Miguel a Rodriguez Galindo Memoria Final
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ESTADIA
Transcript of Miguel a Rodriguez Galindo Memoria Final
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CAMPECHE
MEMORIA DE ESTADÍA PROFESIONAL
ADQUISICIÓN DE AISLAMIENTO EN TIEMPO REAL CON
APLICACIÓN A MOTORES INDUSTRIALES
REALIZADA EN LA EMPRESA:
GRUPO MEXSUR, S.A DE C.V.
QUE PRESENTA:
MIGUEL ÁNGEL RODRÍGUEZ GALINDO
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
GENERACIÓN:
2014-2016
San Antonio Cárdenas, Carmen, Campeche. Mayo de 2016
II
AGRADECIMIENTOS
A mis padres:
A mis padres por haberme apoyado a alcanzar esta gran meta y poder terminar un
nivel más de estudio. A ellos por brindarme lo necesario para que este logro fuese
posible.
A mi Familia:
Por contribuir de igual manera y que siempre estuvieron apoyándome en las buenas y
en las malas, quienes han creído en mí y que nunca me dejaron solo cuando más los
necesitaba, por el gran apoyo que me brindaron en el transcurso de toda mi carrera.
A Dios:
Por darme la oportunidad de poder alcanzar un logro más en mi vida, esperando a que
lleguen muchos más y poder disfrutar cada triunfo en compañía de mis seres queridos.
III
DATOS GENERALES DEL ALUMNO
ALUMNO:
MIGUEL ÁNGEL RODRÍGUEZ GALINDO
MATRÍCULA:
4210010569
DIRECCIÓN Y TELÉFONO:
CALLE URANO MZ. 2 LT. 17, COL. TIERRA Y LIBERTAD ENTRE MARTE Y
JÚPITER, CD. DEL CARMEN, CAMP.
TEL: (938) 152 00 55
FECHA DE INICIO Y TERMINACIÓN DE ESTADÍA:
18 DE ENERO AL 05 DE MARZO
ASESOR ACADÉMICO:
ING. FELIPE DE JESÚS CABRERA ARMAS
ASESOR EMPRESARIAL:
C.P. ANTONIO CRUZ HERNÁNDEZ
CARGO DEL ASESOR EMPRESARIAL:
GERENTE GENERAL
IV
ÍNDICE
Pág.
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... V
LISTA DE TABLAS.................................................................................................... VI
1. INTRODUCCIÓN..................................................................................................... 1
DATOS GENERALES DE LA EMPRESA ................................................................ 1
PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ........................................ 3
2. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVO .............................................................................. 4
JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 4
OBJETIVO ............................................................................................................... 5
VIABILIDAD DEL PROYECTO ................................................................................ 6
3. DESARROLLO TEÓRICO ...................................................................................... 8
3.1. MARCO DE REFERENCIA .............................................................................. 8
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION .................................................................. 14
Alcance .................................................................................................................. 14
Metodología ........................................................................................................... 15
3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO .................................................................. 20
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 45
5. FUENTES DE INFORMACIÓN ............................................................................. 46
ANEXOS ................................................................................................................... 47
V
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Megger. ........................................................................................................ 8
Figura 2. Tarjeta adquisición de datos MyDaq. ........................................................... 9
Figura 3. Logo del programa del LabVIEW. .............................................................. 11
Figura 4. HMI Human Machine Interface, (HMI) ........................................................ 12
Figura 5: Motor Eléctrico ........................................................................................... 13
Figura 6. Datos de placa. .......................................................................................... 16
Figura 7. Clase de aislamiento. ................................................................................. 17
Figura 8. HMI Siemens .............................................................................................. 19
Figura 9. Medición de Aislamiento. .......................................................................... 21
Figura 10. Interpretación de los datos ....................................................................... 23
Figura 11. Tabla DE IEC 60085-01. .......................................................................... 24
Figura 12. PI y AD. .................................................................................................... 25
Figura 13. Gráfica de escalón de voltaje. .................................................................. 26
Figura 14. Pérdida de fase. ....................................................................................... 28
Figura 15. Corto por voltaje. ...................................................................................... 29
Figura 16. Factor de reducción de potencia. ............................................................. 30
Figura 17. Armónicas.7 ............................................................................................. 31
Figura 18. Clasificación de armónicas. ...................................................................... 32
Figura 19. Medición de aislamiento. .......................................................................... 33
Figura 20. Desbalance inductivo. .............................................................................. 35
Figura 21. Excentricidad estática. ............................................................................. 36
Figura 22. Excentricidad dinámica. .......................................................................... 36
Figura 23. LabVIEW. ................................................................................................. 37
Figura 24. Vista de programación. ............................................................................ 38
Figura 25. DAQ Assistant. ......................................................................................... 38
Figura 26. Vista de programación. ............................................................................ 39
Figura 27. Diagrama de conexiones. ......................................................................... 39
Figura 28. Código fuente ........................................................................................... 40
Figura 29. Análisis de aislamiento. ............................................................................ 42
VI
Figura 30. Elaboración propia. .................................................................................. 43
Figura 31. Pantalla de programación. ....................................................................... 47
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Cotizaciones……………………………………………………………………... 7 Tabla 2. Cronograma de actividades……………………………………………………. 14 Tabla 3. Resultado de aislamiento......………………………………………………….. 33
1
1. INTRODUCCIÓN
DATOS GENERALES DE LA EMPRESA
Grupo Mexsur S.A. de C.V., es una empresa privada 100% mexicana que brinda
soluciones a la industria petrolera, naviera y privada, con sede en Ciudad del Carmen,
Campeche, ubicada en la colonia Solidaridad Urbana, calle Biólogo No. 52, C.P.
24155; así mismo la empresa cuenta con dos departamentos, área de proyectos y área
de servicio, las cuales, en conjunto, son encargadas de brindar servicio a la industria
en los siguientes servicios:
Mantenimiento predictivo (análisis de vibración, termografía y ultrasonido).
Mantenimiento preventivo y correctivo a generadores y motores eléctricos,
instalación de equipo eléctrico y mantenimiento a tableros eléctricos.
Automatización y control industrial: Diseño y desarrollo de ingeniería, sistemas
fijos de monitoreo y adquisición de datos, control inteligente (Visión ahorro de
energía), HMI, Scada, instrumentación virtual y automatización.
La misión de Grupo Mexsur es ser un proveedor que brinda soluciones integrales, el
cual utiliza equipos de alta tecnología en automatización y control industrial,
adquisición de datos, termografía, análisis de vibración, mantenimiento eléctrico y
calidad de la energía, estos servicios serán proporcionados a la industria nacional y
extranjera en el área de plataformas marinas y a las navieras. Así mismo, parte de ésta
misión es dar a los empleados capacitación continua en los equipos que se utilizan y
de nueva tecnología para estar siempre a la vanguardia y así lograr el crecimiento de
la empresa y empleados con el objetivo de ser una empresa socialmente responsable.
2
La visión de la empresa Mexsur es colocarse como líder en su rama ofreciendo servicio
de calidad para satisfacer las necesidades y requerimientos de los clientes, en
automatización y control industrial, adquisición de datos, termografía, análisis de
vibración, mantenimiento eléctrico y calidad de la energía. De igual manera se busca
contar con el personal altamente capacitado que trabaje en equipos en nuevas
tecnologías y así garantizar la rentabilidad del servicio, así como impulsar y participar
en la información, motivación y desarrollo del personal en el ámbito moral e intelectual.
