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TRABAJO FINAL.

Fernando Ybaez. CAPTULO 2

CAPITULO 2.

Construccin.

1. INTRODUCCIN.

Seguidamente se muestra como fue construido el prototipo. Se comentan las caractersticas principales de algunos elementos constitutivos y posteriormente se desarrolla paso a paso la construccin respaldando el informe con fotografas que muestran instante a instante los procesos de fabricacin.

En la tabla siguiente se agrupan los valores caractersticos definitivos del ncleo magntico y las bobinas.

DIMENSIONES Y CARACTERSTICAS PRINCIPALES

MQUINA: TRANSFORMADOR RURAL DE 16 KVA EN AISLACION SECA.

NCLEO MAGNTICO

Material constitutivoAcero-Silicio

Espesor de la chapa (mm)0,27

TipoTrifsico Laminado o Apilado (de tres columnas)

Sistema de uninSTEP LAP

Corte en unionesA 45, sin puntas hacia arriba ni hacia abajo

Dimetro de columna y yugos (mm)87,6

Seccin efectiva de Hierro (mm2)5200

Tipo de seccin transversalEscalonada en cruz

Nmero de escalones4

Distancia entre ejes de columnas (mm)215

Distancia ejes de yugos (mm)240

Induccin (T)1,8

Frecuencia (Hz)50

Perdidas en Vaco aproximadas (W)112

Peso aproximado (Kg)60

BOBINA PRIMARIA (AT)

Conductor EsmaltadoAlambre de cobre electroltico

Dimetro (mm)0,45

Seccin (mm2)0,159

Nmero de espiras N16346

Regulacin +5% N16663

Regulacin -5% N16029

Nmero de capas32

Distribucin de las espiras por capas

Espiras por capas210

Aislacin entre capasMylar

Espesor (mm)0,10

Aislacin externaNMN

Espesor (mm)0,28

Dimensiones finales de la bobina

Altura (mm)100

Dimetro interno (mm)145

Dimetro externo (mm)187

Espesor radial (mm)21,1

BOBINA SECUNDARIA (BT)

ConductorAlambre de cobre electroltico esmaltado

Dimetro (mm)3,2

Seccin (mm2)8

Nmero de espiras111

Nmero de capas3

Distribucin de las espiras por capas

En la primera capa39

En la segunda capa37

En la tercera capa35

Aislamiento entre capasMylar

Espesor (mm)0,1

Aislamiento externoNMN

Espesor (mm)0,3

Dimensiones finales de la bobina

Altura (mm)120

Dimetro interno (mm)90

Dimetro externo (mm)114

Espesor radial (mm)12

CANAL DE VENTILACION

Cantidad1

Altura (mm)14

SEPARADOR ENTRE BOBINAS

Cantidad8

SeccinRectangular 14 mm x 10 mm

Espaciamiento45

Figura 1. Tabla de valores y caractersticas de las bobinas y ncleo magntico.

Estos valores y caractersticas constructivas son los que se especificaron para la construccin del prototipo.

A partir de estos datos se confeccionaron hojas de ruta con los procesos que permitieron llegar al producto final. En esta parte se adjuntan dichas hojas de ruta.

Tambin se describen algunas caractersticas constructivas, como el SISTEMA STEP LAP, que se us en la construccin del ncleo magntico.

2. Ncleo MAGNTICO.

El ncleo magntico fue construido en la planta de una firma de la ciudad de Crdoba.

En esta planta se procesa desde el flejado hasta el armado final del ncleo. A continuacin se hace un parntesis para comentar caractersticas constructivas y posteriormente se describen las diferentes etapas de proceso.

2.1. CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS.

2.1.1. CONSTITUCIN DE UN NCLEO MAGNTICO APILADO O LAMINADO.

Los transformadores trifsicos deben suministrar tres tensiones iguales y desfasadas 120 elctricos entre s, motivo por el que tendrn tres bobinados iguales conectados a la red primaria (trifsica) y tres bobinados iguales conectados a la red secundaria o de carga (tambin trifsica). Esto es una exigencia suficiente para que se disponga de un ncleo de hierro de tres ramas, lo mas parecidas entre s.

Existen varios tipos de ncleos trifsicos capaces de cumplir con esto, el que contiene en un nico plano a las tres columnas y el que las posee en tres planos diferentes llamado ncleo simtrico. En ste las columnas estn dispuestas formando un ngulo de 120 entre ellas y la continuidad magntica se puede lograr haciendo confluir los yugos superiores e inferiores en el centro de una estrella y vinculndose entre s. Otra opcin es mediante la misma configuracin, con independencia (sin relacin magntica entre las distintas fases), cerrando el circuito magntico mediante una columna central que se conforma con el aporte de 1/3 de seccin proveniente de cada fase.

El ncleo coplanar es el de ms sencilla construccin y de prestaciones muy salientes, motivo por el que se lo prefiere en la fabricacin de estas mquinas. ste tipo constructivo puede ser obtenido mediante el apilado de chapas o por arrollamiento de las mismas en la direccin de orientacin del grano, ste ltimo es el ms elegido por algunos fabricantes, aunque complica, en cierto modo, la reparacin del transformador.

Un ncleo coplanar apilado se constituye de partes fundamentales, las columnas y los yugos o culatas, para la continuidad del flujo magntico y la consiguiente transformacin de energa.

Las columnas son los componentes sobre los que se montan las bobinas para producir el fenmeno electromagntico. El flujo que se establece circula por estos elementos que sirven de magnetoductos y se cierra mediante los elementos complementarios del circuito, dispuestos en forma perpendicular, denominados yugos.

