Proyecto guiado: diagnóstico y cálculo completo del bobinado

Descripción del proyecto

En este proyecto trabajarás con un motor monofásico de fase partida real. Tu equipo deberá levantar sus datos, interpretar la placa y el estator, calcular los devanados principal y auxiliar, seleccionar el conductor, representar las conexiones y comprobar técnicamente los resultados antes de intervenir el motor.

El propósito es que puedas pasar de “seguir una receta” a justificar cada decisión del rebobinado con datos observables, operaciones verificables y criterios de seguridad. Se valoran los saberes prácticos que ya tienes desmontando o rebobinando motores, pero deberás organizarlos y respaldarlos mediante cálculos.

Producto final: expediente técnico de diagnóstico y cálculo, acompañado de una exposición breve y una validación segura del diseño. El proyecto no autoriza a energizar el motor ni a ejecutar el rebobinado hasta que el docente revise y apruebe los resultados.

Pregunta orientadora

¿Cómo podemos determinar y justificar un bobinado funcional para un motor monofásico de fase partida, utilizando los datos reales de su placa, estator y devanado original, sin poner en riesgo el motor ni a las personas?

Organización del equipo

Trabajarán en equipos de tres o cuatro integrantes. Todos deben comprender y poder explicar los cálculos.

• Responsable de levantamiento: mide, observa y registra los datos del motor, la placa, las ranuras y el devanado original.
• Responsable de cálculo: realiza las operaciones, conversiones y comprobaciones en una hoja de cálculo o tabla manual.
• Responsable de representación: elabora el esquema de ranuras, bobinas, sentidos y terminales.
• Responsable de seguridad y control: verifica las unidades, identifica riesgos, organiza las evidencias y comprueba que ninguna prueba se realice sin autorización.

Si el equipo tiene tres integrantes, el responsable de representación también asumirá el control de seguridad. Los roles pueden rotarse entre fases.

Resultados de aprendizaje esperados

Al finalizar, podrás:

• Interpretar los datos de placa y relacionarlos con las características reales del motor.
• Identificar ranuras, polos, velocidad, bobinas, paso y distribución del devanado.
• Calcular y justificar el devanado principal y el devanado auxiliar.
• Seleccionar la sección o calibre del conductor con base en la corriente, la densidad de corriente y el espacio disponible.
• Calcular o estimar la resistencia de los devanados y compararla con mediciones razonables.
• Representar el esquema de bobinado, el sentido de las bobinas y la conexión de terminales.
• Validar técnicamente el diseño antes de realizar cualquier intervención o prueba.

Fases del proyecto

Fase 1. Levantamiento e interpretación del motor real

Propósito: reunir información confiable antes de hacer cálculos. No se debe calcular a partir de suposiciones cuando el dato puede medirse, leerse o consultarse.

Actividades del equipo

1. Identifiquen el motor asignado y registren marca, modelo, tipo de motor, estado general y condición del devanado.
2. Fotografíen o transcriban la placa. Registren, si aparecen: tensión, corriente, frecuencia, potencia, velocidad nominal, número de fases, sentido de giro, tipo de servicio, capacitor o dispositivo de arranque.
3. Desconecten el motor de toda fuente de alimentación. Verifiquen con el docente que el equipo está aislado antes de retirar tapas o realizar mediciones.
4. Cuente el número total de ranuras del estator, identificándolas de manera consecutiva.
5. Determine el número de polos a partir de la placa, la velocidad nominal, la frecuencia y la observación del devanado. No confundan el número de polos con el número de ranuras.
6. Registren el devanado original: número de grupos, bobinas por grupo, número de lados de bobina por ranura, paso de bobina, cantidad aproximada de espiras por bobina, calibre o diámetro del conductor, conexiones y colores de los terminales.
7. Realicen un croquis o registro fotográfico del orden de las bobinas antes de retirar el devanado. Marquen el inicio y el final de cada grupo cuando sea posible.
8. Midan, con autorización del docente, la resistencia de los devanados y la continuidad entre terminales. Anoten el instrumento utilizado y las condiciones de la medición.
9. Consulten una fuente técnica para confirmar los datos que no puedan observarse directamente. Registren el nombre de la fuente y la información obtenida.

Entregable de la fase 1

• Ficha técnica del motor con todos los datos observados, medidos y consultados.
• Fotografías o croquis rotulados del estator y del devanado original.
• Tabla de terminales y resistencias medidas.
• Lista de datos dudosos o pendientes de confirmar.

Fase 2. Cálculo del devanado principal y auxiliar

Propósito: transformar los datos del motor en una propuesta de devanado técnicamente justificada.

Utilicen el procedimiento de cálculo trabajado en clase y contrasten cada resultado con el devanado original, el espacio disponible y los datos de placa. Si una fórmula depende del método de diseño o de un dato que no se conoce, indiquen la fuente, el supuesto y la forma en que verificarán el resultado.

