Kitabı oku: «Mantenimiento preventivo de sistemas de automatización industrial. ELEM0311»

Capítulo 1

Técnicas de mantenimiento preventivo de los elementos y equipos eléctricos y electrónicos de los sistemas de automatización industrial

1. Introducción

Se entenderá por mantenimiento industrial al conjunto de operaciones y técnicas encargadas del control y conservación de los equipos e instalaciones, con el fin de mantenerlas en funcionamiento durante el máximo tiempo al menor coste posible.

Por lo tanto, cuando se habla de mantenimiento habría que empezar desde la recepción de los equipos hasta su instalación y puesta en marcha, teniendo en cuenta siempre las especificaciones técnicas del fabricante de dicho equipo.

Dentro de las funciones de mantenimiento se podrían destacar:

1 Vigilancia periódica del funcionamiento de equipos e instalaciones.

2 Las acciones correctivas, que básicamente corresponden a la reparación de los equipos averiados o con mal funcionamiento.

3 Las acciones preventivas, que consisten en intervenciones en los equipos antes de que se produzca la avería.

4 Modificaciones o sustitución de equipos, también realizadas por el equipo de mantenimiento.

5 Gestión de útiles y repuestos.

Los objetivos ligados al mantenimiento serían:

1 Aumentar el rendimiento de los equipos.

2 Reducir costes de producción.

3 Aumentar la seguridad de los trabajadores.

4 Colaborar con otros departamentos (ingeniería) en la implantación de nuevos proyectos.

2. Análisis de los equipos y elementos eléctricos y electrónicos de los sistemas de automatización industrial

En primer lugar para que los equipos eléctricos realicen su función será necesaria una instalación eléctrica, que partiendo de un punto de suministro (acometida) permitirá distribuir dicha energía y ser consumida por los diferentes equipos conectados a esa instalación.

Nota

Por acometida eléctrica se entenderá la derivación que se produce desde la red eléctrica pública de distribución hacia la propiedad o instalaciones del usuario.

Muy Alta Tensión (MAT): utilizadas en el transporte de energía. Alta tensión (AT): utilizadas en el transporte y distribución. Media Tensión (MT): utilizadas en producción y distribución. Baja Tensión (BT): para la distribución y consumo.

Para que esto se realice de forma segura y eficiente y además se garantice el correcto funcionamiento de los equipos es necesaria la incorporación de una serie de elementos como cables (de distintas secciones), conexiones, contactos, canalizaciones, interruptores, transformadores, etc.

Algunos de los elementos utilizados en redes eléctricas

2.1. Tipos de redes eléctricas

Dentro de las instalaciones eléctricas, estas se clasifican en función de su tensión en:

1 Instalaciones de alta tensión: aquella por las que circula una corriente alterna trifásica a 50 Hz de frecuencia, cuya tensión nominal entre fases sea superior a 1 KV.

2 Instalaciones de baja tensión: para las redes cuya tensión nominal sea igual o inferior a 1 KV para el caso de corriente alterna e igual o inferior a 1,5 KV para el caso de corriente continua.

Por lo tanto, el reglamento que regula las instalaciones de alta tensión es el “Reglamento Electrotécnico de Alta Tensión”, sobre el que solo se hará mención, y el que regula la baja tensión es el “Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión”.

El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT), es el reglamento español de obligado cumplimiento y donde se encuentra la normativa para el montaje, explotación y mantenimiento de las instalaciones de baja tensión. Este reglamento fue aprobado en el Real Decreto 842/2002, del 2 de Agosto, sustituyendo al Reglamento del año 1973.

Este reglamento se divide en dos partes:

1 Parte: comprende los artículos sobre las cuestiones legales y administrativas de este tipo de redes.

2 Parte: que recoge las Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC).

Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT)

Una vez se tenga la acometida, la energía eléctrica deberá pasar por una serie de elementos hasta que por último pueda ser consumida por los equipos eléctricos.

A continuación, se muestran las fases y elementos por los que pasa la energía eléctrica hasta que es consumida:

1 Centro de seccionamiento, a través de la que se sacará la derivación de la red eléctrica.

2 Centro de transformación, para el control de la línea eléctrica y reducción de la alta tensión a baja tensión.

3 Cuadro general de baja tensión, donde se instalarán las protecciones generales de la instalación eléctrica y de donde saldrán las líneas directas y las líneas de los cuadros secundarios.

4 Salidas directas, son aquellas que van directamente al elemento de consumo.

5 Cuadros secundarios, la línea va del cuadro general al cuadro secundario y es de este cuadro donde se distribuye la electricidad hacia otros elementos.

2.2. Protecciones de los circuitos eléctricos

Lógicamente el dimensionamiento de los elementos anteriormente descritos dependerá de las necesidades de consumo en los distintos puntos de la planta industrial.