Valores
Responsabilidad. Realizar el trabajo a la primera vez, en tiempo, forma y calidad,
respetando las políticas establecida de la empresa y la de los clientes y proveedores.
Respeto. Saber escuchar y guardar en todo momento la debida consideración a la
dignidad humana y a su entorno.
Ética. Obediencia y responsabilidad para las obligaciones.
Honestidad. Ser transparente y congruente con los actos y el uso adecuado de los
recursos.
Lealtad. Formar un grupo de personas en donde prevalezca el respeto a los valores
éticos y organización de la empresa.
Confianza. Desempeñar con exactitud, puntualidad y fidelidad para fortalecer el
ambiente laboral.
Educación. Impulsar la participación en la formación, motivación y desarrollo del
personal en el ámbito moral e intelectual.
Trabajo en equipo. Compartir conocimientos y habilidades, contribuyendo a la mejora
del proceso de la empresa.
Innovación. Aportación de nuevas formas de trabajo para mejora continua de los
procesos ya que está convencido de que siempre hay una mejor manera de hacer las
cosas.
3
PLANTEAMIENTO Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
En la industria petrolera el servicio de prueba de aislamiento es un factor muy
importante para plataformas y embarcaciones, ya estés servicio entra entre unas de la
28 recomendaciones que plantea PEMEX (Petróleo Mexicano). GRUPO MEXSUR es
el encargado de realizar dicha prueba planteada por PEMEX, es por eso que este
servicio es realizado a los motores eléctricos y generadores arriba de 50 HP.
Dicho servicio se debe realizar cada 3 meses esto con la finalidad de tener un control
de los equipos para que estando en el área no presente algún problema, debido a que
la fechas estipuladas para realizar el servicio no se realizan en tiempo no es posible
llevar un control estable de acuerdo a las reglas establecida, por lo consiguiente
siempre hay que esperar a que la embarcación toque puerto esperando un motivo para
poder arribar siendo el caso como el mal tiempo, mantenimiento a la embarcación o
suministro de material.
Es por esto que surge la necesidad de implementar un sistema con el mismo
funcionamiento del equipo que realiza la prueba, implementándolo de tal manera que
se pueda monitorear los equipos las 24 horas del día y así mismo poder llevar un
control de los datos.
El sistema contará con la máxima confiablidad de manejo, ya que cualquier operario
tendrá la capacidad de poder manipularlo debido a que solo se tendrán que ajustar los
valores de voltaje a inducir en el equipo y poder tomar el tiempo estimado para realizar
dicha prueba.
Al implementar este sistema ambas partes serán beneficiadas la empresa GRUPO
MEXSUR estará vendiendo la implementación de nueva tecnología y por parte de
embarcaciones y plataforma contarán con una nueva implementación de servicio el
cual le será posible eliminar en problema en cuestión de los tiempo de la elaboración.
4
2. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVO
JUSTIFICACIÓN
En el sector industrial el proceso de realizar una adquisición de datos de aislamiento
a motores y generadores, puede llegar a ser muy limitante debido a que ocasiona una
gran pérdida de tiempo laboral y una inversión de servicios innecesarios en el área, es
por eso que la industria se ve en la necesidad de minimizar el tiempo muerto y el
recurso económico que conlleva, el cual puede ser utilizado para resolver otras
necesidades de la empresa.
El proceso de realizar un diagnóstico a un motor y generador en la industria, consiste
en tener instrumentado el motor por medio de sensores, los cuales indicarán el
momento oportuno para llevar acabo la prueba de aislamiento; una vez obtenidos esos
datos, se continúa con el procesamiento de los mismos, los cuales permiten
caracterizar el motor y comprender su funcionamiento por medio de gráficas y tablas
de datos, por medio de los cuales finalmente se puede realizar un diagnóstico oportuno
de las posibles fallas que presente el motor.
La mejor manera para optimizar el tiempo y la inversión que se requiere al contratar
un especialista, es diseñar un software que le sirva de soporte al momento de realizar
la obtención de datos en tiempo real, de igual manera se pretende beneficiar al
departamento de servicios ya que le será de gran ayuda a dar un diagnóstico favorable.
Este proyecto tiene un gran alcance en el ámbito industrial ya que se estará
solucionando una necesidad real presente en el sector de la industria.
La industria petrolera necesita implementar un monitoreo de aislamiento que opere
bajo un sistema del dominio público que sea fácil de manipular para un operario, es
decir tener un programa diseñado en una Interfaz Hombre-Máquina (HMI), en la cual
se esté reflejando el monitoreo del aislamiento y a su vez sea más fácil de manejar
para el operario.
5
La empresa al contar con este nuevo programa estará obteniendo un gran alcance ya
que de esta forma brindará un servicio de mejor calidad hacia la industria. Este
proyecto no solo pretende beneficiar al sector productivo local, sino que también se
pretende que incremente el alcance de la empresa a nivel nacional al aplicarlo en
distintas áreas.
OBJETIVO
Objetivo general:
Diseñar un software en LabVIEW que permita visualizar el monitoreo del aislamiento
de los motores y generadores industriales, para facilitar el proceso de obtención de los
datos en tiempo real, mediante la implementación de una tarjeta de adquisición de dato
(MyDaq).
Objetivos específicos:
1. Identificar las normas utilizadas para realizar la prueba de aislamiento y tipo de
voltaje a inducir en el equipo de acuerdo a su capacidad de operación.
2. Diseñar un programa en LabVIEW que tenga la capacidad de inducir voltajes y
medir las señales con la tarjeta adquisición de datos (MyDaq) de acuerdo a las
características de cada uno de los equipos correspondientes.
3. Comparar los datos del motor por medio de gráficas obtenidas por los sensores con
los datos de funcionamiento óptimos requeridos por el fabricante, para poder
diagnosticar posibles fallas en los motores.
4. Diseñar una interfaz gráfica través de una Interfaz Hombre-Máquina (HMI) que
permita monitorear las condiciones de los equipos a medir.
6
VIABILIDAD DEL PROYECTO
Viabilidad técnica
El motor que se utilizó es de 440 v de WEG, una computadora, una tarjeta de
adquisición de datos de National Instruments, el entorno de programación LabVIEW,
el software de código.
El motor se utilizó para realizar las pruebas necesarias de índice de polarización,
adsorción dieléctrica y prueba de aislamiento.
LabVIEW se utilizó para realizar la programación de la tarjeta de adquisición para así
mismos poder simular los voltajes de prueba.
Viabilidad operativa
Debido al tipo de tarjeta de adquisición que se utiliza previamente el personal no debe
modificar la interfaz del código, el personal a cargo solo debe verificar los valores leídos
en la interfaz y verificar que los valores leídos sean los correctos.
Para la elaboración del programa no se necesita más personal, solo el programador el
cual se encargará de diseñar el programa y establece las salidas y entradas de la
tarjeta a utilizar.
Viabilidad económica
En este apartado se estiman los precios de los materiales a utilizar en el proyecto,
Con ayuda de cotizaciones en el mercado se presenta un precio real de cada uno de
los componentes a utilizar en la implementación del proyecto.
7
En la tabla 1 se muestra los precios de los materiales a utilizar para el desarrollo del
sistema.
