Título oficial del programa: Mantenimiento máquinas eléctricas (I): motores de corriente continua o alterna (monofásicos o trifásicos), tipos, características y parámetros de funcionamiento. Selección de sistemas de arranque y control. Sistemas electrónicos de variación de velocidad. Determinación de dispositivos de protección. Tipos de Conexiones. Generadores de corriente continúa o alterna.
Principio de funcionamiento. Los motores eléctricos operan mediante la interacción de campos magnéticos generados en el estátor (parte fija) y el rotor (parte móvil). En los motores de corriente continua (CC), esta interacción se produce mediante bobinas inductoras e inducidas, mientras que en los de corriente alterna (CA) se aprovecha el desfase entre fases para crear un campo magnético giratorio. Este principio es fundamental para entender su aplicación en equipos médicos y sistemas de posicionamiento del SAS.
Motores de corriente continua (CC). Estos motores convierten energía eléctrica continua en energía mecánica, destacando por su capacidad de control preciso de velocidad y par. Aunque su uso en el SAS es limitado debido a la predominancia de la corriente alterna en la red eléctrica, se emplean en aplicaciones específicas como bombas de infusión, centrifugadoras, mesas quirúrgicas motorizadas y vehículos eléctricos internos, como carretillas elevadoras en almacenes sanitarios.
Clasificación de motores de CC. Los motores de CC se clasifican según la conexión entre las bobinas inductoras (estátor) e inducidas (rotor). Entre los tipos más relevantes se encuentran los motores en derivación, serie, compuesto y de imanes permanentes. Cada tipo presenta características distintas en cuanto a par de arranque, regulación de velocidad y aplicaciones, lo que determina su idoneidad para distintos equipos del SAS.
Motores de corriente alterna (CA). Los motores de CA se dividen en monofásicos y trifásicos. Los motores monofásicos, alimentados por una única fase, son comunes en instalaciones domésticas y pequeñas cargas, como ventiladores o extractores. Por su parte, los motores trifásicos, alimentados por tres fases desfasadas 120°, son la solución estándar en aplicaciones industriales del SAS, cubriendo potencias desde 0,12 kW hasta cientos de kW.
Características de los motores trifásicos. Estos motores generan un campo magnético giratorio natural, lo que les confiere un alto par de arranque y un bajo nivel de vibraciones. Además, ofrecen mayor eficiencia y vida útil que los motores monofásicos, aunque requieren protección contra la pérdida de fase mediante relés específicos. Su robustez y bajo mantenimiento los hacen ideales para entornos sanitarios, donde la fiabilidad es crítica.
Tipos de motores trifásicos según el rotor. El tipo más común es el motor de rotor en jaula de ardilla, caracterizado por barras de aluminio o cobre en cortocircuito. Este diseño es robusto, requiere poco mantenimiento y su velocidad es fija, dependiendo de la frecuencia de la red. Otras variantes, como los motores de rotor bobinado, permiten un control más flexible de la velocidad, aunque su uso en el SAS es menos frecuente.
Motores monofásicos y sus aplicaciones. Los motores monofásicos incluyen tipos como el de espira en cortocircuito (o de sombra), que utiliza un anillo de cobre en el estátor para crear un desfase local. Estos motores son económicos y de bajo mantenimiento, pero su par de arranque es muy bajo, limitando su uso a potencias inferiores a 0,5 kW. En el SAS, se emplean en pequeños ventiladores y extractores de baño.
Parámetros de funcionamiento. El mantenimiento de los motores eléctricos en el SAS implica la monitorización de parámetros clave como tensión, corriente, frecuencia, temperatura y aislamiento. La protección contra fallos de fase, sobrecargas y cortocircuitos es esencial para garantizar su operatividad y seguridad en entornos sanitarios, donde la continuidad del servicio es prioritaria.