Una vez se tenga energía eléctrica en el cuadro de la máquina, el circuito eléctrico deberá ser protegido mediante una serie de elementos, mediante de los que se producirá una interrupción de corriente ante una anomalía dada. Estas protecciones serían:

1 Protecciones contra sobreintensidades, que se producen por sobrecargas (corriente mayor a la nominal debida al mal dimensionado de la instalación) y cortocircuitos (corrientes muy elevadas producidas por fallos de aislamiento o rotura de conductores). Para este tipo de protección se utilizarán fusibles, interruptores automáticos magnetotérmicos y el relé de sobrecarga térmico.Fusible: es un dispositivo que está formado por un soporte y un filamento de metal con un bajo punto de fusión para que se funda por el efecto Joule cuando la intensidad de corriente del circuito supera lo previsto, es decir, se produce una sobreintensidad.FusiblesInterruptor automático magnetotérmico: es muy importante una buena elección de este tipo de interruptor y para ello se deben tener en cuenta los siguientes factores:Tipo de curva de disparo que se quiere.Intensidad nominal, que será inferior o igual a la que es consumida por el aparato receptor en condiciones de funcionamiento.

Magnetotérmicos

1 Relé de sobrecarga térmico: este elemento se utiliza para la protección de motores. Su cometido consiste en desconectar el circuito cuando el motor al que está conectado supera la intensidad permitida, evitando así que el bobinado se queme. La regulación de la intensidad se realiza a través de un tornillo que será igual a la intensidad nominal del motor en el arranque directo.

1. Plaquita de características. 2. Conmutador selector RESET manual/automático. 3. Tecla STOP. 4. Nº de pedido completo en el frontal del aparato. 5. Indicación del estado de conexión y función de prueba TEST. 6. Cubierta transparente precintable (para proteger el tornillo de ajuste de la intensidad, la función TEST y el posicionamiento de RESET manual/automático). 7. Tornillo de ajuste de la intensidad. 8. Borne de repeticiñon de bobina (con montaje a contactor). 9. Borne de repetición de contactos auxiliares (con montaje a contactor).

1 Protecciones contra sobretensiones, que se producen principalmente por rayos que caen y se propagan por la red eléctrica produciendo en momentos puntuales tensiones elevadas; para este tipo de protección se utilizarán los elementos de sobretensión.

2 Protección contra contactos directos e indirectos, que son los que se producen cuando se produce un fallo en el aislamiento del conductor o bien del receptor. Para este tipo de protección se utilizarán los interruptores diferenciales y las puestas a tierra.Interruptores diferenciales (protección contra contactos directos e indirectos)

Actividades

1. ¿Qué es el efecto Joule y qué tiene que ver con un interruptor magnetotérmico?

2. Explique el funcionamiento de un interruptor diferencial.

Aplicación práctica

Es necesario la instalación de un interruptor magnetotérmico para la protección de un motor trifásico que consume 10 A en régimen de funcionamiento normal y 11 veces esa intensidad en el momento de arranque. ¿Qué interruptor se montaría?

SOLUCIÓN

En primer lugar se elegirá el calibre, que en este caso será el de 10 A intensidad igual o superior al del motor a proteger.

En segundo lugar se elegirá la curva de disparo, que en este caso será la “D”.

1 Corriente del magnético: 20 × 10 = 200 A

2 Sobreintensidad admisible: 11 × 10 = 120 A

Al ser mayor la corriente del magnético que la sobreintensidad el interruptor magnetotérmico no saltaría y por lo tanto no se abriría el circuito y el motor se pondría en funcionamiento.

2.3. Tipos de circuitos que forman parte de un automatismo

Ahora que ya se tiene la red eléctrica protegida se pasará al funcionamiento eléctrico de una máquina más o menos automatizada, donde se tendrá que, dentro de un circuito eléctrico, se tienen que diferenciar dos tipos de circuitos:

1 Circuito de mando o maniobra, a través del que se realiza la automatización. Tienen baja intensidad y voltaje.

2 Circuito de fuerza, circuito mediante el que se realiza un trabajo y que es controlado por el circuito de mando.Q1: interruptor magnetotérmico tetrapolar KM1: contactor M1: motor

2.4. Tipos de automatización

La automatización consiste en el uso de máquinas que sean capaces de sustituir total o parcialmente la acción humana en determinadas tareas. Esta automatización puede ser: automatización eléctrica, automatismos electroneumáticos, automatismos electrohidráulicos y automatismos electrónicos.

Automatización eléctrica

En la automatización eléctrica, los dispositivos más importantes serían: sensores, mandos manuales, relés auxiliares, contactor, contactos auxiliares y temporizadores.