COTIZACIÒN
Material Unidad Precio unitario Cantidad Subtotal
MyDaq Unidad $ 2738.73 01 $ 2738.73
Licencia
LabVIEW
$ 28,199.90
01
$ 28,199.90
HMI $ 12,236.86 01 $ 12,236.86
TOTAL
$ 43,175.49
Tabla 1. Cotización.
Fuente: (Elaboración propia, 2016)
8
3. DESARROLLO TEÓRICO
3.1. MARCO DE REFERENCIA
Megger
El Megger o Megohmetro, es un instrumento que sirve para medir la resistencia de
aislamiento de: cables y bobinados; puede ser respecto a tierra o entre fases, con el
Megger también podrá hallar el índice de polarización.
La tensión que aplicará para medir el nivel de aislamiento es poniendo 500 volts para
motores que operan por debajo de los 1000 volts (esto incluye los de 380V, 440V,
480V, etc.) ya sean nuevos o en servicio. El valor en mega-Ohmios se observará
después de 1 minuto. Las normas a seguir son EASA o IEEE (MYG.la, 2016).
Figura 1. Megger. Fuente: (Fluke, 2014)
Instrumentos de medición
NI MyDaq es una tarjeta de adquisición de datos portátil de bajo costo (DAQ) este
Dispositivo utiliza la plataforma NI LabVIEW basado en los instrumentos de software,
permitiendo a los estudiantes medir y analizar las señales del mundo real.
9
NI MyDaq es ideal para explorar electrónica y tomar medidas de sensores, Combinado
con NI LabVIEW en el PC, los estudiantes pueden analizar y procesar las señales
adquiridas y mantener control de procesos sencillos en cualquier momento y lugar.
Figura 2. Tarjeta adquisición de datos MyDaq. Fuente: (National Instruments, 2012)
NI MyDaq proporciona entradas analógicas (AI), salidas analógicas (AO), entradas y
salidas digitales (DIO), de audio, fuentes de alimentación, y un multímetro digital
(DMM) funciones en un compacto dispositivo USB.
Entrada Analógica (AI)
Hay dos canales de entrada analógica de NI MyDaq. Estos canales pueden
configurarse como tensión diferencial de uso general de alta impedancia de entrada o
de entrada de audio. Las entradas analógicas son multiplexadas, es decir, una sola
convierte de analógico al digital (ADC) se utiliza para probar los dos canales.
En Modo de uso general, puede llegar a medir hasta ± 10 V señales. En modo audio,
los dos canales izquierdo y derecho representan entradas estéreo de nivel de línea.
Las entradas analógicas se pueden medir hasta 200 kS / s por canal, por lo que son
útiles para la adquisición de forma de onda. Las entradas analógicas se utilizan en el
Osciloscopio NI ELVISmx, el analizador de señal dinámica, y el Analizador de Bode.
10
Salida Analógica (AO)
Hay dos canales de salidas analógicas del NI MyDaq. Estos canales pueden
configurarse como la tensión de salida de propósito general o de salida de audio.
Ambos canales tienen un convertidor digital dedicado a analógico (DAC), por lo que
puede actualizar de forma simultánea. En el modo de uso general, puede generar
hasta ± 10 V de señales. En el modo de audio, se pueden usar los dos canales de
salidas estéreo de la izquierda y la derecha.
Las salidas analógicas se puede utilizar en hasta 200 kS / s por canal, lo que los hace
útiles para la generación de forma de onda. Las salidas analógicas se utilizan en los
instrumentos NI ELVISmx generador de funciones, generador de forma de onda
arbitraria, y Analizador de Bode.
LabVIEW
Es una plataforma de programación gráfica que ayuda a ingenieros a escalar desde el
diseño hasta pruebas y desde sistemas pequeños hasta grandes sistemas. Ofrece
integración sin precedentes con software legado existente, IP y hardware al
aprovechar las últimas tecnologías de cómputo. Además ofrece herramientas para
resolver los problemas de hoy en día y la capacidad para la futura innovación, más
rápido y de manera más eficiente.
LabVIEW es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñar sistemas, con un
lenguaje de programación visual gráfico. Recomendado para sistemas hardware y
software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido, pues acelera la
productividad.
11
El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico.
(National Instruments, 2011)
Figura 3. Logo del programa del LabVIEW. Fuente: (National Instruments, 2012)
Los ingenieros han aprovechado los paquetes de software para personalizar sistemas
de medidas de RF y reducir los costos en comparación con los instrumentos
tradicionales. Este enfoque no solamente ofrece flexibilidad, también brinda a los
ingenieros de pruebas la habilidad de aprovechar el rendimiento proporcionado por la
tecnología más reciente de PC, CPU y bus.
Interfaz HMI
Significa “Human Machine Interface”, es decir es el dispositivo o sistema que permite
el interfaz entre la persona y la máquina. Tradicionalmente estos sistemas consistían
en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos,
indicadores digitales y análogos.
El término interfaz de usuario se define como "todas las partes de un sistema
interactivo (software o hardware) que proporcionan la información y el control
necesarios para que el usuario lleve a cabo una tarea con el sistema interactivo".
12
La interfaz de usuario / interfaz hombre-máquina (HMI) es el punto de acción en que
un hombre entra en contacto con una máquina.
En la actualidad, dado que las máquinas y procesos en general están implementadas
con controladores y otros dispositivos electrónicos que dejan disponibles puertas de
comunicación, es posible contar con sistemas de HMI más poderosos y eficaces,
además de permitir una conexión más. (DLI Engineering, 2009)
Figura 4. HMI Human Machine Interface, (HMI) Fuente: (National Instruments, 2012)
La HMI es un sistema que se crea mediante un software de programación para que el
usuario interactúe con este, ya sea desde el programa o de un monitor externo
conocidos como paneles.
De esta manera se tiene una mejor visualización de todo el sistema y en caso de fallas
es más fácil detectarlas y aplicar un protocolo de corrección, previniendo accidentes
o detención del proceso lo que podría conllevar a pérdidas económicas muy grandes.
13
Motor eléctrico
El motor eléctrico es la máquina destinada a transformar energía eléctrica en energía
mecánica. El motor de inducción es el más usado de todos los tipos de motores, ya
que combina las ventajas de la utilización de energía eléctrica - bajo costo, facilidad
de transporte, limpieza, simplicidad de comando - con su construcción simple y su gran
versatilidad de adaptación a las cargas de los más diversos tipos y mejores
rendimientos. Los tipos más comunes de motores eléctricos son:
Figura 5: Motor Eléctrico Fuente: (WEG, 2012)
a) Motores de corriente continua Son motores de costo más elevado y, además de
eso, precisan una fuente de corriente continua, o un dispositivo que convierta la
corriente alterna común en continua. Pueden funcionar con velocidad ajustable, entre
amplios límites y se prestan a controles de gran flexibilidad y precisión. Por eso, su
uso es restricto a casos especiales en que estas exigencias compensan el costo
mucho más alto de la instalación y del mantenimiento.
b) Motores de corriente alterna Son los más utilizados, porque la distribución de
energía eléctrica es hecha normalmente en corriente alterna.