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Probar demo gratis con preguntas de este temaDefinición y alcance. La selección de sistemas de arranque y control en motores eléctricos es un proceso técnico que determina cómo se aplica la tensión al motor durante la puesta en marcha y cómo se regula su funcionamiento en régimen permanente. Este proceso abarca tanto el método de arranque, que mitiga los efectos de la elevada corriente inicial, como los dispositivos de control que supervisan y protegen el motor durante su operación.
Potencia del motor. La potencia nominal del motor es el primer criterio para seleccionar el sistema de arranque. Para motores pequeños, inferiores a 5,5 kW, el arranque directo (DOL) es la opción más común si la red eléctrica lo permite. En motores medianos, entre 5,5 y 100 kW, el arranque estrella-triángulo es recomendable para aplicaciones con baja inercia y par de arranque moderado. Para motores grandes, superiores a 100 kW, se opta por arranque por autotransformador o arrancador suave, especialmente en motores de jaula.
Tipo de carga y par de arranque. El par de arranque requerido por la carga es un factor crítico en la selección. Cargas con alto par de arranque, como compresores o bombas, pueden necesitar sistemas que limiten la corriente inicial, como arrancadores suaves o variadores de frecuencia. En cambio, cargas con par de arranque bajo, como ventiladores, permiten métodos más simples, como el arranque estrella-triángulo.
Corriente de arranque. La corriente de arranque puede alcanzar entre 5 y 10 veces la corriente nominal del motor, lo que puede provocar caídas de tensión en la red y estrés mecánico en los componentes. Sistemas como el arranque por autotransformador o los arrancadores suaves reducen esta corriente, minimizando los riesgos para la instalación y el motor. La elección del sistema debe equilibrar la reducción de la corriente con el par de arranque necesario para la carga.
Eficiencia energética. Los variadores de frecuencia son la opción más eficiente para aplicaciones que requieren control de velocidad, ya que ajustan la tensión y frecuencia suministradas al motor, optimizando el consumo energético. Aunque su coste es elevado, su uso está justificado en instalaciones donde la variación de velocidad es esencial, como en sistemas de climatización o bombeo de agua en el SAS.
Coste y complejidad. El coste y la complejidad del sistema son factores clave en la selección. El arranque directo es el más económico y sencillo, pero solo es viable para motores pequeños. El arranque estrella-triángulo ofrece un equilibrio entre coste y eficiencia para motores medianos. Los arrancadores suaves y los variadores de frecuencia, aunque más caros y complejos, proporcionan mayor flexibilidad y protección para aplicaciones críticas.
Aplicaciones en el SAS. En instalaciones sanitarias, la selección del sistema de arranque y control debe priorizar la continuidad del servicio y la seguridad. Equipos como bombas de agua, ventiladores o ascensores requieren sistemas que minimicen el estrés mecánico y las caídas de tensión, garantizando un funcionamiento fiable en áreas como quirófanos o unidades de cuidados intensivos.
Definición y finalidad. Los sistemas electrónicos de variación de velocidad, conocidos como variadores de frecuencia o convertidores de frecuencia variable (VFD), son dispositivos diseñados para controlar la velocidad de giro de motores eléctricos de corriente alterna, especialmente motores asíncronos trifásicos. Su objetivo es adaptar la velocidad del motor a las necesidades específicas del proceso, lo que permite optimizar el consumo energético y reducir el desgaste mecánico en equipos como bombas, ventiladores o compresores.
Principio de funcionamiento. Estos sistemas operan modificando la frecuencia y la tensión de alimentación del motor mediante etapas de rectificación, un bus de corriente continua y una etapa inversora. A diferencia de los métodos mecánicos o electromecánicos, los variadores electrónicos permiten un control preciso y continuo de la velocidad, evitando pérdidas por disipación de energía. Además, integran protecciones contra sobrecorrientes, sobretensiones y fallos de fase, garantizando un funcionamiento seguro.
