Ventilación de las máquinas eléctricas - Rosalina Alvarado Tirado

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Ventilación de las máquinas eléctricas
Según el método de refrigeración, se distinguen los siguientes tipos de máquinas:
a) máquinas con refrigeración natural en que no hay dispositivos especiales de ventilación;
b) máquina con autoventilación interna en que la refrigeración se alcanza por medio de dispositivos de ventilación u otros especiales incorporados en la parte giratoria de la máquina;
c) máquinas con autoventilación exterior, es decir, máquinas cuya superficie exterior es refrigerada por autoventilación mientras las partes activas de la máquina son inaccesibles al aire exterior;
d) máquinas con ventilación exterior en que son suministrados medios líquidos o gases refrigerantes por un dispositivo especial colocado fuera de la máquina, por ejemplo un ventilador o una bomba.
La mayoría de las máquinas son refrigeradas por aire. El peso específico del aire es c= 1,1 kg/m3, y su capacidad calorífica es c = 1.000 W seg/grado kg. En máquinas normales el aumento de temperatura del aire que sale de la máquina, con respecto a la temperatura del aire que entra en ella, es xa<rc = 18 a 27°C. Según estos datos, el aire consumido por kW de pérdidas en la máquina será
1.000	1.000
y= ^=171(18 a 27) X1.Ó00 ~ 0,033 “ °’05
o sea 2 a 3 m3/min. Con el sistema de ventilación lo que se pretende es hacer pasar la máxima cantidad de aire a través de una máquina
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con las mínimas pérdidas de ventilación y con refrigeración eficaz en las partes más calientes de la máquina.
A continuación exponemos sucintamente las propiedades características de los diversos métodos de refrigeración.
а)	Máquinas con refrigeración natural. Actualmente este método de refrigeración sólo se emplea en pequeñas máquinas de potencia fraccionaria hasta varios centenares de vatios, ya que las condiciones de refrigeración son relativamente favorables.
б)	Máquinas con autoventilación interna. Según la dirección del flujo de aire en la máquina ventilada se distinguen: a) ventila-
Fig. 6-3. — Ventilación inducida y forzada.
ción inducida (fig. 6-3 a), y b) ventilación forzada (fig. 6-3 ¿>). La ventilación inducida se utiliza más frecuentemente, estando montado el ventilador en el lado conducido. Una gran ventaja de este método de ventilación es que el aire entra frío en la máquina, mientras en las máquinas con ventilación forzada la temperatura del aire aumenta debido a las pérdidas en el ventilador. Los datos experimentales demuestran que el aumento de temperatura debido a las pérdidas alcanza 3-7°C; esto tiene por consecuencia que el volumen de aire forzado en la máquina debe ser aumentado en 15-20%, aumentando así las pérdidas por ventilación en 50-70 %. Según como pase la corriente del aire por encima de las partes calentadas de la máquina, se pueden distinguir dos sistemas fundamentales de ventilación: a) radial, y b) axial.
La figura 6-4 representa esquemáticamente un sistema sencillo de ventilación radial en una máquina de inducción con los conductos radiales de ventilación. El núcleo de la sección refrigerada consiste en paquetes separados de 4-8 cm de espesor, siendo la anchura del conducto de ventilación 10 mm.
La figura 6-5 representa un sistema de ventilación radial aplicado a una máquina sincrónica. En el § 6-10 se describe un sistema de ventilación radial de varios chorros utilizado en los turbogeneradores.
Algunas de las ventajas del sistema de ventilación radial son: mí-
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nimas pérdidas de energía por ventilación y aumento de temperatura suficientemente uniforme de la máquina en dirección axial. El inconveniente de este sistema de ventilación es que la máquina tiene
Fig. 6-4.— Ventilación radial simple de un motor de inducción.
que ser menos compacta, ya que los conductos de ventilación ocupan hasta el 20 % de la longitud del inducido; la disipación del calor es menor que en otros sistemas, en ciertos casos el sistema resulta inestable con respecto a la cantidad del flujo de aire de refrigeración a
Fig. 6-5. — Ventilación radial simple de una máquina sincrónica, través de la máquina. Se pierde estabilidad de la corriente de aire, por ejemplo, cuando un desplazamiento del inducido de 2-3 mm en dirección axial a un lado u otro de la posición representada en la figura 6-4 implica un cambio del 20 al 30 % de la cantidad de aire de refrigeración.