14
Los principales tipos son: Motor síncrono: Funciona con velocidad fija, o sea, sin
interferencia del deslizamiento; utilizado normalmente para grandes potencias (debido
a su alto costo en tamaños menores).
c) Motor de inducción: Funciona normalmente con una velocidad constante, que varía
ligeramente con la carga mecánica aplicada al eje. Debido a su gran simplicidad,
robustez y bajo costo, es el motor más utilizado de todos, siendo adecuado para casi
todos los tipos de máquinas accionadas, encontradas en la práctica. Actualmente es
posible el control de la velocidad de los motores de inducción con el auxilio de
convertidores de frecuencia.
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION
Alcance
Este proyecto pretende ser una herramienta muy útil y capas de brindar las mejores
lecturas a la hora de realizar la prueba de aislamiento, estas lecturas se estarán
adecuando embace a las normas ya establecidas, el programa realizará las
mediciones necesaria para así mismo realizar una comparación con pruebas de
aislamientos ya realizado anteriormente para que embace a esa comparación
determine la falla presentada en el equipo.
Debido a que la prueba de aislamiento no es más que la inducción de un voltaje en
corriente directa de acuerdo a la capacidad del motor o generador. El programa tendrá
la misma funcionalidad simulando los valores altos arrogado por el equipo. Dado que
en esta ocasión los voltaje generado se realizaran con la MyDaq simulando los valores
del Megger.
Una de las ventaja al desarrollar este sistema es que cuenta con una amplia gama de
expansión de programación y hardware, ya que el sistema de programación se puede
modificar de acuerdo a las necesidades que presente en el área de trabajo.
15
Aquí definimos la metodología y criterios empleados para la toma de mediciones,
incluyendo las características del equipo empleado, las condiciones de medición, los
parámetros medidos.
Metodología
Nombre de la empresa: Grupo Mexsur, S.A. de C.V.
Cronograma de actividades
Inicio: 18/01/2016
Termino: 15/04/2016
Proyecto: Adquisición de aislamiento en tiempo real con aplicación a motores industriales
No. Actividad
Tiempo estimado de la ejecución del proyecto Meses/semanas
Enero Febrero Marzo Abril
3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Identificar problema.
2. Identificar normas y voltaje a inducir al equipo.
3. Diseñar programa en LabVIEW y adquisición de datos.
4. Diseñar interfaz en HMI.
Tabla 3 Cronograma de actividades.
Fuente: Elaboración Propia, 2016.
1. Identificar problema: permitir realizar una investigación sobre algún problema
en los distintos departamentos para su presunta solución mediante la
implementación de un proceso automatizado.
2. Identificar normas y voltaje a inducir al equipo: el tiempo estimado para esta
actividad es alrededor de cuatro semanas debido a que se tiene que identificar
cada uno de los aspectos que se tienen que tomar en cuenta a la hora de elegir
los mejores instrumentos de medición, el software donde se pretende diseñar
el sistema, así también como también las normas establecidas para la prueba
de asilamiento.
16
De igual manera se debe estudiar las características de los motores los cuales
serán los que se someterán a las pruebas, ya que es muy importante conocer
los datos de placa para saber el tipo de voltaje al que funcionan.
De acuerdo a los tipos de motores se tienen que identificar cada uno de los
voltajes a utilizar para realizar las pruebas de aislamiento.
Placa de características.
Para saber el correcto voltaje a inducir al motor, NEMA proporciona una placa
de datos en el cual especifica los datos de funcionamiento del motor, como así
mismo proporciona el tipo de tensión a aplicar.
Figura 6. Datos de placa. Fuente: (Baldor, 2002)
17
En la figura 7 se muestra la clase de aislamiento de acuerdo a los motores.
Figura 7. Clase de aislamiento. Fuente: (Baldor, 2002)
Una vez identificado lo más relevantes para la presunta elaboración se
determinará los elementos a aplicar en el sistema.
MyDaq
Licencia de National Instruments.
PC con sistema operativo Windows.
Banco de prueba con motor eléctrico.
Las normas a seguir para realizar una medición correcta son muy importante a
la hora de realizar la medición debido a que la norma estipula un rango de
inducción de voltaje para cada motor o generador.
El no seguir al pie de la letra las normas establecidas puede llegar a tener
consecuencias severas por ejemplo:
1. El no inducir el voltaje adecuado al equipo puede llegar a dañar el
aislamiento de la bobina lo cual provoca que el equipo se aterrice.
2. Entre las norma se estipula que para realizar la medición el equipo debe de
encontrarse des energizado. De no cumplir esto puede ocasionar que las
18
dos tensiones provoque un corto circuito teniendo como consecuencia el
daño del motor o generador.
3. Desenergizar el interruptor principal del equipo, esto con la finalidad de que
el voltaje inducido retorne hacia las tarjetas electrónicas provocando
quemarlas.
3. Diseñar programa en LabVIEW y adquisición de datos: En este apartado se
pretende desarrollar por medio LabVIEW y con una tarjeta adquisición de datos
(MyDaq) un programa que cuente con la función de inducir un voltaje, medir la
señal y comparar las mediciones adquiridas.
Los tiempos establecidos para diseñar el programa son muy amplios, debido a
que se tiene que realizar una serie de actividades para poder llegar a la
necesidad que debe presentar el programa.
Primero que nada para poder empezar a desarrollar el programa se tiene que
delimitar bien el problema presentado con respecto a las mediciones de
aislamiento, esta delimitación se presentara de acuerdo a las normas
establecidas con respecto al mismo.
Conforme se identifique las normas para realizar la prueba y los datos de placa
de acuerdo a la NEMA se podrá trabajar sobre el desarrollo del programa.
El programa simulará los voltajes de acuerdo a la capacidad de los
motores tomando como referencia dos voltajes más usuales en el área
industrial 500v y 1000 v. por medio de estos datos de referencia
LabVIEW simulará los voltajes a inducir al equipo.
Una vez realizado la inducción de voltaje se adaptará a la tarjeta MyDaq
para poder realizar la inducción y a su vez medir la señal enviada para
poder ser comparada con mediciones anteriores.
19
4. Diseñar interfaz en HMI: Una vez realizado la programación y haber adecuado
los elementos necesarios para la medición se realizar una interfaz en una HMI
en la cual el operario o cualquier otro personal pueda manipular y monitorear
los valores leídos.
El tiempo estimado para desarrollar la interfaz en la HMI tendrá un aproximado
de tres semanas, debido a que primero se debe de identificar la pantalla
adecuada para la aplicación, contemplando las condiciones en que estará
operando.
Los principales datos a tomar en cuenta para la selección de la HMI se basan
en los siguientes aspectos:
Lugar donde se establecerá
Tipo de trabajo que se realiza
Condiciones de temperatura, agua, polvo, otros químicos y libre de
herramientas pesadas.
Figura 8. HMI Siemens Fuente (Siemens, 2013)
Siemens amplía su cartera de interfaces HMI con un nuevo panel web para
exteriores. Estos aparatos, cuya cara delantera tiene protección frente al polvo
y el agua a presión, de la clase IP67, disponen de una pantalla que puede leerse
bajo la luz del sol y gracias a su mayor rango de temperaturas de servicio (de -
20
20°C a 70°C), son capaces de soportar las condiciones más duras. Esto los
hace especialmente útiles en aplicaciones de industria pesada. (Siemens, 2012)
3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO
Aplicación de la metodología
En este apartado se mencionará la consecuencia de realizar una prueba de
asilamiento puntual.