Selección y parametrización. La elección de un variador debe considerar factores como la potencia del motor, el tipo de carga, la sobrecarga admisible, las condiciones ambientales y la longitud del cableado. La parametrización es un aspecto crítico del mantenimiento, ya que incluye la configuración de datos de placa, rampas de aceleración y desaceleración, límites de corriente, frecuencias mínima y máxima, y modos de control. Una parametrización incorrecta puede provocar fallos en el motor o en el propio variador.
Normativa aplicable. Los variadores de frecuencia deben cumplir con normativas internacionales como la IEC 61800-3, que establece límites de emisiones electromagnéticas, y la IEC 61800-5-2, que exige funciones de seguridad como Safe Torque Off (STO) en aplicaciones críticas. En entornos hospitalarios, es fundamental reducir interferencias electromagnéticas para evitar afectar a equipos sensibles, lo que obliga al uso de filtros de armónicos y técnicas de modulación avanzadas.
Mantenimiento preventivo. El plan de mantenimiento de variadores en el SAS incluye inspecciones visuales para detectar polvo, humedad o corrosión, así como la limpieza periódica de ventiladores y filtros de aire. Las mediciones eléctricas son esenciales para verificar la tensión del bus de corriente continua, la corriente de salida y la distorsión armónica total (THD), que debe mantenerse por debajo del 5% según la normativa IEEE 519. También se deben realizar pruebas funcionales para comprobar el correcto funcionamiento de las protecciones y la comunicación con sistemas SCADA.
Aplicaciones en el SAS. Estos sistemas son fundamentales en instalaciones del Servicio Andaluz de Salud, donde se emplean en climatización (bombas y ventiladores), sistemas de agua sanitaria, esterilización (autoclaves), ascensores y compresores de gases medicinales. Su integración en sistemas de supervisión mediante protocolos como Modbus TCP o PROFINET permite la monitorización remota y el diagnóstico predictivo, mejorando la eficiencia y la seguridad operativa.
Tendencias y seguridad funcional. Las tendencias actuales incluyen la conectividad IoT para el mantenimiento predictivo y la integración de inteligencia artificial para optimizar el rendimiento. En aplicaciones críticas, como ascensores o equipos quirúrgicos, es obligatorio implementar funciones de seguridad funcional como STO, que garantiza la parada segura del motor en caso de emergencia.
Finalidad de las protecciones. La determinación de dispositivos de protección en motores eléctricos tiene como objetivo principal salvaguardar la integridad de los equipos, la seguridad de las personas y la continuidad del servicio en instalaciones críticas. Estos dispositivos actúan ante condiciones anómalas como sobrecargas, cortocircuitos, desequilibrios de fase o fallos de aislamiento, evitando daños irreversibles en devanados, núcleo magnético o componentes mecánicos.
Fenómenos a proteger. Es esencial diferenciar cuatro fenómenos principales: cortocircuitos, que requieren interrupción rápida y capacidad de corte suficiente; sobrecargas, que generan calentamiento progresivo y exigen una respuesta acorde al régimen del motor; defectos a tierra, vinculados a la protección contra contactos indirectos; y fallos o desequilibrios de fase, que pueden sobrecalentar el motor sin existir cortocircuito.
Dispositivos básicos. El guardamotor o interruptor automático para motor combina disparo térmico ajustable y disparo magnético, además de mando manual. Los relés de sobrecarga térmicos o electrónicos no abren directamente el circuito de potencia, sino que desexcitan el contactor mediante un contacto de disparo. Los fusibles, por su parte, actúan por fusión y deben sustituirse tras su intervención, siendo clave seleccionar la categoría adecuada (uso general o acompañamiento de motor).
Coordinación de protecciones. La protección debe ser selectiva y secuencial, asegurando que solo se aísle la zona afectada. Un único dispositivo puede integrar varias funciones, pero el diagnóstico debe mantener la separación entre fenómenos. Por ejemplo, los fusibles de acompañamiento de motor cubren cortocircuitos, mientras que la sobrecarga debe ser gestionada por otro dispositivo, como un relé térmico.