Los yugos y columnas, pueden tener la misma seccin, tanto en geometra como en valor numrico (como sucede en el caso del presente diseo). sta puede ser escalonada, cuadrada o rectangular. Existen casos en que la seccin de las columnas es doblemente mayor que la de los yugos, como suele darse generalmente, en los transformadores monofsicos y tambin en los trifsicos, pero en menor proporcin. Cuando es ste el caso, se tiene un ncleo de cinco columnas, el que se hace as para no tener una circulacin ajustada, sino ms bien aliviada del flujo magntico. Tambin se suele realizar ste tipo de construccin cuando se requiere una menor altura de las columnas o cuando se quiere tener una trayectoria para el retorno del flujo de tercera armnica.

En el caso del ncleo seleccionado, de columnas coplanares, no se da la necesidad de tener columnas destinadas a eliminar las componentes de terceras armnicas, ya que la suma vectorial de los flujos correspondientes a las distintas fases, es nula como se ve en la Figura 2.

Este tipo constructivo permite que los flujos de tercera armnica estn en fase, consecuencia de esto, el flujo de una fase no puede combinarse con el de otra. Los flujos de tercera armnica no tienen otra alternativa que salir por la parte superior de las columnas y regresar por la parte inferior, transitando un camino de aire. Este flujo tiene efectos indeseados, ya que induce corrientes en los prensayugos o en la carcaza del transformador, obviamente de valor muy pequeo frente al que son capaces de inducir los amper-vueltas de la mquina y que terminan siendo muy chicos debido a la atenuacin que sufre el flujo al encontrarse con el gran valor de reluctancia que presenta el aire.

Se puede destacar que adems de lo referido a la generacin de armnicas, este tipo de ncleo presenta otras ventajas frente a los ya mencionados. El hecho de tener solo tres columnas permite tener un diseo ms econmico, por sencillez constructiva, por menor peso y consecuentemente, menores prdidas.

Para sta mquina se opt por un ncleo apilado, por las prestaciones ya mencionadas y por ser el que prefieren, en su produccin, los fabricantes en la ciudad de Crdoba, con muy buenos resultados.

FIGURA 2. Distribucin del flujo magntico en un ncleo coplanar y suma vectorial de los flujos.

2.1.2. El SISTEMA STEP LAP.

El STEP LAP, cuya interpretacin al castellano podra ser traslape a pasos, consiste en un sistema de encastre entre las piezas (chapas) que constituyen los paquetes que conforman el ncleo.

Seleccionando dimensiones escalonadamente crecientes (podra ser con salto de 2 mm), acordes al diseo, se seccionan los flejes para conformar los paquetes. stos se constituyen de cinco pares de chapas, lo que totaliza diez por cada uno. Las chapas que forman cada par son de iguales dimensiones, y de esta manera se obtiene una escala de dimensiones ascendentes cada dos chapas.

El montaje se lleva a cabo disponiendo en forma enfrentada, los traslapes de los escalones que pertenecen a un yugo, por ejemplo, con los traslapes que pertenecen a los escalones de una columna. De esa manera se conforman paquetes de continuidad perimetral al rededor del ncleo, dando aspecto de no existir los traslapes.

Se puede considerar a un apilamiento macho o positivo y al otro hembra o negativo.

La forma de encastre se muestra en la Fotografa 1, donde se intenta vincular una columna central con los yugos. En esta se ve que, si se rebate 90 en sentido horario los elementos constitutivos de la columna central, apoyan sobre los de los yugos (negativos) que sirven de asiento. De esta forma se produce un encastre perfecto permitiendo la continuidad magntica del flujo y alto nivel de plenitud de hierro (mnimos entrehierros), derivando esto en una corriente de vaco muy pequea y bajas perdidas en el hierro. Tambin es destacable el bajo nivel de ruido que se logra con este sistema. La estructura mecnica final es muy estable y muy rgida, fortalecida por la presin de sujecin ejercida por los prensayugos.

Debe aclararse que el sistema es muy eficiente siempre que se guarden los cuidados necesarios en el armado. Esto quiere decir que debe ponerse mucho nfasis en esa etapa, ya que el mnimo error introduce entrehierros y consecuentemente, elevados valores de cada de tensin magntica que establecen altas corrientes de vaco.

Fotografa 1. Encastre de columna central con los yugos con STEP LAP.

El sistema STEP LAP puede hacerse de diferentes maneras como se ve en

las figuras siguientes.

CORTE STEP LAP PASO A PASO.

CORTE STEP LAP LATERAL.

CORTE STEP LAP CRUZADO.

Figura 3. Tipos de uniones mediante sistema Step Lap.

En este caso particular se us el corte STEP LAP CON UNIN CRUZADA, ya que es el que se consigue en el medio, tiene excelentes prestaciones tcnicas y permite un armado ms simple y gil. Por estos motivos los fabricantes de ncleos magnticos orientan su produccin a este sistema.

2.2. CONSTRUCCIN DEL NCLEO MAGNTICO.

La construccin se divide en cuatro operaciones bsicas:

FLEJADO.

CORTE.

SELECCIN Y APILADO.

ARMADO.

2.2.1. FLEJADO.

Esta etapa, que se integra en una isla de la planta, se subdivide en tres procesos eslabonados y continuos: corte del fleje, eliminacin de las rebabas y conformacin del rollo con el material flejado, que posteriormente se seccionar (Fotografa 2).

Fotografa 2. Proceso de flejado.

En la fotografa se ve el momento en que se flej la chapa para el ncleo de esta mquina.

2.2.1.1. CORTE DEL FLEJE.

En este proceso se toma la chapa de ACERO-SILICIO con las dimensiones provenientes de fbrica y se le da dimensiones acordes a las necesidades de los siguientes procesos.

