ElectricidadMáquinas Eléctricas II (6°)

Bobinado de motores

Un motor quemado no siempre es un motor perdido: con el núcleo sano, un bobinado nuevo bien calculado, aislado y ensayado lo deja casi como de fábrica. El oficio está en tres cosas: leer el bobinado viejo antes de destruirlo, reproducir su esquema sin errores y comprobar con instrumentos que lo hecho es lo que se quería.

Ranuras y polos Paso de bobina Bobinas en molde Impregnación Ensayos

01El estator y sus ranuras

El estator de un motor de inducción es un núcleo de chapas de acero al silicio de 0,35 a 0,5 mm, aisladas entre sí por una película superficial y apiladas dentro de la carcasa. Las chapas están estampadas con las ranuras ya cortadas; el apilado las enfrenta y forma canales paralelos al eje donde se aloja el bobinado. Por qué el campo giratorio nace de tres bobinados desfasados, y cómo se conecta la bornera, está en Motores de corriente alterna; acá se ve cómo se construye ese bobinado, cómo se calcula y cómo se repara.

Figura 1. A la izquierda, corte de un estator de 36 ranuras: cada ranura está a 10° de la siguiente y los puntos de color indican la fase que la ocupa en el ejemplo de la sección 03. A la derecha, una ranura ampliada: aislación, conductores y cuña.

Parte	Qué es y para qué sirve
Carcasa	Envolvente de fundición o chapa. Sostiene el núcleo, las tapas con los rodamientos y la caja de conexiones.
Yugo o corona	Anillo de chapa por detrás de las ranuras. Cierra el camino del flujo magnético de un polo al siguiente.
Dientes	Chapa que queda entre ranuras. Conducen el flujo hacia el entrehierro; si se queman o se deforman, la máquina pierde par.
Ranuras	Canales donde van los lados de bobina. En motores chicos son semicerradas (boca angosta) y los conductores se pasan de a uno por la boca.
Aislación de ranura	Funda o papel que separa el cobre del hierro. Sobresale de la ranura en ambos extremos para no ser cortada por el borde de las chapas.
Cuña	Tira de material aislante que cierra la boca y mantiene los conductores adentro, sin que rocen el rotor.
Cabezas de bobina	Tramos de conductor que salen de una ranura y entran en otra, a ambos lados del núcleo. No producen par pero sí calor y resistencia.
Separadores de fase	Tiras aislantes entre las cabezas de bobinas de fases distintas, donde las diferencias de tensión son mayores.

El núcleo no se repara con facilidad: se protege

El bobinado se reemplaza, el núcleo no. Si el hierro se recalentó, las chapas se sueldan entre sí en la zona del daño, aparecen corrientes parásitas y el motor consume más y se calienta aunque el bobinado sea nuevo. Por eso todo el trabajo de desbobinado se hace pensando en no dañar las chapas: sin golpes, sin cortes con herramienta sobre los dientes y sin pasarse de temperatura.

02Los conceptos del bobinado

Un bobinado trifásico se describe con unos pocos números. Con ellos se puede calcular, dibujar y reproducir cualquier esquema, aunque el motor sea desconocido.

Magnitud	Símbolo	Qué es
Ranuras	$Q$	Cantidad de ranuras del estator. Se cuentan sobre el núcleo.
Polos	$2 p$	Cantidad de polos; $p$ es la cantidad de pares. Fija la velocidad sincrónica $n_{s} = 60 f / p$ .
Fases	$m$	3 en los motores trifásicos.
Ranuras por polo y fase	$q$	Cuántas ranuras consecutivas ocupa una fase bajo un polo. Es el número de bobinas de un grupo.
Paso polar	$τ$	Ranuras que corresponden a un polo: de una mitad de polo a la siguiente.
Paso de bobina	$y$	Ranuras que separan los dos lados de una bobina. Con $y = τ$ el paso es pleno; con $y$ menor que $τ$ , acortado.
Ángulo eléctrico de ranura	$α$	Desfasaje de la tensión inducida entre una ranura y la siguiente.

q = \frac{Q}{2 p m} τ = \frac{Q}{2 p} α = \frac{p \cdot 360 °}{Q}

q

tiene que dar entero para los bobinados comunes. El ángulo

α

está en grados eléctricos: un par de polos equivale a 360° eléctricos, sean cuantos sean los grados mecánicos.

