MOTORES ACOPLADOS A

BOMBAS

Marzo 2014

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Instituto Tecnológico Superior de Cosamaloapan

Materia: Sistema de bombeo en la industria petrolera

Profesor: Ing. José Isidoro Beltrán

Tema: Motores acoplados a bombas.

Carrera: Ingeniería Petrolera

607-AB

Equipo 7

Integrantes: Irving Rubén Rodríguez Martínez

Rodrigo Rivera Aguilar

Rafael Díaz Rodríguez

José Yanael Hidalgo Ruiz

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ÍNDICE

Introducción………………………………………………………………………………..5

2.1Motores eléctricos……………………………………………………………………..6

2.2Motores de combustión interna……………………………………………………..27

2.3Otros dispositivos acoplados para el accionamiento de equipo de

bombeo……………………………………………………………………………………44

Conclusión…………………………………………………………………………….… 47

Bibliógrafa………………………………………………………………………………...48

3

Índice de imágenes

Imagen 1……………………………………………………………………………………………………….6

Imagen 1.1……………………………………………………….………………………………………..…..9

Imagen 1.2…………………………………………………………………………………………………….9

Imagen 1.3……………………………………………………………………………………………………10

Imagen 1.4…………………………………………………………………………………………………...12

Imagen 1.5……………………………………………………………………………………………………12

Imagen 1.6…………………………………………………………………………………………………...13

Imagen 1.7……………………………………………………………………………………………………14

Imagen 1.8……………………………………………………………………………………………………14

Imagen 1.9……………………………………………………………………………………………………15

Imagen 2……………………………………………………………………………………………………...19

Imagen 2.1……………………………………………………………………………………………………19

Imagen 2.2……………………………………………………………………………………………………21

Imagen 2.3……………………………………………………………………………………………………22

Imagen 2.4……………………………………………………………………………………………………22

Imagen 2.5……………………………………………………………………………………………………23

Imagen 2.6……………………………………………...........................................................................24

Imagen 2.7………………………………………………………………………….…...............................25

Imagen 2.8……………………………………………………………………………………………………26

Imagen 2.9……………………………………………………………………………………………………30

Imagen 3……………………………………………………………………………………………………...33

4

Imagen 3.1……………………………………………………………………………………………………34

Imagen 3.2……………………………………………………………………………………………………35

Imagen 3.3……………………………………………………………………………………………………35

Imagen 3.4……………………………………………………………………………………………………37

Imagen 3.5……………………………………………………………………………………………………37

Imagen 3.6……………………………………………………………………………………………………38

Imagen 3.7……………………………………………………………………………………………………40

Imagen 3.8……………………………………………………………………………………………………41

Imagen 3.9……………………………………………………………………………………………………42

Imagen 4……………………………………………………………………………………………………...42

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INTRODUCCION

Los motores son máquinas termodinámicas que utilizan la energía de combustión transformándola en movimiento. A lo largo del desarrollo tecnológico, el hombre ha construido diferentes tipos de motores, cada uno adecuado a diferentes necesidades y condiciones de utilización. Los distintos tipos de motores tienen trabajos específicos para su transformación energética. La industria petrolera ha dado respuesta a esta necesidad, desarrollando combustibles adecuados a cada tipo de motor.

Existen motores de combustión externa, como la máquina de vapor, donde la fuente de calor (caldera) es exterior al mecanismo. En los de combustión interna, por el contrario, la fuente térmica está dentro de la máquina. Los Principales tipos de motores de la actualidad son: motores de ciclo Otto, motores de Ciclo diésel y Turbinas.

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.

Los motores eléctricos utilizan la inducción electromagnética que produce la electricidad para producir movimiento, según sea la constitución del motor: núcleo con cable arrollado, sin cable arrollado, monofásico, trifásico, con imanes permanentes o sin ellos; la potencia depende del calibre del alambre, las vueltas del alambre y la tensión eléctrica aplicada.

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2.1 Motores eléctricos

El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía

mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado

eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar

energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores

eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a

menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares como

ventiladores, teléfonos y bombas, máquinas herramientas, aparatos

electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco, los motores

eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de la corriente continua (DC), tal como

de baterías, automóviles o rectificadores, o por fuentes de la corriente alterna (AC),

tal como de la rejilla de poder, inversores o generadores. Los pequeños motores se

pueden encontrar en relojes eléctricos. Los motores de uso general con

dimensiones muy estandarizadas y características proporcionan el poder mecánico

conveniente al uso industrial.

Los más grandes de motores eléctricos se usan para propulsión del barco,

compresión de la tubería y aplicaciones de almacenaje bombeado con posiciones

que alcanzan 100 megavatios.

Los motores eléctricos pueden ser clasificados por tipo de la fuente de la energía

eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de la salida de movimiento, etcétera.

Los dispositivos como solenoides magnéticos y altavoces que convierten la

electricidad en el movimiento, pero no generan el poder mecánico utilizable

respectivamente se les refiere como accionadores y transductores. Los motores

eléctricos son usados para producir la fuerza lineal o la torsión (rotonda).

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Principio de funcionamiento

Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en

energía mecánica. El medio de esta transformación de energía en los motores

eléctricos es el campo magnético. Existen diferentes tipos de motores electicos y

cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interacción de

los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o torque del motor.

El principio fundamental que describe cómo es que se origina una fuerza por la

interacción de en una carga eléctrica puntual q en campos eléctricos y magnéticos

es la Ley de Lorentz

F = q (E+v*B)………………………(Ec.1)

Donde:

q-carga eléctrica puntual

-Campo eléctrico

-velocidad de la partícula

-densidad de campo magnético

En el caso de un campo puramente eléctrico la expresión de la ecuación se reduce

a:

F = qE……………………….(Ec.1.1)

La fuerza en este caso está determinada solamente por la carga q y por el campo

eléctrico . Es la fuerza de Coulomb que actúa a lo largo del conductor originando

el flujo eléctrico, por ejemplo en las bobinas del estator de las máquinas de

inducción o en el rotor de los motores de corriente continua.