Sensores

Son aquellos elementos que detectan una variación de una señal física y la transmiten a una unidad central de control para que pueda ser gestionada.

Dentro de los sensores los hay de muchos tipos, de temperatura, de presión, de caudal, magnéticos, inductivos, ópticos, etc.

Mandos manuales

Los mandos manuales se utilizan para la puesta en marcha o parada de la secuencia de funcionamiento de la máquina.

Los pulsadores para la puesta en marcha suelen ser pulsadores “normalmente abiertos” (NA) y los pulsadores de paro suelen ser “normalmente cerrados” (NC), cuyos símbolos aparecen descritos en siguientes apartados del presente capítulo.

Aplicación práctica

Se necesita identificar los pulsadores de marcha y paro del siguiente circuito de mando y que queden reflejados en el esquema para las revisiones periódicas y posibles modificaciones. Identifique dichos elementos.

SOLUCIÓN

El primer pulsador corresponde a un pulsador de paro, ya que es del tipo NC y cuando se pulsa abre el circuito.

El segundo pulsador corresponde al pulsador de marcha, ya que es del tipo NA y cuando se pulsa cierra el circuito. Una vez se desactive el pulsador de marcha el circuito permanecerá cerrado por el contacto auxiliar perteneciente al relé KM.

Relés auxiliares

Son interruptores que se activan o desactivan (abren o cierran un circuito secundario) cuando son sometidos a una pequeña corriente eléctrica.

Relé auxiliar

Actividades

3. Dibuje el esquema de un relé auxiliar y explique su funcionamiento. Ponga algunos ejemplos de su uso.

Contactor

Es un elemento electromecánico mediante el que puede abrirse o cerrarse un circuito eléctrico, ya sea este circuito de mando o de potencia, permitiendo el paso o no de una corriente eléctrica para la alimentación de un receptor, como ejemplo, un motor.

El cierre de los contactos se produce cuando la bobina del contactor es excitada mediante una corriente eléctrica y comportándose como un electroimán.

Un contactor está formado por:

1 Contactos principales: bornes de entrada (1, 3, 5) y bornes de salida (2, 4, 6). La finalidad es de abrir o cerrar el circuito de fuerza o de potencia.

2 Contactos auxiliares: (13, 14) normalmente abierto (NA), o (11, 12) normalmente cerrado (NC) que son empleados en los circuitos de mando o maniobra. Al ser empleados en los circuitos de mando estos trabajan con intensidades pequeñas.

3 Circuito electromagnético: que acciona el mecanismo mediante el que se abren o cierran los contactos. Se distinguen tres partes:Núcleo o parte fija cuya forma es parecida a una “E”.La bobina con los bornes de entrada A1 y de salida A2.La armadura o parte móvil.

A la hora de seleccionar un contactor se deberán tener en cuenta los siguientes factores.

1 La tensión de funcionamiento de la bobina, que puede ser de corriente continua o alterna y con tensiones de 12, 24 o 220 V.

2 Número de maniobras previstas, ya que el arco eléctrico que se produce al abrir o cerrar el circuito va deteriorando el contactor.

3 Corriente de servicio, es decir, la intensidad a la que se verá sometido.

Una vez comentado esto, es de vital importancia la utilización de los catálogos de fabricantes de elementos eléctricos mediante los que se detallan las características técnicas de los diferentes modelos.

Contactor

Contactos auxiliares

Son unos módulos independientes utilizados en los contactores con el fin de disponer de un mayor número de contactos auxiliares.

Los contactos auxiliares podrán ser:

1 Normalmente abiertos (NA): a los que se les asignarán dos cifras en la que a la primera se le asignará el número de orden y la segunda deberá ser 3 y 4; por ejemplo 13 y 14 contactos en primer lugar, 23 y 24 en segundo lugar, etc.

2 Normalmente cerrados (NC): es igual que el caso anterior aunque la diferencia es que en este caso la segunda cifra deberá ser 1 y 2; por ejemplo 11 y 12 los primeros, 21 y 22 los segundos, 31 y 32 los terceros, etc.

Contactos auxiliares

Temporizadores

Son los elementos que actúan sobre el contacto retrasando la acción. En función de la temporización, estos pueden ser:

1 Con retardo a la conexión

2 Con retardo a la desconexión

En función de su diseño, estos pueden ser:

1 Neumáticos

2 Electrónicos

3 Térmicos

Temporizador

Aplicación práctica

Se va a modificar el proceso de fabricación de un producto y para ello es necesario la instalación de un nuevo motor con arranque directo y pulsadores de marcha y paro, lámpara de marcha (verde) y lámpara de paro por cortocircuito (roja). Realice el esquema eléctrico para la instalación de ese nuevo motor y explíquelo.