Bandas y grupos. Bajo cada polo, una fase ocupa una banda de $q$ ranuras contiguas. Las bobinas de una misma banda, conectadas en serie, forman un grupo. Las tres fases se reparten el círculo de 360° eléctricos en seis bandas de 60°, en este orden: $U^{+}$ , $W^{-}$ , $V^{+}$ , $U^{-}$ , $W^{+}$ , $V^{-}$ . La fase $V$ empieza a 120° de la $U$ y la $W$ a 240°; en ranuras, a $120 ° / α$ y $240 ° / α$ .

Figura 2. Cómo se llena la ranura (arriba) y cómo se acomodan las cabezas de bobina (abajo). En una capa hay un lado de bobina por ranura; en dos capas, dos. Las cabezas pueden ser concéntricas (bobinas anidadas, de pasos distintos) o imbricadas (bobinas iguales, corridas una ranura cada una).

Tipo	Cuántas bobinas y grupos	Dónde se usa y qué ventaja tiene
Una capa, concéntrico	$Q / 2$ bobinas; $m p$ grupos	Motores chicos y medianos fabricados en serie. Se inserta con máquina y la ranura se llena bien. Paso fijo en promedio, no acortable.
Una capa, imbricado	$Q / 2$ bobinas iguales; $m p$ grupos	Muy usado en rebobinados manuales: todas las bobinas se hacen con el mismo molde.
Dos capas, imbricado	$Q$ bobinas iguales; $2 m p$ grupos	Motores medianos y grandes. Admite paso acortado, que mejora la forma de onda y acorta las cabezas. Es el estándar en media potencia.

Cómo se conectan los grupos. Con una capa hay $p$ grupos por fase, y todos se recorren en el mismo sentido: cada grupo produce un polo y el siguiente aparece «por consecuencia» (polos consecuentes). Se une el final de un grupo con el principio del siguiente. Con dos capas hay $2 p$ grupos por fase, uno por polo, y grupos vecinos se recorren en sentidos opuestos: se unen final con final y principio con principio. En los dos casos se pueden formar ramas en paralelo, que reparten la corriente: con dos ramas, cada una tiene la mitad de los grupos, así que para conservar la tensión por rama las espiras por bobina se duplican y la sección del alambre se reduce a la mitad.

Los factores que corrigen el flujo. Las bobinas de un grupo no están en la misma ranura, y con paso acortado los dos lados no están a un paso polar. En cada caso, la tensión inducida es algo menor que si todo estuviera concentrado:

k_{d} = \frac{\sin (q α / 2)}{q \sin (α / 2)} k_{p} = \sin (\frac{y}{τ} \cdot 90 °) k_{w} = k_{d} k_{p}

Factor de distribución, factor de paso y factor de bobinado. Valen 1 en el caso ideal y entre 0,90 y 0,96 en los bobinados reales.

03Calcular un bobinado trifásico: ejemplo completo

Se encuentra un estator trifásico de 36 ranuras y 4 polos, sin placa ni bobinado. Hay que decidir el bobinado, ranura por ranura. Se elige una capa, concéntrico, el de la mayoría de los motores chicos.

Ejemplo · Bobinado de 36 ranuras y 4 polos, paso a paso

1 · Ranuras por polo y fase. $q$ $= \frac{Q}{2 p m}$ $= \frac{36}{4 \cdot 3}$ $= 3$ . Cada grupo tiene 3 bobinas.

2 · Paso polar. $τ = \frac{Q}{2 p} = \frac{36}{4} = 9$ ranuras. El paso pleno es de 9 ranuras: una bobina con un lado en la ranura 1 tiene el otro en la 10.