La resistencia de aislamiento de una bobina, consiste en una resistencia superficial y
una resistencia del volumen. Los requisitos para la resistencia del volumen son
relativamente bajos en máquinas, puesto que en éstas, las pérdidas dieléctricas más
altas se pueden tolerar, como también es el caso de los condensadores. Los valores
de la resistencia del volumen no dependen generalmente de la humedad ambiente, a
menos que el aislamiento sea higroscópico.
La resistencia de aislamiento de una bobina húmeda puede caer debajo del nivel de
1MΩ, poniendo en peligro la durabilidad de la bobina.
La medición de la resistencia de aislamiento es el método más común de prueba en
máquinas eléctricas de baja tensión. La medida se realiza con un voltaje relativamente
bajo de C.C. (500-1000 V). El método es absolutamente fácil y rápido, y no requiere la
utilización de ningún equipo especial costoso. La temperatura tiene una influencia
significativa en los resultados de las medidas de la resistencia de aislamiento. La
prueba de la comparación de sobretensión se aplica en la verificación mediante la
tensión de un aislamiento entre vueltas.
El instrumento de la prueba de comparación de sobretensión crea un circuito cerrado
de oscilación entre la fuente del potencial y la bobina probada, dando por resultado un
potencial eléctrico oscilante entre los extremos de bobina. La medición se realiza para
determinar las descargas parciales que ocurren en el aislamiento de la bobina. Con
estas medidas, es posible anticipar fallas del aislamiento, las descargas parciales se
21
miden con el equipo que consiste en un transformador, un condensador, una
impedancia de medición (Z) y un instrumento de medida para la descarga parcial.
(MEGGER, 2012)
Los disturbios durante la medida tienen que ser reducidos al mínimo, por la selección
cuidadosa de los componentes del circuito de medición y la frecuencia de medición
que reduzca al mínimo los disturbios ocasionados por el ruido.
Figura 9. Medición de Aislamiento. Fuente: (Megger, 2012)
Norma (IEEE Std. 43-2000):
En marzo del 2000 la directiva de estándares del IEEE (Asociación Internacional de
Ingenieros Electrónicos y Eléctricos), aprobó una revisión del standard que ha servido
de guía para las medidas de aislamiento en máquinas rotatorias, el ANSI/IEEE 43-
2000 (Práctica recomendada para la medida de resistencia de aislamiento de
máquinas rotatorias).
De acuerdo con el IEEE, el standard está dirigido para quienes fabrican, operan,
prueban, dan mantenimiento o son responsables para la aceptación de máquinas
rotatorias estableciendo la prueba de resistencia de aislamiento, la prueba del índice
22
de polarización (IP) y la prueba de absorción dieléctrica (AD) recomienda que ambas
pruebas sean realizadas.
Resistencia de Aislamiento
La ANSI/IEEE 43-2000 recomienda un procedimiento para la medición de la
resistencia de aislamiento de los bobinados de la armadura y del campo en máquinas
rotatorias de potencias de 50 hp, 750 W o mayor, aplicándose a:
Máquinas síncronas
Máquinas de inducción
Máquinas de CC (corriente continua)
Condensadores síncronos.
La norma indica la tensión de c.c. que se debe aplicar a la prueba de aislamiento
(basada en los potencia de la máquina, y durante un minuto) y los valores mínimos
aceptables de la resistencia de aislamiento para los bobinados de las máquinas
rotatorias para CA y CC (es decir, la resistencia medida al cabo de un minuto).
Voltaje de prueba (IEEE Std. 43-2000):
<1000 VCA 500 VDC
1000-2500 VCA 500-1000 VDC
2501-5000 VCA 1000-2500 VDC
5001-12000 VCA 2500-5000 VDC
En el apartado de anexo se podrá visualizar la figura de acuerdo a la Norma
establecida por (IEEE Std. 43-2000).
De igual manera el standard recomienda que cada fase sea aislada y probada
separadamente dado que este acercamiento permite las comparaciones que deberán
hacerse entre fases. Las dos fases que no están siendo probadas deberán ser puestas
a tierra en la misma tierra que la del núcleo del estator o el cuerpo del rotor.
23
Cuando todas las fases son probadas simultáneamente, únicamente el aislamiento a
tierra es probado. Las mediciones de resistencia de aislamiento deben ser hechas con
todo el equipo externo (cables, capacitores, supresores de disturbios, etc.)
desconectados y conectados a tierra debido a que estos objetos pueden influenciar la
lectura de la resistencia (deberá usarse un punto común de tierra).
Asimismo se establece que el historial de las pruebas deberá ser usado para el
seguimiento de los cambios. Si el historial no está disponible, el standard proporciona
valores mínimos para ambas pruebas (aislamiento e índice de polarización) que
pueden ser usadas para estimar la situación en que se encuentra el bobinado. La
resistencia de aislamiento mínima, recomendada, después de un minuto y a 40°C,
puede ser determinada por una tabla establecida.
Figura 10. Interpretación de los datos
Fuente: (Megger, 2012)
La norma indica que, si la resistencia a 1 minuto es mayor a 500 Mohs, entonces el
cálculo del IP puede dejarse de lado.
24
Índice de polarización (PI):
Los valores mínimos recomendados para el IP están basados en la clase de los
materiales de aislamiento y se aplican a todos los materiales de aislamiento
indiferentemente de su aplicación de acuerdo con el IEC 60085-01.
Figura 11. Tabla DE IEC 60085-01.
Fuente: (Megger, 2012)
Este método de medición está basada sobre la influencia del tiempo de aplicación de
la tensión de prueba, se efectúan dos lecturas a 1 y a 10 minutos respectivamente.
Se realiza la división de la resistencia de aislamiento a 10 minutos sobre la de un 1
minuto esto dando como resultado el Índice de Polarización (PI) permitiendo definir la
calidad del aislamiento.
La IEEE 43-2000 (Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of
Rotating Machinery) define el valor mínimo del índice de polarización PI para máquinas
rotativas AC y DC de clase de temperatura B, F y H en 2,0.
De tal forma que, un índice PI superior a 4 es señal de un aislamiento excelente
mientras que un índice inferior a 2 indica un problema potencial.
Cabe destacar que el método de medida mediante lectura del índice de polarización
es apropiado para el control de los circuitos aislantes sólidos; por consiguiente, no se
recomienda para equipos de tipo transformadores de aceite para los que daría
resultados débiles incluso en situaciones de buenas condiciones de aislamiento.
PI = Raislamiento a 10 minutos / Raislamiento a 1 minuto
25
Relación de adsorción dieléctrica (DAR):
Para instalaciones o equipos que contengan aislantes en los cuales la corriente de
absorción disminuye rápidamente, la lectura de las resistencias de aislamiento a los
30 y a los 60 segundos puede ser suficiente para calificar el aislamiento. La DAR se
define de la siguiente forma: DAR = Raislamiento a los 60 segundos / Raislamiento a
los 30 segundos Valor del DAR Condición de aislamiento < 1.25 Insuficiente < 1.6 OK
> 1.6 Excelente
Figura 12. PI y AD.
Figura: (Megger, 2012)
Prueba de escalón de voltaje.
Puesto que el aislamiento bueno es resistivo, un incremento en el voltaje de prueba
lleva a un incremento en la corriente, de modo que la resistencia permanece constante.