Esto se lleva a cabo en una mquina denominada SLITTER, que consiste en un cabezal porta rollo, ubicado en un extremo de la isla y una serie de rodillos en posicin superpuesta, entre los que pasa la chapa y sobre los que se montan las cuchillas de acuerdo al ancho del fleje requerido, esto puede verse en la Fotografa 2.

Las cuchillas cortan por presin y por deslizamiento. Esto quiere decir que mientras giran en contacto con la chapa, el rodillo superior en el que se monta una de las cuchillas, presiona la chapa y tiende a hacerla descender, mientras el rodillo inferior, sobre el que se monta la otra cuchilla, empuja la chapa tendiendo a hacerla ascender.

De esta manera el corte de la chapa se hace en forma continua e ininterrumpida hasta terminar el rollo.

En esta mquina se pueden flejar chapas desde 10 mm hasta 1000 mm, con fracciones decimales a pedido.

2.2.1.2. ELIMINACIN DE REBABAS.

Luego de cortar la chapa del ancho necesario, sta queda con rebabas en los bordes, cosa que es indeseable por muchas razones. Principalmente porque el armado del ncleo es artesanal (no automatizado), lo realiza un operario a mano, y sera muy peligroso el manipuleo. Tcnicamente es importante que los bordes de la chapa sean lo mas uniformes posibles, para poder encausar lo ms que se pueda el flujo dentro de las columnas y yugos para minimizar los puntos de dispersin.

Las rebabas se eliminan haciendo pasar la chapa entre otros dos rodillos, tambin superpuestos, que aplican un cierto nivel de presin a la chapa, el necesario para no producir deformacin permanente y alterar las caractersticas magnticas del material. El fleje cortado contacta sus bordes con unas pequeas paredes de acero que remueven las rebabas al toparse con stas.

Estos procesos no son cien por cien efectivos, pero se logran niveles muy aceptables. Lo tolerable es no ms de 0.15 micrones, que se verifica cuando se hace pasar el primer metro de chapa, se detiene la mquina y el operador mide mediante un micrmetro digital la altura de la rebaba y cerciora que est en los limites aceptables. De no encontrarse en stos se aumenta levemente la presin de los rodillos o se acercan, tambin levemente, las paredes de acero para lograr entrar en los limites aceptables. En el flejado de la chapa, para este ncleo en especial, se obtuvo un nivel de rebabas de 0.07 micrones.

2.2.1.3. CONFORMACIN DEL ROLLO.

El fleje cortado y sin rebabas es enrollado sobre un cabezal cilndrico expansible mediante un sistema hidrulico (para enrollar en forma compacta la chapa), ubicado en el extremo final del proceso (Fotografa 3).

Una vez que se enroll todo el fleje, ste est listo para ser montado en otra mquina que es la encargada de cortar, con las dimensiones necesarias, para conformar el STEP LAP de los elementos que constituyen los escalonamientos del ncleo.

Fotografa 3. Rollo conformado y compactado al final del flejado.

2.2.2. CORTE.

El proceso de corte se lleva a cabo en una mquina que est ubicada a continuacin de la SLITTER.

La mquina consiste en un punzn y un sistema de cuchillas, todos de accionamiento neumtico y comandados automticamente por PLCs (controladores lgicos programables).

Para empezar la operacin se monta el rollo que resulta del proceso de flejado. El extremo de la chapa es recibido e ingresado a la ruta de corte de la mquina mediante un sistema de censores de posicin (encoders, censores opto elctricos, etc), los que permiten que el proceso se lleve a cabo de manera adecuada y sin interferencias.

La chapa en su recorrido sobre la mquina va recibiendo distintos cortes de diferentes dimensiones e inclinaciones, que permiten confeccionar alternativamente elementos componentes de los yugos y de las columnas.

La primera modificacin que recibe el fleje es un punzado y un mitrado que se realizan en forma simultnea (Fotografa 4).

El primero se hace para facilitar el armado. Se perfora cada chapa constitutiva en la misma posicin con un dimetro de 10 mm, de manera que una vez conformados los apilamientos y escalones se pueda introducir una varilla cilndrica de acero como gua para alinear las chapas y as obtener un ncleo uniforme y prolijo. Esta perforacin no introduce prdidas adicionales ni altas corrientes de vaco, ya que es considerada en el diseo.

El mitrado consiste en un corte en v a la mitad de las chapas destinadas a conformar yugos, de manera de que en ste encastren los STEPS de la columna central. Dicho corte se realiza en el lado destinado a ser el borde interno de las chapas.

La segunda instancia es el corte a + 45 y la tercera a - 45 (Fotografas 5 y 6 respectivamente). Esto se hace para producir las uniones entre las columnas y los yugos.

Fotografa 4. Mitrado y punzado simultneo.

Las chapas cortadas de esta manera salen por el extremo de la mquina donde se acumulan, a la derecha de sta las que pertenecen a yugos y a la izquierda las que pertenecen a las columnas.

Tanto los cortes a 45 y el mitrado, se realizan a las chapas de manera de constituir los pares que conformarn los escalones. Se las apila en forma creciente escalonando los STEPS.

Se adjunta la hoja de ruta de corte de la chapa magntica. En sta consta el nmero de escalones, la conformacin de cada apilamiento, las dimensiones caractersticas de los elementos que los conforman, el peso neto y peso bruto de cada uno de stos, la seccin de cada uno y del conjunto total, la distancia entre ejes de columnas y yugos, el tipo de poligonal donde se inscribe la seccin transversal del ncleo y la caracterstica del Step Lap.