3 · Ángulo y desplazamiento de fases. $α = \frac{2 \cdot 360 °}{36} = 20 °$ eléctricos entre ranuras. Entre una fase y la siguiente hay $\frac{120 °}{20 °} = 6$ ranuras: $U$ arranca en la ranura 1, $V$ en la 7 y $W$ en la 13.

4 · Cantidad de bobinas y grupos. Con una capa, $\frac{Q}{2} = 18$ bobinas, en $m p = 3 \cdot 2 = 6$ grupos de 3: dos grupos por fase.

5 · Reparto de ranuras. Las seis bandas de 3 ranuras se repiten dos veces alrededor del estator (tabla siguiente). Cada ranura tiene un solo lado de bobina.

Fase	Banda de ida ( $+$ )	Banda de vuelta ( $-$ )	Bobinas, de la interna a la externa
U, grupo 1	1 – 3	10 – 12	3-10 · 2-11 · 1-12
U, grupo 2	19 – 21	28 – 30	21-28 · 20-29 · 19-30
V, grupo 1	7 – 9	16 – 18	9-16 · 8-17 · 7-18
V, grupo 2	25 – 27	34 – 36	27-34 · 26-35 · 25-36
W, grupo 1	13 – 15	22 – 24	15-22 · 14-23 · 13-24
W, grupo 2	31 – 33	4 – 6 (cierra la vuelta)	33-4 · 32-5 · 31-6

Ejemplo (continuación) · Pasos de las bobinas y conexión de los grupos

6 · Pasos. Las tres bobinas de un grupo son concéntricas: la interna salta 7 ranuras (3-10), la media 9 (2-11) y la externa 11 (1-12). El promedio, 9, es el paso polar. No hace falta que ninguna sea de paso exacto: lo que importa es que los lados de bobina queden en las bandas correctas.

7 · Conexión de los grupos. Con una capa, los dos grupos de cada fase se recorren en el mismo sentido y se unen en serie: final del grupo 1 con principio del grupo 2. Fase U: entra por $U_{1}$ (ranura 3), recorre las bobinas 3-10, 2-11 y 1-12, pasa a la ranura 21 y recorre 21-28, 20-29 y 19-30, y sale por $U_{2}$ (ranura 30). $V$ y $W$ son iguales, corridas 6 y 12 ranuras.

8 · Conexión de las fases. Los tres principios, $U_{1}$ , $V_{1}$ y $W_{1}$ , van a la bornera. Los tres finales se unen entre sí para formar la estrella, o se llevan a la bornera para poder elegir estrella o triángulo (ver la bornera de seis bornes). Los nombres $U_{1}$ , $V_{1}$ , $W_{1}$ y $U_{2}$ , $V_{2}$ , $W_{2}$ son los de la norma IEC 60034-8.

9 · Factores de bobinado. Con $α = 20 °$ y $q = 3$ : $k_{d}$ $= \frac{\sin 30 °}{3 \sin 10 °}$ $= \frac{0,5}{0,5209}$ $= 0,9598$ . Un bobinado concéntrico de una capa tiene paso medio pleno, así que $k_{w} = k_{d} = 0,960$ . Si la misma ranura se bobinara en dos capas con paso acortado a 8 ranuras: $k_{p}$ $= \sin (\frac{8}{9} \cdot 90 °)$ $= 0,9848$ y $k_{w} = 0,9598 \cdot 0,9848 = 0,945$ ; con 7 ranuras, $k_{p} = 0,9397$ y $k_{w} = 0,902$ .

10 · Comprobación. Sumando las corrientes de las 36 ranuras en un instante dado se obtiene una distribución con cuatro cruces por cero: cuatro polos. Si $U$ , $V$ y $W$ se conectan a $L_{1}$ , $L_{2}$ y $L_{3}$ , el campo avanza hacia las ranuras de mayor número (con $U$ en su máximo, los polos están centrados entre las ranuras 6 y 7, 15 y 16, 24 y 25, 33 y 34).