Relaciones y comprobaciones mínimas

• Velocidad sincrónica de referencia: n_s = 120 f / P, donde f es la frecuencia en hertz y P es el número de polos. Comparen este valor con la velocidad nominal de la placa y expliquen la diferencia debida al deslizamiento.
• Ranuras por polo: Z / P, donde Z es el número total de ranuras. Esta relación ayuda a analizar la distribución espacial del devanado.
• Ángulo eléctrico entre ranuras: α = 180 P / Z. Úsenlo para revisar la distribución y el sentido de las bobinas.
• Paso de bobina: registren el paso original como diferencia entre las ranuras ocupadas por los dos lados de una bobina. Comparen ese valor con el paso de polo y expliquen si se trata de un paso completo o acortado.
• Número de espiras: calculen las espiras del devanado principal y auxiliar utilizando el método indicado por el docente o la documentación técnica del motor. Muestren todos los datos de entrada, unidades, fórmula y resultado.
• Distribución: indiquen cuántas bobinas pertenecen a cada grupo, en qué ranuras se ubican y cómo se distribuyen los devanados principal y auxiliar.
• Relación entre devanados: justifiquen la diferencia de conductor, espiras, resistencia o distribución entre el devanado principal y el auxiliar. No acepten una relación memorizada sin verificarla con los datos del motor.

Procedimiento de cálculo

1. Escriban los datos conocidos con sus unidades: tensión, frecuencia, corriente, potencia, velocidad, número de polos, número de ranuras y características del devanado original.
2. Identifiquen qué dato se desea calcular: espiras, paso, distribución, sección del conductor, resistencia o conexión.
3. Escriban la fórmula o procedimiento utilizado antes de sustituir los valores.
4. Realicen las conversiones necesarias, por ejemplo, milímetros a metros, diámetro a sección o amperios a miliamperios.
5. Calculen por separado el devanado principal y el auxiliar.
6. Comprueben que el número total de bobinas, lados de bobina, ranuras ocupadas y espiras coincida con la geometría real del estator.
7. Revisen si el volumen estimado del conductor y del aislamiento cabe en las ranuras. Si no cabe, no modifiquen el dato arbitrariamente: expliquen el problema y propongan una alternativa para revisión del docente.

Entregable de la fase 2

• Hoja de cálculo completa, en formato digital o impreso, con operaciones visibles.
• Tabla comparativa entre devanado original y devanado propuesto.
• Distribución de bobinas por ranura para el devanado principal y el auxiliar.
• Explicación de los supuestos utilizados y de los datos que requieren confirmación.

Fase 3. Selección del conductor y cálculo de parámetros eléctricos

Propósito: verificar que el conductor elegido sea compatible con la corriente, la resistencia esperada, el espacio de la ranura y el funcionamiento del motor.

Actividades del equipo

1. Determinen la corriente de referencia de cada devanado a partir de la placa, del procedimiento de diseño utilizado y de la orientación del docente. No asignen automáticamente la corriente de línea al devanado auxiliar.
2. Calculen la sección mínima aproximada mediante S = I / J, donde S es la sección del conductor, I la corriente prevista y J la densidad de corriente adoptada. Justifiquen el valor de J con una fuente técnica o con el criterio trabajado en clase.
3. Si parten del diámetro del alambre, calculen su sección mediante S = πd² / 4. Si parten de la sección, determinen el diámetro equivalente.
4. Seleccionen un calibre comercial o una sección de conductor disponible en el taller. Expliquen por qué es compatible con la corriente y con el espacio de la ranura.
5. Estimen la longitud total del conductor considerando las espiras, la longitud media de cada vuelta, las cabezas de bobina y las conexiones.
6. Estimen la resistencia con R = ρL/S. Indiquen el material del conductor, la resistividad utilizada y la temperatura de referencia.
7. Comparen la resistencia calculada con la resistencia medida del devanado original, considerando las diferencias de longitud, sección, temperatura y estado del aislamiento.
8. Determinen qué terminales corresponden al devanado principal y cuáles al auxiliar. Identifiquen cómo interviene el interruptor centrífugo, relé o capacitor, si el motor lo utiliza.

Entregable de la fase 3

• Tabla de selección del conductor para ambos devanados.
• Cálculo de sección, diámetro o calibre, longitud estimada y resistencia.
• Comparación entre valores calculados y medidos.
• Lista de riesgos o incompatibilidades detectadas antes de intervenir el motor.

Fase 4. Esquema, validación y presentación del proyecto

Propósito: integrar los resultados y demostrar que la propuesta puede ser revisada por otra persona antes de ejecutarse.

