).
Si aplica corriente continua a dos cables cualquiera de un bobinado conectado en delta, dos fases quedan conectadas en serie y la tercera estará en paralelo con ellas. Eso significa que por una fase circulará el doble de corriente qué por las fases que están en serie, entonces se calentará mucho más. En la conexión estrella circula corriente por solo dos fases, dejando la tercera fase fría.
Ya sea que el devanado esté conectado en estrella o en delta (triángulo), alguien debe controlar la corriente y la temperatura del devanado e intercambiar periódicamente los cables de la máquina de soldar. De lo contrario, es posible que algunas partes del devanado no se sequen por completo. Las máquinas de soldar también tienen un ciclo de trabajo significativamente más corto que los dos o tres días que podría tomar secar un bobinado.
Las máquinas de soldar son útiles cuando los principios y finales de cada fase del bobinado se encuentran conectados a seis cables de salida independientes. Un ohmímetro confirmará que existen tres circuitos diferentes. En ese caso, las tres fases se pueden conectar en serie o paralelo y secarse de forma simultánea, dependiendo de la capacidad de la máquina de soldar.
Otro concepto erróneo sostiene que los devanados no se deben secar a temperaturas superiores a 180 ° F (82 ° C), por temor a que la humedad atrapada explote el aislamiento. Esta podría ser una preocupación válida si de alguna manera pudiéramos calentar un devanado instantáneamente a una temperatura de ebullición superior. La realidad es que los devanados, como cualquier otra cosa dentro de un horno, se calientan muy lentamente. La humedad saldrá de la misma manera que entró. A medida que la temperatura del devanado aumenta lentamente, la humedad (igual de lenta) se evaporará. Aunque la norma IEEE Std. 43-1974 incluyó un anexo con información que puede haber perpetuado esta creencia, este fue eliminado en una revisión posterior.
Todos los días, más de 1.700 centros de servicio de EASA limpian con vapor devanados estatóricos y luego los secan en un horno, principalmente a temperaturas comprendidas entre 120 - 150 ° C (250 - 300 ° F). Aunque muchos de ellos reparan miles de motores cada año, no existe evidencia de que este proceso haya dañado un solo devanado. La explosión de un aislamiento por utilizar temperaturas de secado superiores a 212 ° F (100 ° C) simplemente no es motivo de preocupación.
ANSI/EASA AR100
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