En el caso de un campo puramente magnético:

F = q (v*B)………………………….(Ec.1.2)

La fuerza está determinada por la carga, la densidad del campo magnético y la

velocidad de la carga . Esta fuerza es perpendicular al campo magnético y a la

dirección de la velocidad de la carga. Normalmente hay muchísimas cargas en

movimiento por lo que conviene reescribir la expresión en términos de densidad de

carga y se obtiene entonces densidad de fuerza (fuerza por unidad de

volumen).

F = ρ (E+V*B)………………………………….(Ec.1.3)

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Al producto se le conoce como densidad de corriente (amperes por metro

cuadrado).

J = ρ*v……………………………….(Ec.1.4)

Entonces la expresión resultante describe la fuerza producida por la interacción de

corriente con campo magnético.

Fv = J*B…………………………………(Ec.1.5)

Este es un principio básico que explica cómo se origina las fuerzas en sistemas

electromecánicos como los motores electicos. Sin embargo, la completa descripción

para cada tipo de motor eléctrico depende de sus componentes y su construcción.

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.

Se pueden construir de cualquier tamaño y forma, siempre que el voltaje lo

permita.

Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente

constante.

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando a

medida que se incrementa la potencia de la máquina).

Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de

energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten

contaminantes.

No necesita de refrigeración ni ventilación forzada, están autoventilados.

No necesita de transmisión/marchas.

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Partes fundamentales de un motor eléctrico

Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se

hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el

estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes.

No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

Estator

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto

se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero

si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores

a) Estator de polos salientes.

b) Estator ranurado.

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al

silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a través

de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados

proveen los polos magnéticos.

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Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello

el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un

sur).

Rotor

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la

conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas

de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Tipos de motores eléctricos y características

Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]: Se utilizan en

casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del

motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar

corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este

tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el

mismo número de carbones.

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Carcasa

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado

para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así

pues, la carcasa puede ser:

a) Totalmente cerrada

b) Abierta

c) A prueba de goteo

d) A prueba de explosiones

e) De tipo sumergible

Base

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación

del motor, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal

b) Base lateral

Caja de conexiones

Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja

de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los

conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del

mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Tapas

Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los

cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

Cojinetes

También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las

partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para

reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los

cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

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a) Cojinetes de deslizamiento: Operan la base al principio de la película de aceite,

esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la

superficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento: Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de

deslizamiento por varias razones:

Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.

Son compactos en su diseño

Tienen una alta precisión de operación.

No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares

Clasificación de los motores de corriente directa

Antes de enumerar los diferentes tipos de motores, conviene aclarar

un concepto básico que debe conocerse de un motor: el concepto de

funcionamiento con carga y funcionamiento en vacío.

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Un motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier objeto o soportando

cualquier resistencia externa (la carga) que lo obliga a absorber energía mecánica.

Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia cuando bate mayonesa; el motor

de una grúa soporta las cargas que eleva, el propio cable, los elementos mecánicos

de la grúa, un motor de un coche eléctrico soporta numerosas cargas: el peso de

los pasajeros, el peso del propio vehículo, la resistencia que ofrece la superficie del

terreno,…

Un motor funciona en vacío, cuando el motor no está arrastrando ningún objeto, ni

soportando ninguna resistencia externa, el eje está girando libremente y no está

conectado a nada. En este caso, el par resistente se debe únicamente a factores

internos.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las

bobinas inductoras e inducidas entre sí.

Motor de excitación independiente.

Motor serie.

Motor de derivación o motor shunt.

Motor compoud.

Motor de excitación independiente: Son aquellos que obtienen la alimentación del

rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del

estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es

entonces prácticamente constante. Este sistema de excitación no se suele utilizar

debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de

corriente.

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Motor serie: Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y

alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe

dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la

corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.

Motor de derivación: El devanado inducido e inductor están conectados en paralelo

y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas shunt, y en

ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la

máquina.

Motor compuesto: También llamados compound, en este caso el devanado de

excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El

arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran

sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de

pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor

serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias

entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación.

Existen dos tipos de excitación compuesta. En la llamada compuesta adicional el

sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es el mismo,

por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial, donde el

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sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario y por lo

tanto los efectos de ambos devanados se restan.

Aplicaciones

LAS PRINCIPALES APLICACIONES DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

SON:

Trenes de laminación reversibles. Los motores deben de soportar una alta

carga. Normalmente se utilizan varios motores que se acoplan en grupos de

dos o tres.

Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. En

cada uno se va reduciendo más la sección y la velocidad es cada vez mayor.

Cizallas en trenes de laminación en caliente. Se utilizan motores en

derivación.

Industria del papel. Además de una multitud de máquinas que trabajan a

velocidad constante y por lo tanto se equipan con motores de corriente

continua, existen accionamientos que exigen par constante en un amplio

margen de velocidades.

Otras aplicaciones son las máquinas herramientas, máquinas extractoras,

elevadores, ferrocarriles.

Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, control de tensión en

máquinas bobinadoras, velocidad constante de corte en tornos grandes

El motor de corriente continua se usa en grúas que requieran precisión de

movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con

motores de corriente alterna).

Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]: Son los tipos de motores más usados en

la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribución de

energías "normales". En la actualidad, el motor de corriente alterna es el que más

se utiliza para la mayor parte de las aplicaciones, debido fundamentalmente a que

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consiguen un buen rendimiento, bajo mantenimiento y sencillez, en su construcción,

sobre todo en los motores asíncronos.