Cualquier desviación de esto puede significar un aislamiento defectuoso. Con voltajes
de prueba más bajos, 500 V o 1000 V, es muy posible que estos defectos no se
observen, pero conforme se eleva el voltaje se llega a un punto donde puede ocurrir la
ionización dentro de las grietas o las cavidades, lo que da por resultado un incremento
de la corriente y por tanto una reducción de la resistencia de aislamiento. Nótese que
no es necesario llegar al voltaje de diseño del aislamiento para que estos defectos se
hagan aparentes, dado que se busca simplemente la ionización en el defecto.
26
La prueba de escalón de voltaje sigue exactamente este principio y puede emplearse
de manera práctica con voltajes de 2500 V y superiores. La prueba de escalón de
voltaje se puede emplear como una prueba de subvoltaje o sobrevoltaje. Sin embargo,
se debe recordar que una prueba de sobrevoltaje puede ocasionar una falla
catastrófica si se rompe el aislamiento debido a que los equipos de prueba de alto
voltaje poseen mucha potencia disponible. Una prueba de subvoltaje realizada con un
equipo de prueba de aislamiento tiene relativamente poca potencia disponible y por lo
tanto es menos probable que ocasione una prueba destructiva.
Un procedimiento reconocido estándar consiste en incrementar el voltaje en cinco
escalones iguales de un minuto de duración y registrar la resistencia de aislamiento
final en cada nivel. Una reducción clara o inusual reducción de la resistencia indica
una debilidad incipiente. La electrónica moderna permite capturar esas lecturas de
forma automática.
Figura 13. Gráfica de escalón de voltaje. Fuente: (Megger, 2012)
27
Prueba de rampa de voltaje.
La prueba de rampa de voltaje se encuentra respaldada en IEEE95-2002 como parte
de las prácticas recomendadas para pruebas de aislamiento de maquinaria eléctrica
de CA (2300 V y superiores) con aplicación de alto voltaje de CC.
Cuando se utiliza este método de prueba, el voltaje de prueba se incrementa
gradualmente (en rampa) a una velocidad definida hasta llegar a un nivel final, lo que
redunda en un incremento en la corriente. Cualquier variación en la corriente, en
comparación con el incremento en el voltaje de prueba aplicado puede proporcionar
información de diagnóstico útil sobre el estado del aislamiento.
Esta prueba se realiza usualmente sobre máquinas rotativas, y ayuda a diagnosticar
distintos defectos y deterioros en el aislamiento tales como:
Grietas.
Fisuras.
Contaminación superficial.
Resina no curada.
Absorción de humedad.
De laminación.
Huecos.
Fallas en el sistema de aislamiento.
Las fallas más comunes que pasan en el sistema de aislamiento son debido al
envejecimiento causado por efectos térmicos a largo plazo o por efectos de
contaminación provocando averías eléctricas y esfuerzos dieléctricos debido a la
operación de las máquinas eléctricas rotatorias.
El envejecimiento en los motores se debe al calor generado por las pérdidas en el
conductor y en el núcleo, el resultado es que los conductores de la bobina se
encuentran a merced de las vibraciones causadas por fuerzas magnéticas de 120 Hz,
28
llevando al aislamiento entre vueltas a un deterioro y con el tiempo a una falla completa
del aislamiento por cortocircuito, además en motores de 3.4 kV o mayores existe la
presencia de una diferencia de potencial en sus partes que también puede deteriorar
el aislamiento.
Figura 14. Pérdida de fase.
Figura: (Megger, 2012)
Problemas en el aislamiento entre vueltas.
Cuando los motores de media tensión son alimentados por controladores de velocidad
variable del tipo PWM, los pulsos rápidos generan una distribución no lineal de tensión
entre vueltas, por lo que pueden llegar a presentarse tensiones muchos mayores a las
esperadas entre espiras.
En el caso de alta tensión estas sobretensiones pueden llegar a ocasionar la aparición
de descargas parciales o pérdidas dieléctricas en el material aislante que generen un
calor excesivo.
29
En ambos casos estos dos fenómenos aceleran el envejecimiento del material aislante
el cual con el paso del tiempo puede llevar a la falla total del devanado.
Figura 15. Corto por voltaje.
Fuente: (Megger, 2012)
Calidad de energía.
La calidad de energía ha sido ignorada en muchos casos por el personal de
mantenimiento y sin duda es una zona de falla con mucha influencia en la vida de un
motor. Existen varios factores involucrados en la calidad de energía; distorsión
armónica tanto de voltaje como de corriente, picos de voltaje, desbalances de voltaje
y factor de potencia.
Desbalance de Voltaje
Cuando los voltajes de línea aplicados a un motor no son equilibrados se
desarrollan corrientes desbalanceadas en los devanados del estator, a estas se
les conoce como corrientes de secuencia negativa y reducen el torque del
motor. Se producen dos efectos importantes, aumenta la temperatura en el
devanado y aumenta su vibración.
30
Un aumento de la temperatura por encima de su valor permitido provocaría
danos al aislamiento, y el aumento en los niveles de vibración provocaría en
algún grado solturas mecánicas, rodamientos y aflojamiento de las bobinas.
Figura 16. Factor de reducción de potencia.
Fuente: (Megger, 2012)
Armónicas
Se crean distorsiones importantes en la forma de onda de voltaje, a estas se les
conoce como armónicas. El parámetro más conocido es la distorsión armónica
Total (THD) en términos simples es el valor RMS de la señal con la frecuencia
fundamental removida. O sea, una onda sinusoidal perfecta de 60Hz tendría un
THD de 0%. Cualquier otra onda presente junto con la fundamental se le
considera distorsión armónica.
31
Figura 17. Armónicas.7
Fuente: (Megger, 2012)
Las armónicas existen en todos los sistemas trifásicos y son generadas por
cargas no-lineales como:
Convertidores de potencia electrónicos: rectificadores y vaciadores de
frecuencia (VFD)
Fluorescentes
Hornos de arco
UPS
Existen tres tipos de armónicas:
Secuencia positiva: Crea un campo magnético en la dirección de
rotación, por lo tanto, ayuda al torque del motor.
Secuencia negativa: Se opone a la rotación del motor e incrementa la
demanda de corriente a una carga determinada.
Secuencia cero: No produce ningún trabajo, pero causa calentamiento y
retorna al transformador de alimentación y sobre carga al nuestro.
Produce por lo tanto calentamiento en el transformador también.
32
La figura 18 muestra la clasificación de cada armónica para un sistema.
Figura 18. Clasificación de armónicas.
Fuente: (Megger, 2012)
El fenómeno de las armónicas que más afecta para el caso de los motores
eléctricos es el excesivo calor que se produce por las demandas de corriente
anormales. Un motor diseñado para consumir a plena carga 150amp. Podría
consumir 180 A. Sí el THD es alto. Este aumento de corriente perfectamente
podría no ser tolerado por el motor y provoca daños severos al aislamiento y
posible colapso del mismo.
Aislamiento.
Para que se dé una falla a tierra, deben de ocurrir dos cosas. Primero debe crearse un
camino de conducción a través del aislamiento.
Conforme el aislamiento envejece se fisura y posibilita que se acumule material
conductivo. Segundo, la superficie exterior del aislamiento se contamina de material
conductivo y conduce suficiente corriente a la carcasa o núcleo del motor que está
conectado a tierra.