Esta ltima corresponde a la manera en que se materializar el sistema. En el pie de la hoja, sobre el margen izquierdo se lee: CORTE STEP LAP 8-4-0, lo que significa que se cortar la primera chapa de una medida determinada, la que dar el nivel 0 (cero); la siguiente ser 4 mm menor, midiendo desde el borde del nivel anterior, y la siguiente ser 8 mm menor que la primera, midiendo de la misma manera.

Esta planilla se confecciona previamente a toda operacin. Luego es entregada al operador de la mquina de corte, el que procede a cargar el programa segn lo indicado en la hoja. El operador es quien controla que el proceso se realice adecuadamente.

Fotografa 5. Corte a +45.

Fotografa 6. Corte a 45.

2.2.3. SELECCIN Y APILADO.

Esta etapa es realizada por uno o dos operarios en el extremo de la mquina de corte. Consiste en ir recogiendo los componentes producidos y seleccionarlos segn sus dimensiones, en grupos, para formar los escalones.

Los apilamientos ordenadamente seleccionados, se acopian en mesas, de manera de dejarlos listos para el proceso final (Fotografa 7).

Fotografa 7. Seleccin y apilamiento.

2.2.4. ARMADO.sta es la ltima operacin de construccin del ncleo. La realiza un solo operario en un sector paralelo a la lnea de flejado y corte.

El operario recoge los apilamientos que previamente se conformaron posterior al corte. Se colocan las chapas que constituyen el menor de los escalones de todo el ncleo (el primero) sobre los prensayugos (provisorios o definitivos). Los apilamientos que forman los yugos se posicionan con el sistema de encastre hacia arriba, mientras que los que forman las columnas se colocan con ste hacia abajo. De esta manera se colocaron las diez primeras chapas perfectamente encastradas. El aspecto del conjunto es liso, como si no existiera STEP LAP (Fotografa 8).

Se prosigue hasta completar el apilamiento que conforma el escaln. Una vez hecho ste, se empiezan a colocar, de la misma manera, los apilamientos que constituyen el escaln siguiente, operacin que se repite hasta terminar de armar el ncleo. En la Fotografa 9 se puede ver el proceso de armado con un 60% de avance.

Una vez terminada la operacin de apilado, se alinean las chapas de manera de dar uniformidad lineal a los bordes del ncleo y se colocan los prensayugos opuestos a los que quedaron abajo del ncleo constituido, sujetndolos con bulones, arandelas de asiento y tuercas. Los prensayugos pueden ser de madera, en caso de ser provisorios o de perfileria metlica de dimensiones acordes al tamao del ncleo, si son definitivos.

Finalmente el producto es embalado para ser trasladado a la fbrica donde se montaran las bobinas.

Fotografa 8. Inicio del proceso de armado.

De esta manera qued constituido el ncleo magntico de la mquina. Lo siguiente es controlar mediante ensayo las perdidas que previamente, en el diseo, se calcularon. En la Fotografa 10 se ve el aspecto final del ncleo. En esta ltima imagen se pueden apreciar los escalonamientos, la ventana magntica conformada, los orificios realizados mediante el punzado y los prensayugos provisorios de madera. Estos ltimos se colocaron posteriormente para dar seguridad en el transporte.

Fotografa 9. Preceso de armado al 60%.

Fotografa 10. Ncleo terminado.

3. BOBINADO, MONTAJE, BARNIZADO Y SECADO.

3.1. BOBINADO.

Esta operacin y las siguientes fueron desarrolladas en una fbrica de la ciudad de Crdoba.

El bobinado lo realiza un solo operario, el que se encarga de acopiar todos los materiales que le sern tiles en la fabricacin. Prepara una cantidad suficiente de material aislante, esto consiste en escoger por espesor la aislacin indicada y seccionarla de acuerdo a lo requerido en la hoja de ruta, de manera de poder dar inicio al armado de la primera bobina.

Una vez acopiado el material necesario, se selecciona la mquina bobinadora en funcin de las dimensiones de las bobinas a producir. Esto se debe a que no todas estas mquinas tienen las mismas dimensiones, ya que se produce gran variedad de bobinados.

Posteriormente se procede a montar un cubo cilndrico de madera o aluminio de dimetro igual al interno pretendido en la bobina, que sirve de base o asiento al bobinado.

Este cilindro se conforma de dos partes, las que se unen contactando a travs de las caras resultantes de un corte practicado en una diagonal que une las dos superficies basales del cilindro. El conjunto queda fijado mediante tuercas y una varilla roscada que atraviesa el cubo de extremo a extremo, en direccin paralela a la generatriz. Se opta por el sistema de cubo partido porque permite retirar con mayor facilidad el conjunto al terminar el bobinado.

Una vez armado el cilindro base adecuado, se mont en la bobinadora y se procedi al centrado de sta pieza, lo que consiste en verificar que la pieza puesta en rotacin en el cabezal de la mquina y tomada mediante la contrapunta, gire balanceada, de forma tal que en cada vuelta genere una espira lo ms circunferencial posible.

Logrado el centrado, se continu envolviendo el cilindro base con material aislante, hasta obtener un espesor acorde al previsto. El material aislante a usar, debe estar de acuerdo con el tipo de mquina a producir, es decir, con su clase trmica.

Normalmente en mquinas convencionales (en aislacin hmeda) se forma un cilindro de cartn o papel presphan. En ste caso se aplic tres vueltas de material NMN (CLASE TRMICA F), para mantener homogeneidad en aislacin en cuanto a la clase trmica.

En la Fotografa 11 se muestra lo dicho. En sta se ve el cilindro base montado, centrado y forrado con una primera capa de papel Presphan para dar proteccin contra posibles daos a la aislacin definitiva de la mquina y sobre ste se procedi a colocar la aislacin basal de la bobina.