Características particulares de los motores eléctricos de corriente alterna

Los parámetros de operación de un motor designan sus características, es

importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parámetros

determinantes para la operación del motor. Las principales características de los

motores de C.A. son:

Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo.

En física la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la

potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas

unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeñas para propósitos

industriales.

Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definen

como:

1 kW = 1000 W

1 HP = 747 W = 0.746 kW

1kW = 1.34 HP

Voltaje: También llamada tensión eléctrica o diferencia de potencial, existe entre

dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto

a otro:

E = VA – VB…………………………….(Ec.1.6)

Dónde:

E = Voltaje o Tensión

VA = Potencial del punto A

VB = Potencial del punto B

La diferencia de tensión es importante en la operación de un motor, ya que de esto

dependerá la obtención de un mejor aprovechamiento de la operación.

Los voltajes empleados más comúnmente son: 127V, 220V, 380V, 440V, 2300V y

6000V.

Corriente: La corriente eléctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por

un punto dado [P] en un conductor eléctrico en un tiempo [t] determinado.

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I = 𝑸

𝒕……………………………. (Ec.1.7)

Dónde:

I = Corriente eléctrica

Q = Flujo de carga que pasa por el punto P

t = Tiempo

La unidad de corriente eléctrica es el ampere. Un ampere [A] representa un flujo de

carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier punto.

1A = 𝟏𝑪

𝟏𝒔……………………………………………(Ec.1.8)

Los motores eléctricos esgrimen distintos tipos de corriente, que fundamentalmente

son: corriente nominal, corriente de vacío, corriente de arranque y corriente a rotor

bloqueado.

Corriente nominal: En un motor, el valor de la corriente nominal es la cantidad de

corriente que consumirá el motor en condiciones normales de operación.

Corriente de vacío: Es la corriente que consumirá el motor cuando no se encuentre

operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal.

Corriente de arranque: Todos los motores eléctricos para operar consumen un

excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente

de dos a ocho veces superior.

Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente máxima que soportara el motor cuando

su rotor esté totalmente detenido.

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Clasificación de los motores de corriente alterna

Por su velocidad de giro:

1. Asíncrono: Son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar

en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto

mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

2. Motores Síncronos: Son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca

llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del

estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias. Este

motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente

proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Es

utilizado en aquellos casos en donde se desea una velocidad constante.

Se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. La

característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad

constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos

constructivos de la máquina. A diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en

marcha requiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema

automático de arranque. Otra particularidad del motor síncrono es que al operar de

forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

Las máquinas síncronas funcionan tanto como generadores y como motores. En

nuestro medio sus aplicaciones son mínimas y casi siempre están relacionadas en

la generación de energía eléctrica. Para el caso referente a la máquina rotativa

síncrona, todas las centrales Hidroeléctricas y Termoeléctricas funcionan mediante

generadores síncronos trifásicos.

Para el caso del motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es

muy elevada, mayor que 1MW (mega vatio).

Los motores síncronos se subdividen a su vez, de acuerdo al tipo del rotor que

utilizan, siendo estos: rotor de polos lisos (polos no salientes) y de polos salientes.

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Motores de rotor de polos lisos o polos no salientes: se utilizan en rotores de dos y

cuatro polos. Estos tipos de rotores están construidos al mismo nivel de la superficie

del rotor. Los motores de rotor liso trabajan a elevadas velocidades.

Motores de polos salientes: Los motores de polos salientes trabajan a bajas

velocidades. Un polo saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera de

la superficie del rotor.

Los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o más polos.

Por el tipo de rotor

1. Motores de anillos rasantes: Es similar al motor trifásico jaula de ardilla, su

estator contiene los bobinados que generan el campo magnético giratorio.

El objetivo del diseño del motor de anillos rosantes es eliminar la corriente

excesivamente alta del arranque y el troqué elevado asociado con el motor de jaula

de ardilla. Cuando el motor se arranca un voltaje es inducido en el rotor, con la

resistencia agregada de la resistencia externa la corriente del rotor y por lo tanto el

troqué pueden controlarse fácilmente

2. Motores con colector: Los colectores también son llamados anillos rotatorios, son

comúnmente hallados en máquinas eléctricas de corriente alterna como

generadores, alternadores, turbinas de viento, en las cuales conecta la corriente de

campo o excitación con el bobinado del rotor.

Pueden entregar alta potencia con dimensiones y peso reducidos.

Pueden soportar considerables sobrecargas temporales sin detenerse

completamente.

Se adaptan a las sobrecargas disminuyendo la velocidad de rotación, sin

excesivo consumo eléctrico.

Producen un elevado torque de funcionamiento.

3. Motores de jaula de ardilla: un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla

también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro

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montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales

de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos

poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la

semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas

probablemente similares existen para las ardillas domésticas).

Por su número de fases de alimentación:

Motores monofásicos

Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores

está en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie

la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante.

Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado

auxiliar desfasado 90° con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha

arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofásico tiene dificultades para

arrancar, está constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se conoce

como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como devanado

auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre sí, física y eléctricamente. El

devanado de trabajo está formado de conductor grueso y tiene más espiras que el

devanado de arranque.

Es importante señalar, que el sentido de giro de las bobinas involucra la polaridad

magnética correspondiente, como puede verse en la figura

Tipos y características

Los motores monofásicos han sido perfeccionados a través de los años, a partir del

tipo original de repulsión, en varios tipos mejorados, y en la actualidad se conocen:

Motores de fase partida: En general consta de una carcasa, un estator formado por

laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y

auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio

embebidas en el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos

21

extremos, denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama así,

porque se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los primeros motores

monofásicos usados en la industria, y aún permanece su aplicación en forma

popular. Estos motores se usan en: máquinas herramientas, ventiladores, bombas,

lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayoría de ellos se

fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W).