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La figura 6-6 a representa el sistema de ventilación axial empleado en las máquinas de inducción. Si los conductos axiales están dispuestos solamente en la parte giratoria, el sistema se denomina axial simple, y si están dispuestos en ambas partes de la máquina, se denomina doble axial (fig. 6-6 b).
El inconveniente de la ventilación axial es que la transferencia de calor no es uniforme. En efecto, la parte de la derecha de la máquina en la figura 6-6 a está menos refrigerada porque el aire, al pasar por los conductos axiales, tarda un tiempo en calentarse. También se emplean los sistemas combinados de ventilación radial y axial.
a)	b)
Fig. 6-6. — Ventilación de flujo axial simple y doble.
Cálculos detallados e investigaciones demuestran que en máquinas de potencia pequeña y, parcialmente, de potencia media de salida se obtienen los mejores resultados con un sistema de ventilación axial; en máquinas de potencia media y grande el sistema radial da mejores resultados.
Las máquinas con autoventilación extema se utilizan en casos en que el aire contiene gases explosivos y en que las máquinas deben estar totalmente cerradas, es decir, dispuestas de modo que el aire no pueda entrar en la máquina. En éste caso todo el calor desarrollado en la máquina debe ser disipado en el medio circundante sólo desde la superficie exterior de la armazón. En condiciones de ventilación natural la máquina tiene que ser pesada y costosa, mientras empleando refrigeración forzada de la superficie exterior de la armazón se aumenta la potencia de salida de la máquina hasta multiplicarla por 2 ó 3.
La armazón es enfriada por refrigeración forzada mediante un ventilador colocado al otro lado de los escudos de los extremos (figura 6-7). Para aumentar la transferencia de calor desde la parte interior de la máquina hasta la superficie exterior, se hace que el aire interior de la máquina circule por medio de un ventilador interior especial.
c) Máquinas con ventilación independiente. En estas máquinas el aire de refrigeración es suministrado a la máquina por medio
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de un ventilador independiente, es decir, uno dotado de su propia transmisión. Regulando la velocidad del ventilador se puede intensificar la ventilación, según la carga, o bien aligerarla. Por ejemplo, con carga parcial se disminuye la velocidad del ventilador. En este caso las pérdidas por ventilación se reducen considerablemente (aproximadamente de modo directamente proporcional al cubo de la velo
cidad), consiguiéndose una ganancia del rendimiento total de la máquina.
d) Ventilación de circuito abierto y de circuito cerrado. La autoventilación y la ventilación independiente pueden ser de dos clases: o) de circuito abierto, y ¿>) de circuito cerrado.
En el sistema de ventilación de circuito abierto la máquina es refrigerada por la toma de aire frío que pasa a través de la máquina
y es expelido a la atmósfera. Para evitar que se aglomere en la máquina el polvo que contiene el aire, se puede montar un filtro en la toma de aire, pero debe ser limpiado con frecuencia. Además de esto, el filtro aumenta la ^resistencia al flujo de aire y requiere aumentar la potencia del ventilador.
En el sistema de ventilación de circuito cerrado pasa el mismo volumen de aire por un circuito cerrado, es decir, pasa a través de
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la máquina, se calienta, luego pasa por refrigeradores de aire, se enfría y vuelve a la máquina. Así el aire circula en un sistema cerrado, ya sea en el sentido ventilador F —- máquina M — refrigerador de aire C (fig. 6-8 o), o en el sentido ventilador F — refrigeradorde aire C — máquina M (fig. 6-8 b). En el último caso el aire frío entra directamente en la máquina desde el refrigerador de aire, y en el primero es ligeramente calentado cuando pasa por el ventilador.
El sistema de ventilación de circuito cerrado se utiliza ampliamente en los grandes alternadores sincrónicos.