Relés multifunción. Los relés electrónicos de protección multifunción integran en un solo equipo funciones como protección contra sobrecargas, cortocircuitos, desequilibrio de fases, falta de fase, inversión de fases, sobretensiones, subtensiones y rotor bloqueado. Estos dispositivos son comunes en motores de media y alta potencia, donde se requiere mayor precisión y fiabilidad, adaptándose a las características específicas del motor y la instalación.
Normativa aplicable. La selección y dimensionamiento de dispositivos de protección se rige por normativas como el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT), especialmente la ITC-BT-47, que regula las instalaciones de motores. También son relevantes las normas UNE-EN 60947-4-1 (contactores y arrancadores), UNE-EN 60947-2 (interruptores automáticos) y UNE-EN 60269-1 (fusibles de baja tensión), así como las normas IEC 60034 para máquinas eléctricas rotativas.
Cálculo de corrientes. La corriente nominal del motor, indicada en su placa de características, es el punto de partida para dimensionar las protecciones. Sin embargo, no es el único dato relevante. En motores trifásicos, puede verificarse la coherencia de la corriente mediante la fórmula: [ I \approx \frac{P_2}{\sqrt{3} \cdot U \cdot \eta \cdot \cos\varphi} ] donde (P_2) es la potencia útil, (U) la tensión, (\eta) el rendimiento y (\cos\varphi) el factor de potencia.
Contexto del SAS. En el ámbito del Servicio Andaluz de Salud, la correcta selección de dispositivos de protección es crítica para garantizar la continuidad del servicio en áreas como quirófanos, unidades de cuidados intensivos o sistemas de climatización. La protección coordinada evita interrupciones innecesarias en zonas no afectadas, cumpliendo con los requisitos normativos y técnicos aplicables.
Definición y propósito. Los tipos de conexiones en motores trifásicos se refieren a los esquemas de interconexión de los devanados del estator, que permiten adaptar el motor a las características de la red eléctrica. Estas conexiones son esenciales para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente, evitando daños por sobretensión o subtensión en los devanados [1].
Conexión en estrella (Y). En esta configuración, los finales de los tres devanados (U2, V2, W2) se unen en un punto común, denominado neutro, mientras que los principios (U1, V1, W1) se conectan a las fases de la red. La tensión aplicada a cada devanado es la tensión de línea dividida por √3, lo que reduce la corriente de línea y la potencia entregada. Esta conexión es típica en motores diseñados para altas tensiones nominales, como los de 400/690 V, donde se utiliza en redes de 690 V [2].
Conexión en triángulo (Δ). En esta disposición, el final de un devanado se conecta al principio del siguiente, formando un circuito cerrado. Cada devanado recibe la tensión de línea completa, lo que incrementa la corriente de línea en √3 veces respecto a la corriente de fase. Esta conexión se emplea en motores de baja tensión nominal, como los de 230/400 V, cuando se alimentan con 230 V entre fases. La potencia disponible en triángulo es tres veces superior a la de estrella para la misma tensión de línea [2].
Placa de características. La placa del motor indica las tensiones nominales para cada tipo de conexión, siguiendo un formato como 230/400 V Δ/Y o 400/690 V Δ/Y. La primera tensión corresponde a la conexión en triángulo, y la segunda, a la conexión en estrella. Por ejemplo, un motor 230/400 V debe conectarse en triángulo a 230 V y en estrella a 400 V. Ignorar estas indicaciones puede provocar daños irreversibles en los devanados [1].
Arranque estrella-triángulo. Este método se utiliza para reducir la corriente de arranque en motores que funcionan en triángulo con la tensión de red. Durante el arranque, el motor se conecta en estrella, lo que reduce la tensión aplicada a cada devanado y, por tanto, la corriente de arranque a un tercio de su valor nominal. Una vez alcanzado aproximadamente el 80% de la velocidad nominal, se conmuta a triángulo para el funcionamiento normal. Este sistema requiere tres contactores y un temporizador [2].