33
La máxima temperatura de operación de un motor / generador depende principalmente
de los materiales usados en su construcción, existen varias clases, pero las más
usadas son:
Aislamiento clase B, temperatura máxima 130°C
Aislamiento clase F, Temperatura máxima 155°C
Aislamiento clase H, temperatura máxima 180°C
Dichas temperaturas máximas, son a las cuales el aislamiento podría colapsar. En
termografía IR es posible detectar una falla en el aislamiento de un motor si se tiene la
clase de aislamiento del mismo (dato de placa). Generalmente al medir la temperatura
de la carcasa del motor, asumimos que el aislamiento esta en 20°C más alto que esta.
El aislamiento pierde muy rápido sus propiedades al aumentar la temperatura, este
mismo motor en vez de durar aproximadamente 15 años, duraría alrededor de 3 años.
La termografía IR es una herramienta muy útil para detectar un sobrecalentamiento en
el motor, y aunque podría precisar el área donde se produce el calentamiento (corto
entre espiras), sin embargo, es todavía bastante limitada en su capacidad de indicar
por qué se produce este.
Figura 19. Medición de aislamiento.
Fuente: (Megger, 2012)
34
El determinar la causa raíz de una falla en el aislamiento de un motor, puede involucrar
alguno de estas causas posibles:
Circuito de potencia: Una conexión de alta resistencia, produce un voltaje de
línea desbalanceada.
Armónicas: que introducen corrientes de secuencia negativa y sobrecalentando
el devanado.
Ambiental: Contaminación en el motor.
Estator.
En un estator es importante el diagnosticar: los devanados, el aislamiento entre
vueltas, juntas de soldado entre las espiras y el núcleo del estator o laminaciones. Tal
vez, la falla más común es un corto entre vueltas, esto reduce la habilidad de producir
un campo magnético balanceado. Esto a la vez trae otras consecuencias como un
aumento en la vibración de la máquina, y por ende degradación del aislamiento y daños
a los rodamientos del motor.
Generalmente este tipo de cortos aumenta la temperatura y el corto se expande a un
corto entre espiras y eventualmente destruye todo el motor. Aún más grave que esta
es la falla entre fases, un corto de este tipo acelera rápidamente la destrucción del
motor.
Fallas de este tipo pueden ocurrir varias veces en un motor y no resultan en una falla
a tierra. Debido a esta razón, el utilizar solamente un MEGGER como herramienta
predictiva es insuficiente ya que este tipo de fallas pueden ser pasadas por alto. Sí el
núcleo del motor se llegase a dañar el reemplazo del motor sería total.
La prueba estática involucra mediciones de inductancia entre fases, para esto se
envían señales de CA a alta frecuencia, y se calcula un desbalance inductivo. Un
desbalance presente implica que las fases producen campos magnéticos
desbalanceados y que muy probablemente tiene cortos entre vueltas o espiras.
35
También como parte de la prueba se toman valores de resistencia, si excede un valor
predeterminado indica que pueden existir conexiones de alta resistencia en el circuito
hacia el motor o en las juntas de soldado.
En la siguiente figura 20 se muestra el efecto en un devanado en estrella.
Figura 20. Desbalance inductivo.
Fuente: (Megger, 2012)
Excentricidad.
El rotor de un motor / generador debe estar centrado, existe un claro entre estos
denominado “Air Gap”, si este Air Gap no está bien distribuido en los 360° del motor
se producen campos magnéticos desiguales.
Se ha discutido ampliamente el efecto adverso que provocan estos campos
magnéticos desiguales que a la larga resultará en una falla en el aislamiento y falla en
los rodamientos. Este problema se le conoce como excentricidad, existen básicamente
dos tipos, la estática en la cual el rotor esta descentrado pero fijo en un lugar
generalmente este tipo de problemas es causado cuando los alojamientos de los roles
están desalineados, por un inadecuado alineamiento o por que la carcasa del motor
fue torcida cuando se instaló en su base.
36
La figura 21 muestra como es la excentricidad estática.
Figura 21. Excentricidad estática.
Fuente: (Megger, 2012)
El otro tipo de excentricidad es la dinámica, y como resultado el rotor se balancea
dentro del estator, por lo tanto, la inductancia varía.
Figura 22. Excentricidad dinámica.
Fuente: (Megger, 2012)
37
Las fallas que se presentan en un motor, generador o cualquier otro tipo de conductor
no siempre suelen ser las más comunes ya mencionadas anteriormente, existen u
otras causas que puedan dañar el funcionamiento óptimo de los equipos como son los
siguientes.
Problemas mecánicos:
Por movimiento
Por el rotor
Por algunas partes móviles del motor
Problemas eléctricos:
Alto esfuerzo dieléctrico
Descargas corona
Oscilaciones inesperadas de tensión (sobretensiones)
Problemas ambientales:
Humedad
Contaminación
Desechos tóxicos
Diseño de programación.
Una vez entendido el funcionamiento correcto de realizar prueba de aislamiento e
identificar las normas se procede a realizar la programar en LabVIEW.
Figura 23. LabVIEW. Fuente: (National Instrumens, 2012)
38
En la figura 24 se muestra la plataforma en la que se está elaborando para la
programación de los sistemas.
Figura 24. Vista de programación. Fuente: (National Instruments, 2012)
DAQ Assistant
Esta herramienta crea y ejecuta tareas, siendo el bloque que realiza las funciones
físicamente en el hardware en otras palabras aquí se declaran las entradas y salidas
del sistema, siendo uno de los elementos más importantes del programa.
Figura 25. DAQ Assistant.
Fuente: (National Instrumens, 2012)
39
Vista principal
En la siguiente figura se muestra la interfaz principal, la cual estará enlazada a la
HMI, como se puede apreciar en la figura se toman dos voltajes como referencia los
cuales son los más comunes a la hora de realizar la mediciones (el diagrama se
presenta con mayor resolución en la sección de anexos. Figura 24).
Figura 26. Vista de programación. Fuente: Elaboración propia.
Conexiones.
En este apartado se mostrarán las conexiones que se realizaron para el
funcionamiento del demo, en el cual se realizaran las pruebas ya mencionadas.
Para implementar el demo de prueba no es necesario implementar tantas conexiones,
lo principal del demo es que cuente con los puntos necesarios para realizar las
mediciones necesarias.
Figura 27. Diagrama de conexiones. Fuente: Elaboración propia.
40
Código fuente
Como se puede observar la siguiente figura se muestra el código fuente en el cual está
diseñado para enviar el voltaje ajustado de acuerdo a las características del motor, así
mismo como la adquisición de los datos para obtener una muestra grafica en la cual
se pueda visualizar el comportamiento del voltaje inducido.
Figura 28. Código fuente Fuente: (National Instrumens, 2012)
Resultado
Una vez quedando listo el programa se procede a realizar las pruebas necesarias para
determinar el óptimo funcionamiento.
Antes de empezar a realizar las pruebas de aislamiento es necesario tener identificado
el tipo de voltaje a inducir, fases del motor y los canales a utilizar en la MyDaq, los
canales a utilizar para la inducción de voltaje y adquisición de voltaje son las siguientes:
A0: inducción de voltaje (500 vdc, 1000 vdc) salida analógica.
A1: adquisición de voltaje entrada analógica.
Motor 480 Vac, 3 .