SOLUCIÓN

El esquema del arranque directo del motor sería:

En este esquema se podrán distinguir dos circuitos eléctricos:

1 Circuito de fuerza, situado a la izquierda, este circuito es alimentado por tres fases (L1, L2 y L3) inmediatamente después lleva un interruptor térmico, Q1, que va conectado a las entradas (bornes 1, 3 y 5) de un contactor (KM1) y de las salidas del contactor (bornes 2, 4 y 6) a las conexiones del motor.

2 Circuito de mando, situado a la derecha, que es alimentado por una fase y el neutro. En este circuito se encuentra un interruptor magnetotérmico, Q2, un pulsador de marcha, S2, (que es un contacto normalmente abierto) y pulsador de paro, S1, (que es un contacto normalmente cerrado), la bobina del contactor, KM1, dos contactos abiertos del contactor KM1, un contacto abierto y otro cerrado del interruptor magnetotérmico y dos lámparas, una verde (funcionamiento normal) y otra roja (interrupción térmica).

Explicación de funcionamiento:

Cerrando los interruptores magnetotérmicos, Q1 y Q2, se da al pulsador de marcha, S2, mediante el que se cierra el circuito, se activa la bobina del contactor, KM1, que autoalimenta y cierra los contactos del circuito de fuerza y enciende la lámpara verde. Para el paro del motor hay que pulsar el botón de paro, S1, que abre el circuito de mando, se desactiva la bobina del contactor, KM1, y se abren los contactos del circuito de fuerza, dejando al motor sin alimentación eléctrica.

En el caso de que un interruptor magnetotérmico se abriese y cortase el circuito, se cortaría el circuito de mando, se encendería la lámpara de salto térmico (roja) y el motor también se quedaría sin alimentación eléctrica.

Automatismos electroneumáticos

Son aquellos automatismos en los que se combinan la neumática y la electricidad. Dentro de este tipo de automatización se encuentra:

1 Compresor, que es el encargado de la compresión, para trabajar con aire a presión.

2 Sensores, siendo los más comunes los finales de carrera y los sensores de proximidad.

3 Electroválvulas o distribuidores, elementos que canalizan la presión del aire hacia los actuadores.

4 Actuadores, que son los elementos que realizan el trabajo, dentro de los más comunes serían los cilindros o pistones.

Actividades

4. En la instalación neumática de la imagen anterior, ¿por qué cree que es necesario la instalación de un acumulador? Justifique su respuesta.

Automatismos electrohidráulicos

Son muy similares a los anteriores pero, en lugar de utilizar como fluido el aire utilizan el aceite. Este tipo de automatización se suele emplear en máquinas que tienen que realizar grandes esfuerzos, como por ejemplo las prensas.

Automatismos electrónicos

Son aquellos que además de utilizar todos los elementos eléctricos pueden utilizar otros elementos como operadores lógicos, memorias, contadores (no programables) y autómatas programables (tienen que ser programados). Estos últimos son los automatismos electrónicos más usados.

Definición

Autómata programable

Es un equipo electrónico programable en lenguaje no informático y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambientes industriales los procesos secuenciales.

La estructura general de un autómata programable está basada en un microcontrolador o microprocesador dentro de las que se destaca:

1 Fuente de alimentación, donde se convierte la tensión de 220 V CA a CC de baja tensión (24 V), tensión con la que trabajan este tipo de circuitos electrónicos.

2 Unidad Central de Proceso (CPU), donde se interpretan las instrucciones programadas a raíz de la información generada en las entradas y salidas.

3 Memoria, ROM (Read Only Memory) que es solo de lectura y es donde se almacenan los datos y RAM (Random Access Memory) que es la memoria con la que trabaja el autómatas y en la que se guarda la información procedente de las entradas y salidas.

4 Entradas y salidas, las entradas son las que recogen la información del proceso (pulsadores, sensores, etc.) y una vez tratada la información está la manda a las salidas (relés, contactores, válvulas, etc.) para el control del proceso.

5 Terminales de programación, mediante los que se realiza la comunicación hombre-máquina.

6 Periféricos, que facilitan el control del proceso (impresoras, paneles de operador, etc.).

Actividades

5. Enumere 5 marcas de autómatas programables que existan actualmente en el mercado.

6. ¿Qué tipos de lenguajes de programación utilizan las 5 marcas de autómatas programables mencionadas anteriormente?

Aplicación práctica

Se va a automatizar un proceso industrial mediante la instalación de un autómata programable. Este proceso está formado por los siguientes elementos:

1 2 pulsadores

2 1 relé térmico

3 3 sensores de inductivos

4 3 motores eléctricos

5 2 pistones neumáticos

¿Cuántas entradas y salidas deberá tener el autómata a instalar?