La capa aislante se fij mediante un adhesivo de contacto de nombre comercial LOCTITE, que qumicamente consiste en un ESTER CIANOACRILATO, sin reacciones adversas a los compuestos que constituyen el material aislante.

Una vez colocada la aislacin se dispusieron en el permetro del cilindro base, material MYLAR cortado en forma de cintas, orientadas en direccin axial, con una longitud igual a dos veces el largo de la bobina. Fijadas mediante una cinta adhesiva de constitucin filamentosa lo que le confiere buena resistencia mecnica adems de adherencia (Fotografa 12). Sobre esto se coloc la primera capa de conductores y una vez finalizada, se rebatieron hacia el interior de la bobina los extremos salientes de las cintas colocadas, las que fueron presionadas con la siguiente capa de conductores. Esto se hizo para dar amarre a las espiras extremas de cada capa de la bobina de baja tensin y al final, constituir un conjunto rgido. Esta operacin se repiti en cada capa de la bobina secundaria.

Fotografa 11. Cilindro base montado, centrado y aislado.

Fotografa 12. Cilindro base y cintas de MYLAR adheridas.

Con los debidos preparativos concretados, se empez a bobinar el secundario (Fotografa 13). Se tom un extremo del conductor y se lo aisl. Dicho extremo corresponde al inicio de la bobina, al que se le dio una longitud acorde a las previsiones de montaje y de ensayos.

Fotografa 13. Aplicacin de la primera capa de conductores del secundario.

Fotografa 14. Aislacin entre capas del secundario.

Se aplic la primera capa de conductores y se coloc la aislacin entre capas prevista (MYLAR 0.10 mm), como se ve en la Fotografa 14.

Esta primera capa de conductores totaliz 39 espiras, la siguiente 37 y la ltima 35. Al final de sta se recubri con la misma aislacin utilizada entre capas, el aspecto del bobinado secundario es el que se muestra en la Fotografa 15, donde se pueden ver los extremos inicial y final de la bobina, aislados y con la longitud sobre la base de las previsiones, como se mencionara.

Fotografa 15. Final de la primera bobina secundaria.

Se prosigui colocando la aislacin externa, mediante dos vueltas de NMN de 0.3 mm de espesor, sobre la que se distribuyeron perimetralmente los separadores que permitieron materializar el canal de ventilacin.

El criterio para definir la separacin entre bobinas de baja y alta tensin fue fundamentalmente dielctrico; esto se desprende como una conclusin del anlisis trmico desarrollado en el ANEXO 2. Donde se verifica que es necesario contar con un espacio que permita la circulacin de aire en una tasa razonable, pero sobre todo que garantice la disipacin mediante las superficies emisoras, que quedan en condiciones de evacuar calor mediante la conformacin del citado canal.

El motivo por el cual se dice que el criterio fue fundamentalmente dielctrico es sobre la base de saber que la bobina primaria operar con 13.2 KV y que se debe ensayar a 38 KV. Ante esta realidad, se debe resguardar la integridad de la bobina minimizando la probabilidad de descarga desde primario a secundario, dando la aislacin necesaria pero aportando tambin con distancia en aire.

Para tener seguridad de esto se verific mediante el equipo de ensayo de tensin aplicada los niveles de ruptura dielctrica del aire y los incrementos que se obtienen mediante la colocacin de la aislacin utilizada.

Se calibr mediante galga de 12 mm la distancia entre las esferas espinteromtricas del equipo (se utilizaron, en este caso, esferas de 50 mm de dimetro) y se procedi a aplicar tensin entre stas (Fotografa 16).

Fotografa 16. Determinacin de la distancia entre esferas espinteromtricas con galga.

Con ste ensayo se obtuvieron los siguientes resultados:

Orden de aplicacinTensin aplicada U1 (V)Relacin de transformacin RValor final

R U1

Dielctrico

15537220460Aire.

26537224180Aire.

36537224180Aire.

Figura 4. Resulados de ensayo con tensin aplicada dielctrico aire.

De donde se calcula el valor medio de tensin disruptiva:

= 22940 v

Posteriormente se ensay el material aislante de manera de verificar fehacientemente el incremento de aislacin que ste introduce. Para esto se confeccionaron probetas de material NMN, 20 cm x 20 cm y se testearon primero con una sola capa, luego con dos y finalmente con tres (Fotografa 17), sin modificar la distancia calibrada de 12 mm entre las esferas espinteromtricas.

Fotografa 17. Ensayo de probetas de NMN.

De este ensayo se obtuvieron los siguientes valores:

Orden de aplicacinTensin aplicada (medida en banco) U1 (V)Relacin de transformacin RValor final

R U1

Dielctrico

17037226040Una capa de aislacin.

26837225296Una capa de aislacin.

36737224924Una capa de aislacin.

Figura 5. Resultado de ensayo con tensin aplicada dielctrico una capa de NMN.De donde se obtuvo el valor medio de tensin disruptiva:

= 25420 v

Orden de aplicacinTensin aplicada (medida en banco) U1 (V)Relacin de transformacin RValor final

R U1

Dielctrico

17237226784Dos capas de aislacin.

27137226412Dos capas de aislacin.

37237226784Dos capas de aislacin.

Figura 6. Resultados de ensayo con tensin aplicada dielctrico dos capas de NMN.De donde se obtuvo el valor medio de tensin disruptiva:

= 26660 v

Orden de aplicacinTensin aplicada (medida en banco) U1 (V)Relacin de transformacin RValor final

R U1

Dielctrico

17437227528Tres capas de aislacin.

27437227528Tres capas de aislacin.

37537227900Tres capas de aislacin.