Normativa aplicable. Las conexiones de motores trifásicos están reguladas por normativas como la IEC 60034-8, que establece la nomenclatura de bornes (U1, V1, W1 para principios y U2, V2, W2 para finales), y el REBT (ITC-BT-47), que regula la protección de motores y el dimensionamiento de conductores. Además, el Reglamento (UE) 2019/1781 define las clases de eficiencia energética para motores, influyendo en la selección de la conexión adecuada [2].
Errores críticos. Conectar un motor en triángulo a una tensión superior a la nominal (por ejemplo, un motor 230/400 V en triángulo a 400 V) aplica una tensión excesiva a los devanados, provocando su destrucción. Por el contrario, conectarlo en estrella a una tensión inferior a la nominal (por ejemplo, un motor 400/690 V en estrella a 400 V) reduce el flujo magnético y el par, impidiendo que el motor acelere correctamente. La protección eléctrica no compensa estos errores de conexión [1].
Principio de funcionamiento. Los generadores eléctricos operan bajo la ley de Faraday, que establece que un conductor en movimiento dentro de un campo magnético genera una corriente eléctrica. Esta transformación de energía mecánica en eléctrica es la base de su funcionamiento, diferenciándose así de otros dispositivos como motores o transformadores, que no generan energía nueva sino que la transforman o transmiten.
Tipos de generadores. En el ámbito sanitario, los generadores se dividen principalmente en dos categorías: de corriente continua (CC) y de corriente alterna (CA). Los generadores de CA, como los alternadores, son los más utilizados en el SAS para respaldar el suministro eléctrico en instalaciones críticas. Los generadores de CC, como las dinamos, tienen aplicaciones más específicas, como en equipos médicos especializados.
Aplicación en el SAS. En el Servicio Andaluz de Salud, los generadores son componentes críticos para la operatividad de infraestructuras sanitarias. Se emplean en áreas como quirófanos, unidades de cuidados intensivos y sistemas de climatización, donde la interrupción del suministro eléctrico puede comprometer la seguridad de los pacientes. Su integración con sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) permite una transición sin cortes durante fallos de red.
Mantenimiento preventivo. El Plan de Mantenimiento de Instalaciones Eléctricas del SAS establece protocolos rigurosos para garantizar la disponibilidad de los generadores. Incluye inspecciones visuales, como la verificación de niveles de aceite y combustible, y pruebas funcionales, como el arranque semanal y la prueba de carga mensual. Estas revisiones aseguran que el generador alcance la tensión nominal en menos de 15 segundos y soporte el 100% de la carga durante al menos una hora.
Componentes críticos. El mantenimiento de alternadores y dinamos requiere atención específica a sus componentes. En los alternadores, se revisan los anillos rozantes, las escobillas, el sistema de excitación y el regulador de tensión. En las dinamos, se sustituyen las escobillas cada 500-1000 horas de funcionamiento y se verifica la alineación del rotor. La medición de la resistencia de aislamiento, según la norma UNE-EN 60034-27, es esencial para garantizar valores mínimos de 1 MΩ en tensiones hasta 1 kV.
Sistemas híbridos. En centros sanitarios como el Hospital Universitario Virgen del Rocío, se emplean sistemas híbridos que combinan generadores con instalaciones renovables, como fotovoltaica o eólica. Estos sistemas actúan como respaldo cuando la generación renovable es insuficiente, reduciendo la dependencia de la red eléctrica y optimizando la eficiencia energética. Un ejemplo destacado es el Hospital de Alta Resolución de Écija, que incorpora un sistema híbrido para garantizar la continuidad del suministro.
Normativa aplicable. El mantenimiento de generadores en el SAS se rige por normativas específicas, como la UNE-EN 60034-27 para la medición de resistencia de aislamiento y la UNE-EN 12101-10 para sistemas de control de humo. Estas normas aseguran que los generadores cumplan con los estándares de seguridad y eficiencia requeridos en entornos sanitarios, donde la fiabilidad es prioritaria.
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De opositor a opositor, Serafín.