SOLUCIÓN

Como anteriormente se ha dicho las entradas son aquellos elementos que recogen información del proceso y en este caso serían:

1 2 pulsadores

2 1 relé térmico

3 3 sensores inductivos

Por lo tanto, el autómata debería tener al menos 6 entradas.

Las salidas son aquellas que corresponden a los elementos que realizan el trabajo, que en este caso serían:

1 3 motores eléctricos

2 2 pistones neumáticos

Por lo tanto, el autómata deberá tener al menos 5 salidas.

Actividades

7. ¿En qué autómatas se utilizan los leguajes KOP, AWL y FUP?

8. Ponga un ejemplo de programación para cada lenguaje.

3. Mantenimiento predictivo

Por “predecir” se entiende la idea de conocer de antemano un hecho futuro, si dicho término se relaciona con el término “mantenimiento”, conservación de un elemento o situación en un buen estado, se obtiene el significado de mantenimiento predictivo que consiste en una serie de técnicas y operaciones que se adoptan para detectar una falla o problema en un elemento o instalación antes de que suceda, con el objeto de poder corregirla sin que se produzcan detecciones de producción, averías mayores, accidentes, etc.

Definición

Falla

Consiste en cualquier irregularidad que interfiere en el flujo normal de corriente, con lo que el sistema presenta un funcionamiento fuera de lo normal.

Actividades

9. Realice una búsqueda en internet sobre los tipos de fallas que existen y cuáles son sus casusas principales.

Las ventajas más importantes para este tipo de mantenimiento serían:

1 Las fallas, al ser detectadas en sus fases más tempranas se pueden planear con suficiente antelación las acciones correctivas (reparaciones) más oportunas mediante paros programados con el fin de garantizar una buena calidad en la reparación, así como, minimizar el efecto negativo de esta produce en la producción.

2 Permite seguir la evolución de la avería o falla a lo largo del tiempo, a partir de revisiones periódicas o rutinarias confeccionando un archivo histórico de averías para dicha máquina.

3 Aumenta el rendimiento del personal de mantenimiento, ya que su trabajo consiste en la realización de tareas programadas y no en trabajos imprevistos.

4 Facilita un estudio estadístico del sistema, facilitando los puntos de mejora.

Por otro lado las principales desventajas de este tipo de mantenimiento serían:

1 Es necesario una mayor formación del equipo de mantenimiento.

2 Alto coste de los elementos de instrumentación.

3 Pueden existir averías no detectadas por el programa de vigilancia predictiva, ya que no se pueden monitorizar todos los parámetros.

Las técnicas utilizadas en el mantenimiento predictivo consisten en medir la variación de alguna característica física o química de los elementos o máquinas. Por lo tanto existen técnicas como:

1 Análisis de temperatura mediante cámaras infrarrojas.

2 Análisis de motores eléctricos.

3 Análisis de vibraciones producidas por elementos mecánicos.

4 Análisis del estado de aceites y lubricantes.

5 Análisis mediante corrientes de Eddy.

6 Análisis mediante ultrasonidos.

7 Análisis mediante métodos humanos, como, la vista, el oído, olfato, etc.

8 Análisis mediante rayos X, etc.

En las siguientes tablas se exponen los indicadores de fallo y las técnicas más comúnmente utilizadas:

Este tipo de mantenimiento se suele aplicar en:

1 Máquinas rotativas, como motores y generadores eléctricos.Máquina rotativa (motor eléctrico)

2 Equipos estáticos, como los transformadores.Equipos estáticos

3 Aparamenta eléctrica, que comprende los elementos de maniobra, medida, regulación, protección, control así como los accesorios y canalizaciones utilizadas en las instalaciones eléctricas.Aparamenta eléctrica

4 Instrumentación eléctrica o electrónica, que son los elementos que se suelen usar en las mediciones, como sensores, acondicionadores, etc.Sensores

Actividades

10. En una tarea programada dentro del plan predictivo es necesario la revisión de un automatismo eléctrico convencional de un arranque directo mediante pulsadores marcha/paro de un motor trifásico. Estando la instalación parada, ¿qué elementos de la instalación revisaría? ¿Por qué?

Ya establecidas las bases del mantenimiento predictivo se pasará ahora a su establecimiento. Como este tipo de mantenimiento se basa en una valoración periódica de una serie de parámetros de control, es necesario la manipulación y gestión de una gran cantidad de datos, por lo que será preciso la utilización de:

1 Medios físicos (hardware), que serán aquellos instrumentos que realizan la captura y registro de datos.

2 Medios de gestión (software), formados por los programas informáticos a través de los que se gestiona la información obtenida creando informes, gráficos, etc.