Figura 7. Resultados de ensayo con tensin aplicada aislacin tres capas de NMN.De donde se obtuvo el valor medio de tensin disruptiva:

= 27652 v

Mediante estos ensayos se pudo cuantificar el incremento del nivel dielctrico que produce la aislacin. Se nota que con una capa de aislacin se incrementa en un 10% la rigidez dielctrica, con dos se verific un aumento del 16%, mientras que con tres se constat un incremento promedio del 20%.

Sobre la base de estas verificaciones, se tom la decisin de hacer canales de ventilacin de una altura de 14 mm y dar refuerzo dielctrico con tres vueltas de material aislante sobre la superficie externa de la bobina interior (secundaria) y tres ms sobre la superficie interior de la bobina perifrica (primaria). Con esto se asegur que no existiese riesgo de descarga desde primario contra secundario.

De esta manera, teniendo tres capas inferiores, 14 mm de distancia area y tres capas superiores mas, se llega a tener, sobre la base de lo verificado en los ensayos, un nivel de cobertura del orden de los 45 KV, a lo que se le debe sumar que se coloc una capa de material compuesto denominado G-200 (fibra de vidrio + resina epxi), sobre los separadores haciendo base rgida, adems del aporte dielctrico, para la bobina primaria.

Este material tiene las mismas caractersticas del Laminado Matt, en s es el mismo producto, pero de presentacin laminar, es tambin un producto que corresponde a la Clase Trmica F.

Acerca de los separadores se puede decir que se construyeron a partir de una planchuela de Laminado Matt de espesor 10 mm, de donde se cortaron barras de 145 mm por 14 mm. Tambin se debi cortar suplementos del mismo material para poder asegurar los 14 mm necesarios en el canal de ventilacin. Esto se debi hacer de sta manera debido a que el corte se hizo con sierra manual y las dimensiones finales distaban en un pequeo valor del que se pretenda. En la fotografa 18 se muestra un detalle de las barras cortadas para materializar los separadores.

Fotografa 18. Separador de Laminado Matt.

En la fotografa 19 se muestran los separadores colocados sobre el permetro del secundario y en la fotografa 20 se ve el material G-200 montado, el que posteriormente se envolvi con aislacin como se explic y se empez a bobinar el primario.

Para iniciar esta operacin se tom el extremo de la bobina del conductor, se le extrajo el esmalte aislante y se sold con estao el extremo de conductor, con una longitud acorde a las necesidades, que servir como borne. Se confeccion una envoltura de material NOMEX para proteger el punto de unin, de las espiras que seran colocadas sobre ste (Fotografa 21).

Tomada esta precaucin se dio inicio al bobinado del primario. En ste se coloc la misma aislacin entre capas que a la bobina secundaria y se colocaron cabeceras en los bordes de la bobina para dar aislacin.

Fotografa 19. Separadores adheridos al secundario.

Figura 20. Lmina de G-200 colocada.

Se bobin hasta llegar al nmero de espiras estipulado, en el que se hizo la primera toma de regulacin. Para realizar esta salida se tomaron las mismas medidas que en el inicio de la bobina, se quit el esmalte del conductor, se sold el conductor que constituye el borne, se confeccion la misma proteccin de NOMEX y se continuo bobinando. El mismo tratamiento recibi cada una de las tomas de regulacin restantes y el extremo final de la bobina.

Fotografa 21. Inicio de la bobina primaria.

Fotografa 22. Ultima toma de regulacin. Final del bobinado.

En la fotografa 22 se ve el final de la primera bobina y la ltima toma de regulacin, tambin se puede ver la proteccin aislante colocada.

El bobinado as obtenido fue recubierto con tres capas de aislacin y se dio fin a la construccin de la primera bobina. Las otras dos se confeccionaron de la misma manera.

Al terminar cada bobina se le realiz un control de calidad, lo que consiste en verificar las dimensiones finales, cotejarlas con las previstas en la hoja de ruta (apartir del clculo) y compararlas en las tres bobinas. En este caso las tres bobinas resultaron prcticamente idnticas. Se adjuntan las tarjetas que muestran ste control. En la fotografa 23 se muestra la bobina terminada.

Fotografa 23. Bobina terminada.

Terminadas las tres bobinas, se concluy con la etapa de bobinado y se pas a la siguiente, la de Montaje.

3.2. MONTAJE.

Esta etapa se desarroll en la misma planta donde se hizo el bobinado y la realiz personal del rea especfica.

Lo primero que se hizo fue cortar los perfiles indicados, perforarlos y as construir los prensayugos y patines de la manera que indicaba el diseo. Posteriormente se les coloc a los prensayugos bandas de material aislante NMN de 0.3 mm de espesor a fin de limitar toda continuidad con la parte activa, luego se procedi al montaje.

La tarea consisti en tomar el ncleo, en las condiciones provenientes de fbrica y se lo coloc en el banco de trabajo con las columnas en posicin vertical, desajust el prensayugo superior (provisorio de madera) y se desliz hacia abajo, hasta hacer tope con el inferior, posicin en la que se lo ajust levemente para poder manipular el conjunto con seguridad. En esas condiciones, con las chapas que constituyen el ncleo dispuestas adecuadamente, se coloc el prensayugo inferior, en lo que en esa posicin, corresponda a la parte superior del ncleo, se ajust y seguidamente se colocaron los patines.

Una vez terminada esa tarea se gir el conjunto, se lo par sobre los patines y se procedi a remover el prensayugo provisorio que estaba en la parte inferior, dejando el otro a la mitad de la altura de las columnas. En esa posicin, una vez liberado el yugo superior, se lo desvincul del conjunto, lo que en la jerga se denomina descabezar el ncleo (Fotografa 24).

Fotografa 24. Ncleo con el yugo superior desvinculado.

