Nitin Kulkarni
Miembro del Comité de Servicios Técnicos
Helwig Carbon Products, Inc.
La cara desgastada de una escobilla de carbón indica las condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, los expertos en escobillas pueden utilizarla como una herramienta de diagnóstico muy eficaz para la resolución de problemas y determinar la causa de fallo raiz. Si estas señales de advertencia que se muestran en la cara de la escobilla pueden identificarse y solucionarse proactivamente de manera oportuna, entonces se pueden evitar fallos catastróficos costosos e inesperados, como flameos o la reparación de la superficie de contacto.
Con mucha frecuencia, cuando un motor o generador deja de funcionar o se envía a reparar, las escobillas usadas se consideran inútiles como elemento emplazable. A medida que se pasan por alto las señales de advertencia en las superficies de las escobillas y no se aborda la causa raíz, los fallos pueden volver a ocurrir y el mantenimiento será costoso.
¿Qué sucede en la cara de la escobilla?
Teóricamente, el área de contacto de la escobilla, Espesor X Ancho, es considerada para la densidad de corriente (Amperios/cm2 o Amperios/ Pul2). Aunque en la práctica, a niveles microscópicos (Figura 1) las dos superficies de contacto no están en pleno contacto, en cualquier momento, la corriente fluye a través de unos pocos puntos de contacto según la calidad del contacto existente entre las dos superficies (Figura 2). Otros parámetros que contribuyen significativamente al número de puntos de contacto en la cara de la escobilla son el nivel de corriente, el acabado de la superficie, la excentricidad del colector (TIR), la fuerza del resorte, el nivel de vibración, etc.
La superficie de contacto del colector o del anillo también se puede utilizar como una buena herramienta de diagnóstico. El principal desafío para los expertos es que la formación de la pátina o película en la superficie (Figura 3), a menudo denominada huella, variará con los diferentes grados de escobillas, la densidad de corriente, la humedad y otras condiciones atmosféricas.
En muchos casos, puede ser prematuro usar la superficie de contacto como única referencia para solucionar un problema de aplicación. Conocer el grado del carbón mientras se observa la cara de la escobilla es valioso para obtener un mejor desempeño y prolongar la vida útil del equipo.
Veamos algunas de las señales más comunes sobre la cara de las escobillas donde existe la oportunidad de hacer correcciones.
Hilachado (Threading)
Las caras de estas escobillas (Figura 4) indican que existen hilachas o rayas. Las causas más comunes para esta condición son cargas muy bajas o por debajo de la nominal o una presión de resorte débil. Las vibraciones y la contaminación pueden agravar la situación. El polvo y los daños en la superficie de contacto son síntomas más graves. Tenga en cuenta que algunos grados de carbón, basados en cómo se fabrican o en sus ingredientes, como las que tienen un alto porcentaje de metal, muestran más hilachas que otros. Por lo tanto, antes de que se dañe la superficie de contacto, esta condición se puede minimizar de manera proactiva con una presión de resortes y un grado de escobilla óptimos.
Astillado (Chipping)
Estas caras (Figura 5) indican problemas generalmente relacionados con un exceso de movimiento de las escobillas. La rugosidad de la superficie, los puntos altos en la superficie de contacto, la falta de redondez o la vibración a alta frecuencia debido a una carga ligera son causas comunes. El soporte inadecuado del porta escobillas, los resortes débiles y el exceso de vibración también pueden causar esto. Muchos grados de carbón son frágiles, duros o muy débiles por diseño y, por tanto, experimentan astillado o fractura en los bordes. Esto se puede minimizar solucionando los problemas de la superficie de contacto, reduciendo al mínimo las vibraciones, o con una combinación óptima de grado de carbón y presión de resorte.
Quemado del borde (Edge Burning)
La formación de arcos en el borde de las escobillas de los motores de CC (Figura 6) sin duda es común. Es natural que se formen más arcos en el borde de la escobilla, ya que este interrumpe el circuito conductor cuando la delga del colector sale de la cara de la escobilla. El ajuste del punto neutro es la causa raíz más común. Junto con esto, los interpolos débiles, excesivas delgas cubiertas por la escobilla o resortes débiles pueden contribuir o empeorar la situación. Un mejor diseño de escobillas y grado de conmutación puede ayudar a minimizar estos problemas, pero a menudo es necesario ajustar la máquina para eliminarlos.
Contaminación
Las fotos de las caras de las escobillas que se muestran a continuación (Figura 7) ilustran la influencia del polvo, aceite, grasa u otras partículas extrañas en el ambiente. Note que las escobillas metálicas para aplicaciones de baja velocidad solo evidencian un quemado localizado que aparece como puntos negros debido a la resistencia alta. Las escobillas metálicas ayudan a limpiar la superficie de contacto. Si las escobillas no son de metal y existen casos de contaminación severa de larga duración, el resultado puede ser un arco de alta intensidad con daño en la superficie de contacto que incluye formación de rayas o acanalado (grooving) tal como se muestra a continuación.
Doble efecto (Double Facing) y Líneas de Laminación
El doble efecto (Figura 8a) en la cara de la escobilla normalmente es causado al invertir el sentido de giro en un motor que rota en ambos direcciones, mientras que la laminación en la superficie de contacto de la escobilla (Figura 8b) es causada por un fallo del devanado que genera un impulso de voltaje durante la conmutación.
Recolección de Cobre
La recolección del cobre en la cara de la escobilla (Figura 9) es causada por un contacto pobre o de alta resistencia, un grado de carbón abrasivo, fuerza débil del resorte, o por un arco de alta intensidad que da como resultado la recolección de cobre de la superficie de contacto. El cobre recogido es depositado en la cara de la escobilla. Este cobre se ablanda y entonces raya o forma hilachas en la superficie de contacto adicionales a las que ya existen en la cara de la escobilla.
Conclusiones
Sería prematuro culpar a las escobillas o al grado de carbón de los problemas de desgaste rápido. La apariencia del desgaste de la escobilla le está contando una historia sobre las condiciones de funcionamiento. Identifique las señales de advertencia observando la cara de la escobilla usada. En lugar de tirar las escobillas usadas, tome fotografías claras de algunas de ellas o guarde algunas que representen mejor a todas las demás. Involucre a un experto en escobillas de carbón, preferiblemente uno que sepa cómo se fabrican los diferentes carbones a nivel de los materiales empleados. Esto le ayudará a resolver problemas con las condiciones de funcionamiento fuera del alcance de las escobillas de carbón y prolongará la vida útil de su motor o generador.
Tenga en cuenta durante la solución de problemas que no son las emociones u opiniones sino la información objetiva lo que es más valioso. Además, la tecnología de las escobillas de carbón no es una ciencia desconocida ni una pseudociencia. Es una ciencia lógica avanzada que incluye obtener pistas a través de la curiosidad, ¡Mientras se enfoca en una solución!
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