3 Medios humanos, que comprende al equipo de mantenimiento capaz de realizar las tareas de inspección rutinarias además de su programación en función de los datos obtenidos y los objetivos previstos.

Una vez que se tienen los medios necesarios para su establecimiento se pasará ahora a su implantación, lo que implica:

1 Revisiones y medidas periódicas.

2 Registro de datos en el sistema informático.

3 Criterios y valoraciones sobre un funcionamiento anómalo.

4 Análisis de las anomalías detectadas, que comprende la realización de un historial de actuaciones (acciones de mantenimiento y averías) así como un análisis de los datos generados.

4. Mantenimiento preventivo. Procedimientos establecidos

El mantenimiento preventivo se puede definir como una serie de actuaciones realizadas por el equipo de mantenimiento con en el fin de conservar y mantener el buen funcionamiento de las máquinas e instalaciones. Por lo tanto, se puede decir que su principal objetivo es el de detectar y solucionar pequeñas anomalías en las instalaciones antes de que estas produzcan averías importantes.

Este mantenimiento preventivo podrá evolucionar dando lugar al mantenimiento predictivo del que se ha hablado en el apartado anterior.

Las principales ventajas de este tipo de mantenimiento serían:

1 Conocimiento del estado de funcionamiento de las instalaciones.

2 Mejora de las condiciones de seguridad laborales.

3 Aumento de la vida útil de las instalaciones.

4 Mayor rendimiento de trabajadores y máquinas debido a la eliminación de tiempos muertos.

5 Disminución en los costes de reparación de averías.

Los principales inconvenientes serían:

1 Los elementos son cambiados antes de que estos lleguen a su vida útil completa.

2 Si no se realiza una buena programación de operaciones y con una frecuencia óptima, con este tipo de mantenimiento se pueden aumentar los costes, así como la disminución del rendimiento de las máquinas o instalaciones.

El campo de aplicación para este tipo de mantenimiento sería:

1 Elementos mecánicos y electromecánicos sometidos a desgaste.

2 Elementos en los que está muy ligado el fallo con la vida del elemento y por lo tanto se conoce con antelación cuando este entrará en fallo.

Actividades

11. Realice una búsqueda a través de internet sobre cuál es la vida útil de un contactor y comente en función de qué se calcula.

Para que un mantenimiento preventivo sea efectivo deberá seguir los siguientes pasos:

1 Saber los objetivos del trabajo.

2 Conocer el programa de mantenimiento preventivo y predictivo.

3 Seleccionar los equipos para realizar el mantenimiento.

4 Recoger información de los equipos susceptibles de mantenimiento (historial).

5 Estudio de la información obtenida.

6 Estudio de los métodos de trabajo así de cómo las desviaciones de las operaciones de mantenimiento.

7 Análisis y conclusiones de las operaciones de mantenimiento realizadas.

8 Desarrollo del mantenimiento predictivo.

9 Presentación de propuestas de mejora.

10 Estudio de propuestas de mejora y posibilidad de nueva frecuencia del mantenimiento preventivo.

11 Estudio y análisis de los resultados.

12 Actualización del programa de mantenimiento.

A continuación, se expone un ejemplo del procedimiento a seguir en un mantenimiento preventivo:

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (1/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (2/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (3/4)

Ejemplo de procedimiento de mantenimiento preventivo (4/4)

5. Sustitución de elementos en función de su vida media

Conocer la vida útil de un producto es de gran importancia para todos los sectores de la industria. Dentro de estos elementos se pueden distinguir dos grupos:

1 Elementos que sufren desgastes mecánicos, cuya vida útil se calcula, o bien, en función del número de conmutaciones, o bien, en función de su rendimiento. Siendo:λ (t): probabilidad de avería, consiste en la medición del riesgo de avería que tiene un elemento bajo la condición de funcionamiento.B10: consiste en un valor de carácter estadístico en función del número de ciclos y sabiendo que el 10 % de las piezas han superado los valores límites de conmutaciones, presión, fugas, etc.

2 Elementos electrónicos, que se calcula en horas de funcionamiento o años.

La vida de cualquier elemento o equipo la se podrá dividir en tres partes fundamentales:

1 Zona de mortandad o juventud, son aquellas en las que la avería del elemento se produce al poco tiempo de la puesta en marcha de dicho elemento. Los motivos fundamentales del fallo serían fundamentalmente:Defectos de diseñoDefectos de montaje o fabricaciónDefectos de puesta a puntoSegún la gráfica siguiente esta zona se corresponde a la Zona I, donde los elementos fallan normalmente por defectos de fabricación, por lo tanto las averías van disminuyendo con el tiempo. Normalmente algunos fabricantes someten a los componentes a una serie de procesos, desechando los componentes defectuosos y suministrando el elemento, ya dentro de su vida útil.