Previo a remover el yugo superior se aseguraron con cinta de papel las columnas para evitar que se desarmaran y as mantener las chapas que las constituyen en la posicin que les corresponde.

En el armado de los patines se colocaron tacos de Laminado Matt de 50 mm de largo por 10 mm de altura y 20 mm de espesor, apoyados sobre este ltimo lado, esto puede verse en la fotografa 24. El fin de estos tacos es dar aislamiento entre partes metlicas accesorias a la parte activa.

Se previ colocar tacos de las mismas dimensiones y caractersticas de los anteriores entre las superficies basales de las bobinas y los prensayugos. A fin de conformar un asiento ms resistente en las bases mencionadas de las bobinas, se llenaron los espacios destinados a los tacos con Resina Poliester. Este material mantiene las caractersticas y cumple con las restricciones que se imponen a la aislacin. Se utiliz Resina Poliester pre-acelerada, combinada con Marmolina (Cuarzo en polvo) y se utiliz un catalizador.

Los compuestos mencionados se conocen comercialmente como POLIAL 360, a la resina y, al catalizador PERLY OX 101. La resina se provee pre-acelerada, a base de Cobalto, con el fin de activar reacciones de polimerizacin, disminuyendo as el tiempo de curado. El catalizador le confiere caractersticas de gel a la resina, permitiendo su aplicacin y tambin se usa para producir el secado.

El aspecto del producto es de un gel muy espeso, de color gris, el que durante su curado libera calor (reaccin exotrmica) y posteriormente se endurece. En la fotografa 25 se ve el momento en que se aplic la resina en los sectores destinados a apoyar los tacos. Los trozos de cartn que se ven, fueron colocados a efectos de limitar la zona donde la resina deba permanecer hasta endurecerse.

Fotografa 25. Aplicacin de la resina poliester.

El proceso continu introduciendo cada bobina en la columna que le corresponda, que de izquierda a derecha, con los bornes correspondientes al primario de frente, se identificaron como Fase U, Fase V y FASE W. La primera en montarse fue la fase correspondiente a la columna central (fase V) (Fotografa 26). Posteriormente se sigui colocando las restantes bobinas, se las fij en su posicin final mediante tacos, se llenaron los espacios entre el ncleo y la cara interna de las bobinas, de forma tal de rigidizar el conjunto y seguidamente se empez a colocar el yugo superior.

Se reubicaron las partes del yugo en consonancia con las de las columnas, se alinearon los escalones y se presentaron los prensayugos. Se dio un nivel de presin suave a fin de poder corregir algunos defectos menores de montaje del yugo y posteriormente se procedi a ajustar.

Una vez colocados los prensayugos en su posicin, se montaron las barras tensoras con la tensin mecnica necesaria. De esa manera se concluy con el montaje quedando el conjunto, como se muestra en la fotografa 26, en condiciones para ingresar a la cuba de impregnacin con el barniz correspondiente.Previamente a su impregnacin, se introdujo el conjunto en horno, donde mediante una corriente de aire caliente a 90 C, durante cuatro horas, se le extrajo la humedad incorporada durante los sucesivos procesos por los que transit la parte activa.

Posteriormente se extrajo del horno y se dio inicio a la fase de impregnacin en cuba con presin controlada.

Fotografa 26. Montaje de la Fase V.

Fotografa 27. Parte activa montaje terminado.

3.3. BARNIZADO.

Posteriormente a ser montado y secado, el conjunto se impregn con barniz. Esta operacin se divide en tres, Preparacin del barniz, Impregnacin y Horneado, que a continuacin se comentan brevemente.

3.3.1. PREPARACIN DEL BARNIZ.

En esta etapa se usaron los siguientes componentes: Barniz horneable 8011, Diluyente S-501 y Copa Ford N 4 (Fotografa 28).

Fotografa 28. Vistas de Copa Ford N 4.

El ltimo componente, Copa Ford N4 es la herramienta mediante la que se verific que la viscosidad de la mezcla barniz-diluyente estuviera dentro de los parmetros requeridos. Consiste en una pieza cilndrica de aluminio, mecanizada interiormente en forma de copa, con profundidad y dimetros establecidos segn el calibre (en este caso N 4) y con un orificio en su parte inferior.

Para iniciar ste proceso se prepar una mezcla de 85% de barniz y 15% de diluyente. Seguidamente se midi la temperatura de la mezcla y se bati en crculos sin tocar el fondo del recipiente. Se tom la copa Ford, se tap el orificio con un dedo y se la llen con la disolucin hasta enrasar el borde superior. Luego se inicializ el conteo de tiempo con cronmetro en el instante en que se sac el dedo del orificio y se control el tiempo que dur el chorro de lquido en forma continua, hasta que se present el primer corte de ste.

Con el valor de temperatura y el tiempo medido se verific mediante tabla, la que consiste en una grilla en la que se ingresa con la temperatura de la preparacin y se obtiene un rango de tiempo, este ltimo valor debe coincidir o estar muy prximo del medido con el cronmetro. De no ser as se debe agregar diluyente o barniz, segn se necesite mas viscosidad o fluidez.

En este caso en especial, la dilucin 85% barniz 15% diluyente, fue la correcta y con ella se procedi a la impregnacin.

3.3.2. IMPREGNACIN.

Este proceso se puede hacer de dos maneras, una es por inmersin directa y la otra es la inmersin aplicando vaco en la cuba contenedora del barniz.

En el primero de los casos se toma el conjunto y se procede a la inmersin de ste en forma total (cubrindolo totalmente) un tiempo no inferior a 20 minutos o hasta que no exista burbujeo alguno en la superficie. Luego se lo extrae y se deja escurrir el exceso de barniz.