Figura 3. Esquema de bobinado desplegado del ejemplo, animado: fase U, fase V, fase W y las tres juntas con la posición de los polos. Cada fase es la anterior corrida 6 ranuras (120° eléctricos). Las columnas punteadas repiten las ranuras 1 a 6 para dibujar el grupo de W que da la vuelta.

Una sola inversión alcanza para arruinar el campo

Si un grupo se conecta al revés, la banda de ida y la de vuelta intercambian el sentido, los polos de esa fase quedan mal alternados y el motor consume corrientes desparejas, vibra y no entrega par. Se comprueba con la brújula o con el ensayo de campo giratorio (sección 06) antes de impregnar. El mismo error al unir las fases produce un motor que gira al revés o no arranca.

Espiras, alambre y ranura

El esquema dice dónde va cada lado de bobina; falta decir cuánto cobre. Para rebobinar un motor con bobinado viejo, el método es contar. Se cuentan las espiras de una bobina, se mide el diámetro del alambre y la cantidad de hilos en paralelo, y se copian. Calcular desde cero solo se hace para comprobar o cuando cambia un dato (la tensión, por ejemplo). La tensión de cada fase fija el flujo:

V_{f} \approx 4,44 f N k_{w} Φ

V_{f}

es la tensión de fase,

f

la frecuencia,

N

las espiras en serie por fase,

k_{w}

el factor de bobinado y

Φ

el flujo por polo. Despreciando la caída en el cobre, si cambian las espiras cambia el flujo en proporción inversa.

Ejemplo · Un motor de 4 kW: espiras, alambre y resistencia

Motor de 4 kW, 380 V estrella, 8,7 A, con el bobinado del ejemplo (36 ranuras, 4 polos, una capa). Al desbobinarlo se contaron 24 espiras por bobina, con 2 hilos en paralelo de 0,95 mm, y una espira media de 0,70 m.

Espiras por fase. 6 bobinas en serie por fase: $N = 6 \cdot 24 = 144$ .

Flujo. $V_{f} = \frac{380}{\sqrt{3}} = 220 V$ y $Φ$ $= \frac{220}{4,44 \cdot 50 \cdot 144 \cdot 0,9598}$ $= 7,17 mWb$ : un orden razonable para esta potencia.

Sección y densidad. Cada hilo: $S_{1}$ $= \frac{π}{4} {0,95}^{2}$ $= 0,709 mm²$ ; dos hilos, 1,418 mm². Densidad: $J = \frac{8,7}{1,418} = 6,14 A/mm²$ .

Relleno de la ranura. Cada ranura lleva 24 espiras de 2 hilos: $48 \cdot 0,709 = 34,0 mm²$ de cobre. Si el área libre de la ranura, descontada la aislación, es de 85 mm², el relleno es $\frac{34,0}{85} = 0,40$ : el 40 %, razonable para insertar a mano o con máquina.

Resistencia por fase a 20 °C. Largo de cobre $= 144 \cdot 0,70 = 100,8$ m, y $R_{20}$ $= ρ \frac{ℓ}{S}$ $= 0,0172 \cdot \frac{100,8}{1,418}$ $= 1,223 Ω$ (con $ρ = 0,0172 Ω·mm²/m$ ). En un taller a 28 °C, $R_{28}$ $= 1,223 \cdot \frac{235 + 28}{235 + 20}$ $= 1,261 Ω$ . Es el valor que debe dar cada fase al terminar. Con $I_{n}$ , las pérdidas en el cobre son $3 \cdot {8,7}^{2} \cdot 1,223 = 278 W$ .

Ejemplo · Cambiar la tensión del bobinado

El motor anterior tiene su bobinado original de 22 espiras por bobina con alambre de 0,75 mm y trabaja a 380 V en estrella; se lo quiere para 220 V en estrella (red trifásica de 220 V entre fases). Para que el flujo sea el mismo, las espiras cambian en proporción a la tensión y la sección en proporción inversa:

$N^{'}$ $= 22 \cdot \frac{220}{380}$ $= 12,7 \to 13$ espiras. $S^{'}$ $= \frac{π}{4} {0,75}^{2} \cdot \frac{380}{220}$ $= 0,763 mm²$ , o sea un alambre de $d$ $= \sqrt{\frac{4 \cdot 0,763}{π}}$ $= 0,986 \to 1,00$ mm.