Motores de arranque con capacitor: Este tipo de motor es similar en su construcción

al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado

de arranque para tener un mayor par de arranque. Su rango de operación va desde

fracciones de HP hasta 15 HP. Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones

de tipo monofásico, tales como accionamiento de máquinas herramientas (taladros,

pulidoras, etcétera), compresores de aire, refrigeradores, etc. En la figura se

muestra un motor de arranque con capacitor.

Motores con permanente: Utilizan un capacitor conectado en serie con los

devanados de arranque y de trabajo. El crea un retraso en el devanado de arranque,

el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga.

La principal diferencia entre un motor con permanente y un motor de arranque con

capacitor, es que no se requiere switch centrífugo. Éstos motores no pueden

arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque.

Motores de inducción-repulsión: Los motores de inducción-repulsión se aplican

donde se requiere arrancar cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se

fabrican de 1/2 HP hasta 20 HP, y se aplican con cargas típicas como: compresores

de aire grandes, equipo de refrigeración,

etc.

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Motores de polos sombreados: Este tipo de motores es usado en casos específicos,

que tienen requerimientos de potencia muy bajos.

Su rango de potencia está comprendido en valores desde 0.0007 HP hasta 1/4HP,

y la mayoría se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. La principal ventaja de

estos motores es su simplicidad de construcción, su confiabilidad y su robustez,

además, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofásicos de C.A.,

los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores,

escobillas, conmutadores, etc.) o partes móviles (switches centrífugos). Esto hace

que su mantenimiento sea mínimo y relativamente sencillo.

23

Motores trifásicos

Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el

sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, además de

que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse

invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de

manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.

Tipos y características

Los motores trifásicos se usan para accionar máquinas-herramientas, bombas,

elevadores, ventiladores, sopladores y muchas otras máquinas.

Básicamente están construidos de tres partes esenciales: Estator, rotor y tapas.

El estator consiste de un marco o carcasa y un núcleo laminado de acero al silicio,

así como un devanado formado por bobinas individuales colocadas en sus ranuras.

Básicamente son de dos tipos:

• De jaula de ardilla.

• De rotor devanado

El de jaula de ardilla es el más usado y recibe este nombre debido a que parece

una jaula de ardilla de aluminio fundido. Ambos tipos de rotores contienen un núcleo

laminado en contacto sobre el eje. El motor tiene tapas en ambos lados, sobre las

cuales se encuentran montados los rodamientos o baleros sobre los que rueda el

rotor. Estas tapas se fijan a la carcasa en ambos extremos por medio de tomillos de

sujeción. Los rodamientos, baleros o rodamientos pueden ser de rodillos o de

deslizamiento.

Los Motores Universales: Tienen la forma de un motor de corriente continua, la

principal diferencia es que está diseñado para funcionar con corriente continua y

corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que

24

es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en máquinas de pequeña

potencia, ésta no se considera importante, además, su operación debe ser

intermitente, de lo contrario, éste se quemaría. Estos motores son utilizados en

taladros, aspiradoras, licuadoras, etc.

Diagramas de conexión

Todos los motores trifásicos están construidos internamente con un cierto número

de bobinas eléctricas que están devanadas siempre juntas, para que conectadas

constituyan las fases que se conectan entre sí, en cualquiera de las formas de

conexión trifásicas, que pueden ser:

Delta

Estrella

Estrella-delta

Delta

Los devanados conectados en delta son cerrados y forman una configuración en

triangulo. Se pueden diseñar con seis (6) o nueve (9) terminales para ser

conectados a la líneo de alimentación trifásica.

Cada devanado de un motor de inducción trifásico tiene sus terminales marcadas

con un número para su fácil conexión. En la figura 4.4, se muestra un motor de 6

terminales con los devanados internos identificados para conectar el motor para

operación en delta. Las terminales o puntas de los devanados se conectan de modo

que A y B cierren un extremo de la delta (triángulo), también B y C, así como C y A,

para de esta manera formar la delta de los devanados del motor.

Los motores de inducción de jaula de ardilla son también devanados con nueve (9)

terminales para conectar los devanados internos para operación en delta. Se

conectan seis (6) devanados internos para formar una delta cerrada, tres devanados

están marcados como 1-4-9, 2-5-7 y 3-6-8, en éstos.

25

Los devanados se pueden bobinar para operar a uno o dos voltajes.

Estrella

Los devanados de la mayoría de los motores de inducción de jaula de ardilla están

conectados en estrella. La conexión estrella se forma uniendo una terminal de cada

devanado, las tres terminales restantes se conectan a las líneas de alimentación L1,

L2 Y L3. Los devanados conectados en estrella forman una configuración en Y.

Un motor conectado en estrella con nueve (9) terminales, tiene tres puntas en sus

devanados conectadas para formar una estrella (7-8-9). Los tres pares de puntas

de los devanados restantes, son los números: 1-4, 2-5 y 3-6.

Los devanados se pueden conectar para operar en bajo o alto voltaje.

Para la operación en bajo voltaje, éstos se conectan en paralelo; para la operación

en alto voltaje, se conectan en serie.

Conexiones para dos voltajes

Algunos motores trifásicos están construidos para operar en dos voltajes. El

propósito de hacer posible que operen con dos voltajes distintos de alimentación, y

tener la disponibilidad en las líneas para que puedan conectarse indistintamente.

Comúnmente, las terminales externas al motor permiten una conexión serie para el

voltaje más alto y una conexión doble paralelo para la alimentación al menor voltaje.

26

Mantenimiento preventivo de motores eléctricos

El mantenimiento de los motores eléctricos constituye uno de los aspectos

fundamentales para garantizar la óptima operatividad de los mismos, y por

consiguiente, la confiabilidad del proceso productivo.

Por tal motivo es muy importante que las actividades de mantenimiento preventivo,

predictivo y correctivo sean realizadas por personal calificado y entrenado para tal

fin.