2 Zona de vida útil o madurez, este es el periodo de tiempo de más larga duración, que corresponde a la Zona II del gráfico, y donde se realizan los estudios de fiabilidad de los distintos elementos, para que estos puedan ser reemplazados antes de que pasen al periodo de envejecimiento.

3 Envejecimiento, que sería la Zona 3, y que corresponde al periodo de tiempo en el que se da el agotamiento del elemento. En este periodo de tiempo el elemento está deteriorado y produce fallos de forma constante, por lo que la curva asciende, hasta un punto el que el mantenimiento se encarece mucho.

En el siguiente gráfico “Curva de Bañera” se representan la tasa de fallos de un elemento o sistema en función del tiempo. La curva representada aquí en la convencional, ya que existen seis tipos diferentes en función de los elementos.

Aplicación práctica

En función de la recta de vida útil que aparece en la siguiente imagen, ¿cuál sería la probabilidad de avería de un elemento electrónico que ha realizado 22 millones de ciclos? Justifique la respuesta.

SOLUCIÓN

Para el componente electrónico que ha realizado unos 22 millones de ciclos, la probabilidad de avería es del 70 %. Por lo que dependiendo de la importancia del proceso sería necesario la sustitución o no del elemento en cuestión.

Otra forma sería midiendo la fiabilidad, esta se realiza calculando el tiempo medio entre los ciclos de mantenimiento o entre dos fallos consecutivos (Mean Time Between Failures MTBF).

Se supone que se tiene un elemento con “N” componentes funcionando un tiempo “T”, durante el cual han fallado varios componentes, entonces el componente i-ésimo ha tenido n-averías (n_i) por lo que se tiene que:

Siendo el coeficiente MTBF:

Otro parámetro sería el “Tiempo medio hasta la avería (MTTF)”, mediante el que se podrá saber la calidad de funcionamiento de un sistema. Viene determinado por la fórmula:

6. Mantenimiento preventivo de armarios y cuadros de mando y control

Como se habló anteriormente en este capítulo, dentro del mantenimiento, están las labores del montaje y puesta en marcha de las instalaciones eléctricas. Estas instalaciones suelen estar formadas por:

1 Los cuadros eléctricos, encargados de distribuir y controlar la energía eléctrica.

2 Los conductores, encargados del transporte.

3 Los motores, encargados de consumirla.

Este apartado se centrará en los cuadros eléctricos y envolventes.

6.1. Cuadros eléctricos

Es de vital importancia que el personal de mantenimiento conozca perfectamente las características técnicas de estos, así como de todos los elementos que los componen y forman parte.

Por lo tanto, para la correcta elección e instalación será necesario un buen manejo de las fichas técnicas y catálogos de cuadros eléctricos.

Los cuadros eléctricos se pueden clasificar dependiendo de los materiales con los que se han construido, de su funcionalidad, o bien, por la aplicación a la que se destina:

1 Materiales de construcción:Metálicos, de chapa de acero.Aislantes, de fibra de poliéster con fibra de vidrio.

2 Funcionalidad:Monomodulares, no existe la posibilidad de expansión.Cuadro monomodularMultimodulares, que permiten la ampliación mediante el acoplamiento de módulos similares.Enchufables, en los que las unidades funcionales se pueden conectar y desconectar con facilidad del cuadro principal.

3 Aplicación:Cuadros de distribución, donde se encuentran los elementos de protección y además distribuyen la energía eléctrica.Cuadros de máquina, donde se encuentran los elementos de protección, control y maniobra de la máquina.Cuadro de máquina

Otro aspecto importante referente a los cuadros eléctricos es el grado de protección que estos deben tener en función del ambiente en el que se vayan a instalar.

El grado de protección IP (International Protection) especifica los diferentes tipos de protección en función de una serie de códigos numéricos. Este código lleva en primer lugar las siglas IP seguidas de un guión y dos dígitos, (IP-X1 X₂), el primer dígito X1 corresponde a la protección contra el polvo y el segundo X₂ a la protección contra el agua.

Como norma general, se puede decir, que cuanto mayor es el grado de protección IP mayor es la protección.

Actividades

12. ¿Qué grado de protección debería tener un cuadro eléctrico situado en el exterior y por donde es frecuente el paso de camiones por un camino no asfaltado?

6.2. Accesorios de los cuadros eléctricos

Una vez se conocen los distintos tipos de cuadros y sus protecciones, es necesario dotarlos a estos de una serie de accesorios con el fin de poder instalar los distintos elementos eléctricos, para ello se tiene:

1 Carriles DIN, que son barras normalizadas utilizadas en la fijación de elementos y bornas en dentro del cuadro. Suelen estar fabricados de acero laminado de 35 mm de ancho, aunque también pueden ser de aluminio y de acero inoxidable.Carriles DIN sobre el que se le han montado relés y bornas

2 Placas pasacables, que están localizados en los laterales del cuadro con el fin de facilitar el paso de tubos y canaletas que provienen del exterior.