Al redondear a 13 espiras el flujo baja un 2 %, que el motor tolera. El cobre total de la ranura no cambia: se gana sección y se pierden espiras. Cualquier otro cambio de tensión se resuelve igual.

04Toma de datos y desbobinado

Antes de cortar una sola espira hay que dejar escrito, en una planilla, todo lo que el bobinado viejo sabe y el nuevo tiene que repetir. Una vez desbobinado no hay forma de recuperar un dato que no se anotó.

Dato	Cómo se obtiene
Placa	Potencia, tensiones y conexión, corriente, velocidad, frecuencia, clase de aislación, servicio, grado de protección. Fotografiar.
Ranuras y polos	Contar las ranuras del núcleo. Los polos, de la velocidad de la placa o de la cantidad de grupos del bobinado viejo.
Tipo de bobinado	Una o dos capas; concéntrico o imbricado; cantidad de grupos por fase; conexión en serie o paralelo; estrella o triángulo.
Paso de las bobinas	Ranuras que separan los lados de cada bobina, en cada capa. Dibujar el esquema.
Espiras por bobina	Contar en una bobina, antes de cortarla y sin deformarla. Confirmar en otra.
Alambre	Diámetro del cobre (sin esmalte) con micrómetro; cantidad de hilos en paralelo; clase térmica del esmalte si se lee en una muestra.
Espira media	Largo de una espira, medida con una cuerda o con una bobina sana, para calcular la resistencia esperada.
Aislación de ranura	Material, espesor, ancho y cuánto sobresale. Guardar una muestra. Posición de cuñas y separadores.
Salidas	Cantidad de cables, sus colores o marcas, de qué grupo sale cada uno, y dónde está el punto de estrella. Fotografiar las cabezas antes de cortar.
Estado previo	Resistencia por fase si todavía se mide, aislación con megóhmetro y tipo de falla (sección 06). El núcleo: color, daños, rozaduras.

Primero el esquema, después el cuchillo

Dibujar el bobinado viejo sobre un esquema desplegado como el de la Figura 3 y compararlo con el calculado. Si coinciden, el estator viene con un bobinado de fábrica y se puede reproducir con confianza. Si no coinciden, hay un rebobinado anterior mal hecho, y ahí es donde conviene corregirlo, no copiarlo.

Desbobinado

Hay dos métodos, y la elección depende de la aislación y del equipo disponible:

Método	Cómo se hace	Qué cuidar
Mecánico	Se corta una cabeza de bobina con cizalla o sierra, y los lados se extraen de las ranuras con extractor, tirando de la cabeza opuesta.	No cortar a ras del núcleo ni apalancar sobre los dientes. El barniz endurecido dificulta el tirado.
Térmico	El estator entra en un horno de pirólisis que quema barniz y aislación, y los conductores salen sin esfuerzo.	Temperatura controlada, alrededor de 350 °C en el núcleo y sin pasarse: sobre ese valor, la aislación entre chapas se daña. Se necesita horno con control y tratamiento de gases.

Humo, calor y polvo

Los barnices y esmaltes viejos desprenden gases irritantes al calentarse: el horno de pirólisis debe tener salida de gases y el taller, ventilación. Un estator recién salido del horno está a cientos de grados. Al cortar y extraer cobre se usan anteojos, guantes y calzado de seguridad. El taller se rige por la Ley 19.587 y el Decreto 351/79 de higiene y seguridad en el trabajo; los residuos de barniz y solvente no van a la basura común. Más en Higiene y seguridad en el trabajo.

