Optimización de un horno eléctrico con control de temperatura para mejorar el nivel de aislamiento en bobinas de motores eléctricos hasta 300 HP

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo la optimización de un horno eléctrico para secado de bobinas de motores eléctricos de hasta 300 hp, donde se hace uso de un controlador de temperatura para mejorar el nivel de aislamiento medido en gigaohmios. El estudio se ha realizado aplicando la metodología de diseño de productos propuesta por Ulrich y Eppinger, donde se describe la importancia del análisis conceptual, la comparación con un equipo existente ya sea disponible para tomar datos o mediante búsqueda de información de proveedores. La optimización es una de las actividades del diseño de un producto, por eso se optó por esta metodología como herramienta para optimizar. Se inició el proceso de optimización con un estudio a nivel conceptual calificando tres alternativas de solución, definidas por valores objetivos para cada métrica de interés de mejora del horno. Luego se realizó el análisis térmico del horno modelando la bobina como un elemento cilíndrico de diámetro máximo de 500 mm por 700 mm de largo y calculando para dos opciones de secado, una por radiación más convección natural y el otro por convección forzada. Luego se optimizó la estructura principal del horno, modelada por separado como un marco empotrado resolviendo mediante la ecuación de pendiente – deflexión y aplicando el criterio de diseño por esfuerzos admisibles, ASD. Como cuarta parte de los resultados, se optimizó el sistema eléctrico agregando un ventilador con variador de frecuencia y se planteó un diagrama de flujo para predefinir el circuito de mando; sección que finalizó con el cálculo de los parámetros eléctricos. Se abordó el dibujo de la estructura más la cobertura y ductos que se plasmaron en un plano de fabricación. Finalmente, se realizaron pruebas con motores de 4 hp y 20 Hp en un prototipo de horno fabricado; durante el secado se tomaron los datos de temperatura inicial y final en los mismos puntos que se realizó el cálculo térmico. Se pudo concluir que al optimizar el horno tanto en parte eléctrica, térmica y estructural, se logra aumentar la calidad del aislamiento de las bobinas de motores eléctricos.