Los motores eléctricos por ser máquinas rotativas y generalmente de uso continuo,

están propensos a sufrir desgastes en sus componentes mecánicos, especialmente

en los rodamientos o cojinetes, los cuales merecen especial atención por parte del

departamento de mantenimiento, y someterlos a un programa de mantenimiento

rutinario.

El material aislante es otro componente aún más importante, ya que si éste falla la

máquina puede quedar inutilizada. Las fallas en el aislamiento de las máquinas

eléctricas son producidas por degradación del material aislante debido a fatigas

mecánicas y eléctricas, contaminación, temperatura y humedad. Una falla del

material aislante produce fallas incluso catastróficas en las máquinas eléctricas, por

lo que es recomendable realizar el mantenimiento rutinario y preventivo en las

mismas para minimizar las interrupciones no programadas de

los procesos productivos.

El objetivo del mantenimiento es lograr con el mínimo coste el mayor tiempo

de servicio de las Instalaciones y Maquinaria productiva.

El mantenimiento preventivo abarca todos los planes y acciones necesarias para

determinar y corregir las condiciones de operación que puedan afectar a un sistema,

maquinaria o equipo, antes de que lleguen al grado de mantenimiento correctivo,

considerando la selección, la instalación y la misma operación.

El mantenimiento preventivo bien aplicado disminuye los costos de producción,

aumenta la productividad, así como la vida útil de la maquinaria y equipo,

obteniendo como resultado la disminución de paro de máquinas.

Las actividades principales del mantenimiento preventivo son:

a) Inspección periódica con el fin de encontrar las causas que provocarían paros

imprevistos.

b) Conservar la planta, anulando y reparando aspectos dañinos cuando apenas

comienzan.

27

Recomendaciones sobre los motores eléctricos

Seleccionar el armazón del motor, de acuerdo con el ambiente en que va a estar

trabajando. Los motores abiertos son más sencillos y por lo tanto menos costosos,

además de operar con mayor factor de potencia. Sin embargo, en condiciones

adversas del medio, los motores cerrados serán los indicados.

Seleccionar correctamente la velocidad del motor. Si la carga lo permite prefiera

motores de alta velocidad, son más eficientes y si se trata de motores de corriente

alterna, trabajan con un mejor factor de potencia.

Sustituir los motores antiguos o de uso intenso. Los costos de operación y

mantenimiento de motores viejos o de motores que por su uso han depreciado sus

características de operación, pueden justificar su sustitución por motores

normalizados y de alta eficiencia.

Realizar en forma correcta la conexión a tierra de los motores. Una conexión

defectuosa o la ausencia de ésta, puede poner en peligro la vida de los operarios si

se presenta una falla a tierra. Además de ocasionar corrientes de fuga que no son

liberadas por el equipo de protección con un dispendio de energía.

Evitar concentrar motores en locales reducidos o en lugares que puedan dificultar

su ventilación. Un sobrecalentamiento del motor se traduce en una disminución de

su eficiencia.

Balancear la tensión de alimentación en los motores trifásicos de corriente alterna.

El desequilibrio entre fases no debe excederse en ningún caso del 5%, pero

mientras menor sea el desbalance, los motores operan con mayor eficiencia.

Instalar equipos de control de la temperatura del aceite de lubricación de cojinetes

de motores de gran capacidad a fin de minimizar las pérdidas por fricción y elevar

la eficiencia.

Mantener en buen estado y correctamente ajustados los equipos de protección

contra sobrecalentamientos o sobrecargas en los motores. Los protegen de daños

mayores y evitan que operen con baja eficiencia.

Revisar periódicamente las conexiones del motor, junto con las de su arrancador y

demás accesorios. Conexiones flojas o mal realizadas con frecuencia originan un

mal funcionamiento del motor y ocasionan pérdidas por disipación de calor.

Mantener en óptimas condiciones los sistemas de ventilación y enfriamiento de los

motores, para evitar sobrecalentamientos que puedan aumentar las pérdidas en los

conductores del motor y dañar los aislamientos.

28

2.2 Motores de combustión Interna Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de

máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un

combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a

que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a diferencia de, por

ejemplo, la máquina de vapor.

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene

energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible

que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se

emplean motores de combustión interna de cuatro tipos:

El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó,

Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en

automoción y aeronáutica.

El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf

Diésel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo

El motor rotatorio.

La turbina de combustión.

Casi todos los automóviles de hoy utilizan lo que es llamado un ciclo de combustión

de cuatro tiempos para convertir gasolina a movimiento. El ciclo de cuatro tiempos

también es conocido como ciclo de OTTO, en honor a Nikolaus Otto. Estos son:

1. Admisión: El pistón baja en el momento en que la válvula de admisión se abre,

permitiendo el ingreso de la mezcla aire/gasolina.

2. Compresión: El pistón sube comprimiendo la mezcla aire/gasolina, las

dos válvulas están cerradas.

3. Explosión: El pistón llega al máximo de su recorrido TDC, la bujía entrega la

chispa, se produce la explosión y el pistón es impulsado hacia abajo.

4. Escape: El pistón sube nuevamente, pero esta vez la válvula de escape se

encuentra abierta permitiendo la salida de los gases quemados.

Estos motores pueden ser, básicamente, atmosféricos o sobrealimentados por

medio de un turbo. Todos ellos con inyección electrónica. Aunque también

funcionaban mediante un sistema de carburación este tipo de ingreso de

combustible ya ha quedado rezagado.

29

Tipos principales

El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo

desarrolló, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina, aunque

también se lo conoce como motor de ciclo Beau de Rochas debido al inventor

francés que lo patentó en 1862.

El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf

Diésel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo.

La turbina de gas.

El motor rotatorio.

Clasificación de los alternativos según el ciclo

De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de trabajo en cada giro.