Actividades del equipo

1. Elaboren un diagrama del estator con las ranuras numeradas y la ubicación de cada bobina.
2. Representen por separado el devanado principal y el auxiliar utilizando convenciones claras.
3. Marquen el inicio y el final de cada bobina o grupo, el sentido de conexión y los terminales de salida.
4. Representen la conexión del devanado auxiliar con el elemento de arranque que corresponda al motor. Si el dato no está confirmado, señálenlo como pendiente y no propongan energizarlo.
5. Realicen una revisión cruzada: un integrante explica el esquema y otro verifica si coincide con la tabla de distribución y los cálculos.
6. Comprueben continuidad, ausencia de cortocircuitos entre devanados, identificación de terminales y coherencia entre resistencia calculada y medida, siempre con instrumentos adecuados y bajo supervisión.
7. Completen una lista de autorización técnica: ningún resultado se considera listo si presenta datos contradictorios, conexiones sin identificar, conductor sin justificar o ausencia de protección.
8. Presenten el proyecto en un máximo de diez minutos. Cada integrante debe explicar al menos una decisión técnica.

Entregable final

Presenten un expediente técnico en PDF o impreso, de aproximadamente 8 a 15 páginas, acompañado por los archivos de cálculo y el esquema en formato legible. Debe contener:

1. Portada con nombre del proyecto, integrantes, motor asignado y fecha.
2. Resumen del problema y resultado propuesto.
3. Ficha de levantamiento de datos, fotografías y croquis.
4. Interpretación de placa, ranuras, polos, velocidad y devanado original.
5. Cálculos completos del devanado principal y auxiliar.
6. Selección del conductor, sección, calibre, corriente de referencia y resistencia.
7. Tabla de distribución de bobinas y paso de bobina.
8. Diagrama de conexiones, sentidos, terminales y elemento de arranque.
9. Tabla de validación con dato, resultado obtenido, criterio de aceptación y estado: conforme, requiere revisión o no conforme.
10. Conclusiones: qué se puede ejecutar, qué debe corregirse y qué información falta.
11. Fuentes técnicas consultadas y descripción de cómo se utilizaron.

El expediente debe diferenciar claramente entre dato medido, dato leído en placa, dato consultado, supuesto y resultado calculado.

Cronograma sugerido

Si el tiempo disponible es menor, el docente puede integrar las sesiones 2 y 3, manteniendo obligatoriamente el levantamiento de datos, la muestra de operaciones y la validación de seguridad.

Recursos necesarios

• Motor monofásico de fase partida sin conexión a la red durante el levantamiento.
• Placa de características visible o documentación técnica del motor.
• Multímetro y, si está disponible, medidor de aislamiento.
• Calibrador, micrómetro o galga para medir el conductor.
• Cinta métrica, regla, etiquetas, marcador, hojas de registro y calculadora.
• Computadores con hoja de cálculo y programa sencillo para dibujar esquemas.
• Cámara del teléfono o computador para registrar evidencias, cuando esté permitido.
• Manual técnico, tablas de conductores, tabla de resistividad del cobre y documentación del fabricante.
• Elementos de protección personal definidos por el taller.
• Formato de autorización del docente para cualquier prueba eléctrica.

Reglas de seguridad y calidad

• No energices el motor durante el desmontaje, el levantamiento de datos ni la revisión del esquema.
• No retires el devanado original antes de registrar fotografías, conexiones, paso, espiras y distribución.
• No conectes el motor a la red para “probar si funciona” sin autorización expresa del docente.
• No uses un conductor únicamente porque está disponible. Debes justificar su sección o calibre.
• No reemplaces un dato desconocido por una suposición silenciosa. Registra la duda y explica cómo se verificará.
• Usa unidades consistentes y conserva al menos dos cifras significativas en los cálculos intermedios.
• Si el diseño presenta contradicciones entre la placa, el devanado original y los cálculos, detén el procedimiento y solicita revisión.

Criterios de evaluación por fase

Lista de verificación para el equipo

• ¿Tenemos registrados y comprobados el número de ranuras y el número de polos?
• ¿Diferenciamos claramente el devanado principal del auxiliar?
• ¿El paso de bobina fue medido o justificado, y coincide con el esquema?
• ¿Mostramos cómo obtuvimos el número de espiras?
• ¿Las unidades y conversiones son correctas?
• ¿El calibre o sección del conductor se relaciona con la corriente y el espacio disponible?
• ¿Calculamos y comparamos las resistencias?
• ¿El esquema identifica inicios, finales, sentidos y terminales?
• ¿Está definida la conexión del elemento de arranque?
• ¿Existe alguna duda que deba resolver el docente antes de intervenir o energizar?

Condición de aprobación técnica: el proyecto debe tener todos los cálculos visibles, un esquema coherente y una validación de seguridad. La presentación de un resultado no significa autorización para conectar o rebobinar el motor.