Con este proceso se logra una impregnacin bastante buena, sobre todo en las superficies exteriores de la mquina confirindoles proteccin contra la oxidacin de los materiales aislantes y previniendo de esa manera el envejecimiento prematuro.

La impregnacin al vaco, que fue la que se aplic a esta mquina, se lleva a cabo en la misma cuba que el proceso de inmersin simple, pero con la cuba cerrada y asegurada de manera tal de poder resistir los esfuerzos con los que la solicita la succin. La cuba est preparada para resistir estos esfuerzos (fotografa 29).

El procedimiento se llev a cabo introduciendo la mquina en la cuba contenedora del barniz, hasta llegar a cubrir totalmente el conjunto. Seguidamente se cerr y asegur la tapa con prensas de manera de que quedase hermticamente cerrada.

Una vez que se asegur la posicin de la tapa se conect el conducto que vincula la cuba con la bomba de vaco, la que se puso en marcha y se control hasta llegar a un vaco igual a 40 mm de columna de Mercurio. Una vez alcanzado el nivel deseado se dej actuar al vaco por aproximadamente una hora y se control que la depresin no se apartara mas all de los 20 mm Hg. Lo mnimo aceptable es que se deje inmerso por 20 minutos.

Con este proceso se logran resultados excelentes, ya que a diferencia de la impregnacin por inmersin simple, en este caso se logra que el barniz penetre por todos los intersticios gracias a la succin efecto del vaco generado. En ambos casos la misin del barniz es de proteger la aislacin de la degradacin prematura que produce la oxidacin durante la operacin de la mquina.

Fotografa 29-a.

Fotografa 29-b.

Fotografa 29- a. Cuba de impregnacin destapada. b. Cuba cerrada, asegurada y conectada a bomba de vaco.

En las imgenes siguientes se pueden ver los instantes en que la mquina era introducida a la cuba (fotografa 30-a), la inmersin total (fotografa 30- b) y a la salida mientras se escurra el exceso de barniz (fotografa 30-c).

Fotografa 30- a.

Fotografa 30- b.

Fotografa 30- c.

3.3.3. SECADO EN HORNO.

El ltimo proceso de esta etapa fue el horneado. Se realiz en un dispositivo que trabaja secando el barniz mediante la circulacin forzada de aire, el que se calienta al tomar contacto con una batera de resistencias elctricas, colocadas al paso, en un extremo del alojamiento (fotografa 31).

Luego de dejar escurrir el exceso de barniz por unos 20 minutos, se introdujo la mquina en el horno ubicado a continuacin de la cuba. Se tom la precaucin de que el horno estuviera fro en el instante en que se introdujo la mquina, se control que no hubiera contacto entre las paredes y las partes de la mquina, se cerr la tapa del horno, se ajust la temperatura en 120 y se inicializ el controlador. El perodo de horneado fue de 10 horas y al cabo de este tiempo se desenergizaron las resistencias permaneciendo la circulacin forzada de aire hasta enfriar por debajo de los 60 C, con tapa cerrada. Luego se extrajo el conjunto y se dej enfriar hasta temperatura ambiente.

Luego de que la temperatura del conjunto se estabiliz se le colocaron simbologa de precaucin autoadhesiva, la identificacin de cada fase primaria y secundaria, de la toma de masa, se grab el nmero de serie y se lo dej listo para ensayar.

Fotografa 31. Horno de secado.

4. CONCLUSIONES DEL CAPITULO.

Culminada una parte muy importante del trabajo, que permiti obtener datos constructivos de mucha importancia y cotejar lo que se proyect, sobre la base de normas no especficas sino adaptadas, como se dijo en su momento, se pueden sacar las siguientes conclusiones:

Basado en los ensayos realizados con las probetas de material aislante y en aire, se puede decir que las distancias elctricas previstas entre bobinados de distintas fases y entre stas y las distintas partes del ncleo magntico (tomadas de norma), cumpliran su objetivo dielctrico en mquinas del tipo especfico al que se hace mencin en la norma consultada y no en este caso en particular.

Con este comentario se quiere decir que las distancias estipuladas no son las adecuadas para los niveles de tensin a los que se deben someter mquinas de similares caractersticas a las de sta, si el propsito es llegar a una mquina estrictamente normalizada, ajustada a las limitaciones impuestas en el mercado.

Las normas estipulan valores de tensin a aplicar del orden de tres veces la nominal (ensayo de tensin aplicada), que con ste diseo no se podran alcanzar sin daar el prototipo. No obstante, se ensayar para determinar un nivel de seguridad y verificar, fehacientemente, que ser posible establecer los niveles nominales de trabajo, a fin de simular esta situacin y de esa manera sacar conclusiones acerca de aspectos de los que depende la marcha de una mquina de este tipo (sobre todo en lo que respecta al calentamiento), sin pretender una mquina bajo norma.

Esto significa que se pueden separar las fallas de clculo como errores subsanables y proseguir con el estudio de cuestiones de relevancia en lo tcnico y en lo constructivo. Se puede pensar de esta manera ya que si el problema son las distancias elctricas, se puede solucionar, si se quiere construir una mquina de estas caractersticas, proyectando un ncleo de mayores dimensiones. Esto resultar de incrementar los valores de separacin entre bobinas y entre stas y yugos, en un 30% de los valores adoptados y de esta manera evitar riesgos en lo dielctrico; teniendo siempre en cuenta los niveles de prdidas a los que se arriba y conducir el clculo de manera adecuada.

Desde el punto de vista trmico, el incremento en las dimensiones que se hace mencin en el prrafo anterior, repercute favorablemente. Esto es sobre la base de que, siempre que se puedan incrementar las superficies disipantes, es beneficioso.

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PGINA 36

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