41
Ya que se identificó los canales, voltaje y fases del motor se procede a realizar la
prueba de funcionamiento. A continuación se describe el método adecuado para
realizar la medición de aislamiento.
El canal A0 de la MyDaq se conecta a la primera fase del motor y el A1 se conecta a
la carcasa del motor el cual estará midiendo la señal inducida al equipo.
Ya que se realizó la conexión se procede a inducir el voltaje (500 Vdc), este voltaje se
inducirá durante 30 segundos para obtener la primera lectura, después de haber hecho
la primera medición se espera 1 minuto para realizar la siguiente medición, esto
realizando lo cada minuto hasta llegar a los 10 minutos y tener 10 mediciones para
determinar el índice de polarización.
Este procedimiento se debe realizar en cada una de las fases del motor hasta tener
las lecturas de cada una, para comparar los datos leídos con los ya realizado.
Comparando los valores obtenido con el programa diseñado con los del equipo ya
existente se pudo determinar qué tan confiable puede llegar a dar una lectura y ser
capaz de diagnosticar las fallas de acuerdo a la falta de aislamiento en el equipo a
analizar.
Quedando satisfecho el operario encargado de cuarto de máquina con el
funcionamiento del programa, quedando en claro que el funcionamiento de dicho
programa es el adecuando, indicando su presunto desarrollo como tal de manera
industrial contando con los sistemas, equipos, sensores y capacitación necesaria para
su elaboración , debido a que el programa solo fue desarrollado a manera escala.
42
Análisis
En la figura 29 se aprecia el programa que permite realizar un análisis completo de los
voltajes inducidos a los equipos mientras que estos se encuentran fuera de su
funcionamiento. A continuación, se muestra algunas de las mediciones obtenidas con
el programa diseñado.
Figura 29. Análisis de aislamiento. Fuente: (National Instrumens, 2012)
En la figura 29 se muestra la medición realizada la primera fase del motor. En la figura
se muestra gráficamente el comportamiento del voltaje inducido al equipo.
La prueba se realizó en cada una de las fases del equipo. Dando como resultado un
análisis gráfico en cual permitirá realizar una comparación entre las tres fases para
determinar un resultado de la prueba realizada con el programa elaborado.
Como se puede observar en la figura 30 la medición realizada por medio de la tarjeta
adquisición de datos en cada una de las fases del motor, así mismo se puede apreciar
un variador de velocidad el cual tiene como objetivo dar marcha al equipo ya
mencionado.
43
Figura 30. Elaboración propia. Fuente: (Mexsur, 2012)
Como se muestra en la figura 30, el demo fue desarrollado para realizar este tipo de
prueba así como también para realizar otro tipo de prueba como son los siguientes:
Análisis de vibración.
Termografía.
Alineación laser.
Prueba de aislamiento.
Prueba de resistencia.
A continuación, se muestra la tabla 3, con los valores leídos por el programa
desarrollado.
SIMULACIÓN DE VOLTAJE
Voltaje LabVIEW Escala Resultado
5 v dc 1000 v dc Ohms
2.5 v dc 500 v dc Ohms
Tabla 3. Cotización. Fuente: (Elaboración propia)
44
De acuerdo con los valores tomados como referencia, en la tabla 3 se puede apreciar
los valores simulados para la inducción de voltajes. Debido a que LabVIEW no permite
general señales de salida más de 5 v dc se tuvo que realizar un arreglo el cual permitirá
simular el voltaje real, inducido por el equipo (Megger).
En la tabla 5 se puede observar los valores leídos por la tarjeta adquisición de datos.
Voltaje
inducido
(500 v) tiempo.
Resultado
30 segundos 7.8 MΩ
1 minutos 7.1 MΩ
2 minutos 7.1 MΩ
3 minutos 7.8 MΩ
4 minutos 6.4 MΩ
5 minutos 8.7 MΩ
6 minutos 7.4 MΩ
7 minutos 7.6 MΩ
8 minutos 7.6 MΩ
9 minutos 7.2 MΩ
10 minutos 7.0 MΩ
Tabla 4. Resultado de aislamiento. Fuente: (Elaboración propia, 2016)
45
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusión.
Se diseñó satisfactoriamente un programa que permite realizar medidas
correctas de aislamiento de manera continua, cubriendo con una de las
necesidades presentes en el departamento de servicio de Grupo Mexsur.
En la implementación de este nuevo software, la empresa podrá ofrecer un
mejor servicio hacia el sector industrial. Este programa no solo se pretende
implementar en el aislamiento en los motores, sino que de igual manera, sirva
como aplicación para diferentes infraestructuras en donde se requiera el
monitoreo de aislamiento.
Los resultados obtenidos con la elaboración de este proyecto son de gran
ayuda, debido a que facilitan de gran manera al especialista en dicha prueba a
realizar análisis de una manera más eficiente, al contar con un software
especializado para esa función.
El programa se elaboró de manera tal que aunque el operario no esté
familiarizado con el software, pueda aprender a manejarlo de manera práctica
y tenga la plena confianza de utilizarlo para realizar su función.
Recomendaciones.
Para que el sistema desarrollado pueda ser aplicado en la industria petrolera,
se recomienda que todos los elementos utilizados sean los adecuados para
condiciones severas en las que se trabajan y cumplan con la normativa
correspondiente.
46
5. FUENTES DE INFORMACIÓN
DLI Engineering. (16 de 06 de 2009). Obtenido de http://azimadli.com/vibman-
spanish/elacelermetro.htm
DLI Engineering. (05 de 5 de 2009). Recuperado el 03 de 07 de 2014, de
http://azimadli.com/vibman-spanish/elacelermetro.htm
Electrotecnia. (2011). Obtenido de
http://centros5.pntic.mec.es/ies.de.rivas.vaciamadrid/tecnologia/electrotecnia/
www.extremadurasi.org/contenidos_docentes/electro/t8.htm
Gohar R. Akturn. (1998). Vibrations associated with ball bearings. Conference
Transactions, Multi-Body Dynamics (pág. 63). whasinton: ImechE.
Javier Cara. (2012). analisis de fourier. Obtenido de
http://www.etsii.upm.es/ingor/estadistica/fjcara/mme_construccion/03_fourier.p
df
MEGGER. (2012).
MYG.la. (2016). Obtenido de
http://www.motoresygeneradores.com/ensayos/electricos/megohm/59-
queesunmeger
National Instruments. (6 de 8 de 2011). Obtenido de http://www.ni.com/labview/esa/
National Instruments. (2012). Obtenido de
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/208802
Siemens. (2012). Obtenido de http://w3.siemens.com/mcms/human-machine-
interface/en/operator-interfaces/pages/default.aspx
Sinais. (2013). ingenieria de mantenimiento. Obtenido de
http://www.sinais.es/Recursos/Curso-
vibraciones/bajas_frecuencias/desalineacion_angular.html
Universitas Navarrensis. (2011). (D. S. Chávez, Ed., & G. P. Ortega, Trad.) Obtenido
de http://www.imem.unavarra.es/EMyV/pdfdoc/vib/vib_predictivo.pdf
47
ANEXOS
Figura 31. Pantalla de programación. Fuente: Elaboración propia, 2026
48
Figura 25. Pantalla de programación. Fuente: Elaboración propia, 2016
49
Figura 26. Código fuente.
Fuente: Elaboración propia, 2016