De cuatro tiempos (4T): efectúan una carrera útil de trabajo cada dos giros.

Existen los diésel y gasolina, tanto en 2T como en 4T.

Historia

La invención se puede remontar a dos italianos: el padre Eugenio Barsanti, un

sacerdote escolapio, y Felice Matteucci, ingeniero hidráulico y mecánico, que ya en

1853 detallaron documentos de operación y construcción y patentes pendientes en

varios países europeos como Gran Bretaña, Francia, Italia y Alemania.

Los primeros prototipos carecían de la fase de compresión; es decir, la fase de

succión terminaba prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de

que el pistón llegase a la mitad, lo que provocaba que la chispa que generaba la

combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil. Como consecuencia el

funcionamiento de estos primeros motores era deficiente. Fue la fase de compresión

la que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna, que lograría el

reemplazo definitivo de los motores a vapor e impulsaría el desarrollo de los

30

automóviles, ya que lograba desarrollar una potencia igual o mayor en dimensiones

considerablemente mucho más reducidas.

Las primeras aplicaciones prácticas de los motores de combustión interna fueron

los motores fuera de borda. Esto fue debido a que el principal impedimento para la

aplicación práctica del motor de combustión interna en vehículos terrestres era el

hecho de que, a diferencia de la máquina de vapor, no podía comenzar desde

parado. Los motores marinos no sufren este problema, ya que las hélices son libres

de un significativo momento de inercia.

El motor tal como lo conocemos hoy fue desarrollado por el alemán Nikolaus Otto,

quien en 1886 patentó el diseño de un motor de combustión interna a cuatro

tiempos, basado en los estudios del inventor francés Alphonse Beau de Rochas de

1862, que a su vez se basó en el modelo de combustión interna de Barsanti y

Matteucci.

Aplicaciones más comunes

Las diferentes variantes de los dos ciclos, tanto en diésel como en gasolina,

tienen cada uno su ámbito de aplicación.

2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores de ultraligeros

(ULM) y motores marinos fuera-borda hasta una cierta cilindrada, habiendo

perdido mucho terreno en este campo por las normas anticontaminación.

Además de en las cilindradas mínimas de ciclomotores y scooters (50 cc),

sólo motores muy pequeños como motosierras y pequeños grupos

electrógenos siguen llevándolo.

4T gasolina: domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las

cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera borda.

2T diésel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia, hasta

100000 CV hoy día, y tracción ferroviaria. En su momento de auge se usó en

aviación con cierto éxito.

4T diésel: domina en el transporte terrestre, automóviles y aplicaciones

navales hasta una cierta potencia. Empieza a aparecer en la aviación

deportiva.

31

MOTORES UNIVERSALES

Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de corriente

alterna, diseñados especialmente para usarse en potencia ya sea de corriente

continua o de corriente alterna. Recordemos que el motor serie de corriente continua

se caracteriza por disponer de un fuerte par de arranque y que la velocidad del rotor

varía en sentido inverso de la carga, pudiendo llegar a embalarse cuando funciona

en vacío.

Estos motores tienen la misma característica de velocidad y par cuando funcionan

en c.a. o en c.c. En general, los motores universales pequeños no requieren

devanados compensadores debido a que el número de espiras de su armadura es

reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de armadura.

Como resultado, los motores inferiores a 3/8 de caballo de fuerza generalmente se

construyen sin compensación. El costo de los motores universales no compensados

es relativamente bajo por lo que su aplicación es muy común en aparatos

domésticos ligeros, por ejemplo: aspiradoras, taladros de mano, licuadoras, etc.

El motor universal es sin duda, el más utilizado en la industria del electrodoméstico.

Su nombre deriva del hecho de que puede funcionar tanto en corriente alterna como

en corriente continua. Para que un motor de este tipo pueda funcionar con c.a. es

necesario que el empilado de su inductor (el núcleo de los electroimanes) sea de

chapa magnética para evitar las corrientes de Foucault.

Por otra parte, la conmutación resulta en los motores universales que en los de

corriente continua, por lo que la vida de las escobillas y el colector es más corta,

inconveniente que reduce mucho el campo de aplicación de los motores

universales.

Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente

se trata del devanado compensador del motor serie o un devanado de campo

distribuido especialmente para contrarrestar los problemas de la reacción de

armadura.

32

Tipos de motores

Motor Otto de 2T refrigerado por aire de una moto: azul aire, verde mezcla

aire/combustible, gris gases quemados.

El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fuera

borda y vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó mucho el motor

de dos tiempos (2T). El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve

limitado por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la

refrigeración.

La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en

primera aproximación del grado de compresión. Esta relación suele ser de 8 a 1 o

10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos.

Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la

eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de

alto índice de octano para evitar el fenómeno de la detonación, que puede producir

graves daños en el motor. La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto

es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en

energía mecánica.

33

Funcionamiento (Figura 1)

1. Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados entran por la válvula de

admisión.

2. Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendida

mediante la bujía.

3. Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia

abajo.

4. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a través de la

válvula de escape.

34

Motores diésel

Los cuatro tiempos del diésel 4T.

Motor diésel

35

Motor diésel 2T, escape y admisión simultáneas.

En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en

este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La

mayoría de los motores diésel son asimismo el ciclo de cuatro tiempos, salvo los de

tamaño muy grande, ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos. Las fases son

diferentes de las de los motores de gasolina.

En la primera carrera, la de admisión, el pistón sale hacia fuera, y se absorbe aire

hacia la cámara de combustión. En la segunda carrera, la fase de compresión, en

que el pistón se acerca. el aire se comprime a una parte de su volumen original, lo

cual hace que suba su temperatura hasta unos 850 °C. Al final de la fase de

compresión se inyecta el combustible a gran presión mediante la inyección de

combustible con lo que se atomiza dentro de la cámara de combustión,

produciéndose la inflamación a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera

fase, la fase de trabajo, los gases producto de la combustión empujan el pistón hacia

fuera, trasmitiendo la fuerza longitudinal al cigüeñal a través de la biela,

transformándose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es, al igual que en los

motores Otto, la fase de escape, cuando vuelve el pistón hacia dentro.

Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el

combustible al arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.

La eficiencia o rendimiento (proporción de la energía del combustible que se

transforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores diésel dependen,

de los mismos factores que los motores Otto, es decir de las presiones (y por tanto

de las temperaturas) inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto es mayor

que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. En los grandes motores

de dos tiempos de propulsión naval. Este valor se logra con un grado de compresión

de 20 a 1 aproximadamente, contra 9 a 1 en el Otto. Por ello es necesaria una mayor

robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores

Otto. Esta desventaja se compensa con el mayor rendimiento y el hecho de utilizar

combustibles más baratos.

Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de

cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (grandes barcos),

mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses)

y 5.000 rpm. (Automóviles)

Motor de dos tiempos

Con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diésel funcione a

dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro

fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de

cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo,

producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño.

36

El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los

periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima

de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo.

El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de

cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse

el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y

aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la

posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en

la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A

continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el

orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.

Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna

alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro, o en

ocasiones cinco, carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal)

para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:

37

Motor Wankel

En la década de 1950, el ingeniero alemán Félix Wankel completó el desarrollo de

un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, actualmente conocido

como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cámara

ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro.

La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y

queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación

del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan

a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar

una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en

cada giro.

El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los motores de

pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas

de 1970 y 1980. Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica

permite una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de

gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción. No obstante salvo algunos

ejemplos prácticos como algunos vehículos Mazda, ha tenido problemas de

durabilidad.

38

Motor de carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada,

diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de re-circulación

de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de

este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una

antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara

principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez

enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es

suficientemente baja como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno,

mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de

monóxido de carbono e hidrocarburos.

Estructura y funcionamiento

Los motores Otto y los diésel tienen los mismos elementos principales:

(bloque, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas) y otros específicos de cada uno,

como la bomba inyectora de alta presión en los diésel, o antiguamente

el carburador en los Otto.

En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo de

distribución: SV, OHV, SOHC, DOHC. Es una referencia a la disposición del (o

los) árbol de levas.

Cámara de combustión

La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo

y dentro del cual se desliza un pistón muy ajustado al cilindro. La posición hacia

dentro y hacia fuera del pistón modifica el volumen que existe entre la cara interior

del pistón y las paredes de la cámara.

La cara exterior del pistón está unida por una biela al cigüeñal, que convierte en

movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistón.

En los motores de varios cilindros, el cigüeñal tiene una posición de partida, llamada

espiga de cigüeñal y conectada a cada eje, con lo que la energía producida por cada

cilindro se aplica al cigüeñal en un punto determinado de la rotación.

39

Los cigüeñales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la

irregularidad del movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28

cilindros.

Carburador SOLEX mono cuerpo.

Sistema de alimentación

El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito,

una bomba de combustible y un dispositivo dosificador de combustible que vaporiza

o atomiza el combustible desde el estado líquido, en las proporciones correctas para

poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía

siendo utilizado con este fin en los motores Otto. Ahora los sistemas de inyección

de combustible lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su

mayor precisión en la dosificación de combustible inyectado reduce las emisiones

de CO2, y asegura una mezcla más estable. En los motores diésel se dosifica el

combustible gasoil de manera no proporcional al aire que entra, sino en función del

mando de aceleración y el régimen motor (mecanismo de regulación) mediante

una bomba inyectora de combustible.

40

En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva a los cilindros

a través de un tubo ramificado llamado colector de admisión. La mayor parte de los

motores cuentan con un colector de escape o de expulsión, que transporta fuera del

vehículo y amortigua el ruido de los gases producidos en la combustión.

Válvulas y árbol de levas.

Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de

cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las válvulas hasta que

se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un árbol de levas rotatorio

movido por el cigüeñal, estando el conjunto coordinado mediante la cadena o

la correa de distribución. Ha habido otros diversos sistemas de distribución, entre

ellos la distribución por camisa corredera (sleeve-valve).

41

Encendido del motor

Los motores necesitan una forma de iniciar la combustión del combustible dentro

del cilindro. En los motores Otto, el sistema de encendido consiste en un

componente llamado bobina de encendido, que es un auto-transformador de alto

voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario

para que se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario.

Dicho impulso está sincronizado con el tiempo de compresión de cada uno de los

cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que está en

compresión en ese momento) utilizando un distribuidor rotativo y unos cables que

llevan la descarga de alto voltaje a la bujía. El dispositivo que produce el encendido

de la mezcla combustible/aire es la bujía, que, instalada en cada cilindro, dispone

de electrodos separados unas décimas de milímetro, el impulso eléctrico produce

una chispa en el espacio entre un electrodo y otro, que inflama el combustible; hay

bujías con varios electrodos, bujías que usan el proceso de 'descarga de superficie'

para producir la chispa, y 'bujías incandescentes ' (Glow-plug).

Si la bobina está en mal estado se recalienta; eso produce pérdidas de energía,

reduce la chispa de las bujías y causa fallos en el sistema de encendido del

automóvil. De los sistemas de generación de electricidad en los motores, las

magnetos dan un bajo voltaje a pocas rpm, aumentando el voltaje de la chispa al

aumentar las rpm, mientras los sistemas con batería dan una buena chispa a bajas

rpm, pero la intensidad de la chispa baja al aumentar las rpm.

42

Refrigeración

Refrigeración en motores de combustión interna

Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún

tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y

de aviones, y los motores fueraborda, se refrigeran con aire.

Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un

conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro.

En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros

se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace

circular mediante una bomba.