3 Obturadores, que permiten tapar los huecos existentes mejorando la seguridad, la estética y el grado IP.

4 Placa, que suelen utilizarse como fondo de armario y en donde se suelen instalar algunos elementos.

5 Armadura y revestimiento, las armaduras son utilizadas para grandes armarios, son desmontables con el fin de facilitar su transporte e instalación. Sobre estas armaduras se deben poder fijar los distintos elementos ni la necesidad de paredes. El revestimiento consiste en el acoplamiento de paneles que se encargarán de cubrir la armadura.

Nota

Los rack son unidades extraíbles y se utilizan para alojar los elementos electrónicos e informáticos.

6.3. Elementos de conexión en cuadros eléctricos

Se pasará ahora al montaje de los cuadros eléctricos, en los que los elementos más comunes son los que se describen a continuación.

Regletero

Regletero es la zona donde se encuentran los bornes de conexión.

Borna

Es el punto de conexión entre la instalación eléctrica del cuadro y la que se encuentra en el exterior.

La colocación de la borna deberá ser con la pestaña hacia arriba para facilitar su conexión o mantenimiento.

Debido a la gran variedad en las instalaciones y montaje de cuadros, las características de las bornas dependerán de lo que se quiera conectar. Por lo que se tienen bornas de varios colores, para poder diferenciar circuitos o puestas de tierra, también existen otros accesorios como peines, que se utilizan para conectar varios elementos a la vez.

A la hora del montaje de las bornas hay una serie de puntos a tener en cuenta:

1 La pestaña de manipulación se colocará del lado del cliente.

2 La borna del neutro se colocarán ordenadamente según se hayan instalado anteriormente en los elementos de protección.

3 La bornas no serán deformadas por un exceso de apriete.

4 Las bornas de potencia deberán estar separadas por pantallas aislantes.

5 La bornas deberán tener al menos el mismo calibre al correspondiente térmico de protección.

Actividades

13. ¿Qué es un terminal y para qué se utiliza?

14. Realice un dibujo con los diferentes tipos de terminales eléctricos.

Se deberán identificar las bornas para tanto en el plano de montaje como en el mismo cuadro, con el fin de facilitar su montaje y mantenimiento. Esta identificación se realizará con etiquetas de plástico en las que se observa un código del tipo Xn, donde “X” indica que es una borna y el término “n” indica el número que hace en el cuadro.

Nota

Las entradas de las fases en los contactores y guardamotores serán numeradas con 1, 3 y 5.

Las salidas se numerarán con 2, 4 y 6.

Canaletas

Estos elementos se utilizan para conducir los conductores (<10 mm²) por el interior del cuadro. La fijación de estos elementos al cuadro se realiza mediante remaches o tornillos.

6.4. Climatización de cuadros eléctricos

Otro aspecto importante en la instalación y mantenimiento de un cuadro eléctrico consiste en la climatización del mismo, puesto que todos los componentes eléctricos deben estar a una temperatura adecuada, ya que tanto un exceso de temperatura provoca un sobrecalentamiento de los elementos que tiene como consecuencia su deterioro y posterior destrucción.

Por otro lado, con temperaturas bajas se pueden producir condensaciones de agua con lo que afectaría negativamente a todo el cuadro eléctrico.

La regulación de temperatura puede ser de forma natural, o bien, forzada:

1 Ventilación natural: consiste en la incorporación de elementos pasivos en las paredes del cuadro, que suelen ser ventanas o rejillas, y permitan el paso de aire refrigerándolo por medios naturales (corrientes de convección). Este sistema es el más barato, ya que no conlleva costes adicionales.

2 Ventilación forzada: hace referencia cuando la ventilación natural no es suficiente, y para ello se utilizan elementos activos como ventiladores (bajar la temperatura) y calefactores (aumentar la temperatura).

También a la hora del montaje es necesario considerar las perturbaciones electromagnéticas producidas por la circulación de corriente eléctrica por los conductores.

Estas perturbaciones afectan principalmente a los elementos electrónicos, ya que la información que recibe de los sensores exteriores puede ser errónea y por lo tanto provoca un mal funcionamiento de la máquina o instalación.

Para evitar este tipo de defecto de instalación será necesario:

1 Conectar todas las partes metálicas y crear una masa de referencia.

2 La entrada de cables se realizará mediante bandejas o tubos metálicos, separando los circuitos de mando y potencia.

3 Los elementos de potencia y de control deberán estar separados por una chapa metálica.