El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el

líquido que se usa para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los

motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la

temperatura de ebullición del agua.

Esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en

los empaques y sellos de agua, así como en el radiador; se usa un refrigerante,

pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a más alta temperatura, y

que tampoco se congela a temperaturas muy bajas.

Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no produce sarro ni

sedimentos que se adhieran a las paredes del motor y del radiador formando una

capa aislante que disminuiría la capacidad de enfriamiento del sistema. En los

motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeración.

Sistema de arranque

Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustión

interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan (véase Momento de fuerza),

lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda

iniciar el ciclo.

Los motores de automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque)

conectado al cigüeñal por un embrague automático que se desacopla en cuanto

arranca el motor.

Por otro lado, algunos motores pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal

con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del

cigüeñal.

43

Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que

aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la

velocidad suficiente como para mover el cigüeñal.

Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la explosión

de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor y proporcionan el oxígeno

necesario para alimentar las cámaras de combustión en los primeros movimientos.

Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar

motores de aviones.

44

2.3 Otros dispositivos empleados para el accionamiento de equipo de

bombeo.

Motor Eléctrico Trifásico

Concepto en motores de motores trifásicos

o Alta Eficiencia

o Ahorro de energía

o Bajo costo operacional

o Vida útil más larga

o Bajo nivel de mantenimiento

Motores eléctricos más eficientes y con costos de operación reducidos

forman la base para el desarrollo de la nueva línea de motores trifásicos W22.

Excelente relación costo-beneficio, reducción del consumo de energía

eléctrica, bajos niveles de ruido y mantenimiento sencillo, son algunas de las

características que definen este nuevo producto.

Un motor que se presenta anticipando conceptos sobre economía,

desempeño y productividad.

W22 Motor Trifásico

CARACTERISTICAS Sello de los descansos: Wseal Carcasas: hierro fundido Dreno automático Potencias: 30 hasta 550cv (Carcasas 225S/M hasta 355M/L)

Factor de servicio 1.00 Rodamientos de bolas Categoría: N Tensión 380/660V Color: Azul RAL 5009 Placa de conexiones Termistor 1 por fase Frecuencia: 50Hz

BENEFICIOS Reducción de los niveles de ruido y vibración; Aumento de los niveles de eficiencia energética y térmica Facilidad de mantenimiento

APLICACIONES: Bombas, centrales de aire acondicionado, ventiladores, sierras, grúas, compresores, cintas transportadoras, máquinas herramienta, bobinadoras, molinos,

45

Crecimiento de las aplicaciones con velocidad variable a través de la utilización de convertidores de frecuencia Flexibilidad y modularidad

trilladoras, centrífugas, prensas, puentes grúa, bombas (cigüeñas) para extracción de petróleo, ascensores, telares, trituradoras, cepilladoras, inyectoras, extrusoras, tracción de vagones, torres de enfriamiento, empaquetadoras etc.

Motor trifásico con carcaza de aluminio y brida

CARACTERISTICAS Carcasa: Aluminio. Potencias: 0,5 a 3 HP. Aislación: Clase B. Tensión: 220/380V. Color: Azul RAL 5007 Categoría: N.

APLICACIONES Reductores. Mezcladores. Ventilador para horno. Bombas. Extractores de aire

Motor trifásico de doble velocidad

CARACTERISTICAS: Carcasa: Hierro Fundido. Potencias: 1,5/2,45 HP 3,0/5,0 CV

APLICACIONES: Elevadores, cintas transportadoras, mezcladoras, máquinas y

46

Aislamiento: Clase F Factor de Servicio: 1,00 Tensión: 220/380V. Color: Azul RAL 5

equipamientos que requieran motores trifásicos con dos velocidades.

Moto freno trifásico

CARACTERISTICAS Carcasa: Hierro Fundido. Potencias: 1 a 30 HP Aislación: Clase B Factor de Servicio: 1,15 Tensión: 220/380-380/660V Alimentación del freno: 220V. Freno: Con pastilla. Color: Azul RAL 5007 Categoría: N.

APLICACIONES Elevadores de carga, maquinas-herramientas, máquinas de embalajes, transportadoras, guinche, aparejo, equipamientos en donde son exigidas paradas rápidas por cuestiones de seguridad.

47

Motor Antiexplosivo Trifásico

CARACTERISTICAS Motores Trifásicos, IP55 (IEC-34), TCVE Tensiones Nominales: 220/380V, 380/660V Carcasa de Hierro Gris (90 hasta 355M/L) Potencias: 0,5 hasta 450Hp Rotor de jaula de Ardilla/Aluminio Inyectado Sello Retén en ambas tapas Chapa de identificación en acero inoxidable Diseño / Categoría N Clase de Aislamiento “F” ( T=80K) Servicio Continuo - S1 Factor de Servicio (Fs.): 1.0 Temperatura Ambiente 40°C, 1000 m.s.n.m. Sistema de reengrase para carcasas 225S/M y superiores

APLICACIONES Maquinas que se encuentren en lugares donde existen productos inflamables (estación de servicio, petroleras, industria química, etc.). Áreas clasificadas como ZONA 1 Norma ABNT/IEC.

48

Conclusión

Como vimos un motor de combustión interna tendrá un menor rendimiento y

potencia con el inconveniente del costo del combustible. Los rendimientos tanto del

motor de combustión interna y los motores eléctricos, son indispensables para el

cálculo general del rendimiento de las bombas, tomamos en cuenta los trabajos

realizados tanto por el eje de la bomba, como por el trabajo que realizaría un motor

eléctrico.

Debemos recordar que la potencia de los motores de combustión interna disminuye

con la altura. Los motores eléctricos en todo caso son los más usados. Dos

dispositivos esenciales que se encuentran acoplados a una bomba son los

interruptores y los sistemas de arranque.

49

Bibliografía

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