Después de desbobinar se limpia el núcleo (cepillo de cerdas, aire seco sin humedad, sin raspar), se revisan las chapas por daños o puntos quemados y se verifican las ranuras con un calibre o plantilla. Un núcleo con zonas fundidas se descarta o se evalúa con un ensayo de núcleo antes de rebobinar. Cómo se reemplaza el cobre y la aislación que se extrajeron es el tema de la sección siguiente.

05Aislación, bobinas, inserción e impregnación

La aislación y sus clases térmicas

Cada material aislante soporta una temperatura máxima de servicio. La norma IEC 60085 los agrupa en clases térmicas. La clase del motor está en la placa, y el rebobinado no puede usar materiales de clase inferior: sí puede usar una superior, que da margen.

Clase	Temperatura máx. de servicio	Materiales típicos (orientativo; manda la ficha del fabricante)
A	105 °C	Papeles y cartones impregnados, algodón; esmaltes antiguos.
E	120 °C	Películas de poliéster, esmaltes de poliéster.
B	130 °C	Laminados de poliéster y fibra de vidrio, mica con ligantes orgánicos.
F	155 °C	Laminados de poliéster con mejores resinas, alambre esmaltado de poliéster-imida, barnices de clase F. Es la más usada en motores actuales.
H	180 °C	Papel de aramida (tipo Nomex), siliconas, esmaltes de poliamida-imida.

Cada capa del sistema puede ser de distinta clase, pero el conjunto vale por el eslabón más débil. El alambre esmaltado, la funda de ranura, la cuña, los separadores, la cinta y el barniz deben ser compatibles y de clase igual o superior a la del motor. Las propiedades del cobre, los esmaltes y las resinas están en Materiales eléctricos.

De la bobina a la ranura

Paso	Qué se hace	Criterio de calidad
1	Aislar las ranuras. Se cortan las fundas del largo del núcleo más el sobrante de cada lado, se pliegan en forma de U y se colocan, con los bordes plegados hacia adentro.	Sin arrugas ni cortes. El sobrante cubre el filo de las chapas en ambos extremos.
2	Hacer las bobinas. En una bobinadora con contador de vueltas y un molde del tamaño de la espira media. Concéntricas: un molde escalonado, con los tres pasos a la vez.	Espiras prolijas, sin cruces ni esmalte pelado. Conviene un hilo guía y atar la bobina antes de sacarla del molde.
3	Insertar. Los conductores se pasan por la boca de a pocos, con una paleta, hasta llenar la ranura; después se ordena la cabeza con un martillo de goma o una espátula.	Ningún conductor atrapado entre aislación y chapa. Esmalte sano al terminar.
4	Cerrar con cuñas. Se calza una cuña bajo la boca de cada ranura, empujándola con cuidado.	Ajustada pero sin tironear los conductores. Ninguna asoma hacia el rotor.
5	Separar las fases. Se coloca aislante entre las cabezas de bobinas de fases distintas.	Cobertura completa donde hay cabezas vecinas de fases distintas.
6	Conectar los grupos. Se sueldan (o se unen con terminal a compresión) los finales y principios según el esquema, y se cubren con tubo aislante de la clase del motor.	Unión mecánicamente firme y sin esmalte debajo. Cada cable marcado con su nombre: $U_{1}$ , $V_{2}$ ...
7	Atar las cabezas. Con cordón o cinta se une todo el conjunto de cabezas, dándoles forma para que no toquen la tapa.	Cabezas compactas, sin rozar la carcasa y sin tapar la ventilación.

Impregnación y horneado

El bobinado recién insertado está suelto: los conductores se pueden mover y vibrar, y el aire entre ellos aísla mal y evacua mal el calor. El barniz de impregnación rellena los huecos, pega los conductores entre sí y a la ranura, sella contra la humedad y mejora la transferencia térmica. El proceso:

Precalentar el estator para eliminar humedad y que el barniz penetre; el valor lo da la ficha del barniz.
Impregnar por inmersión, o por goteo mientras gira, hasta que deje de burbujear y chorrear.
Escurrir el exceso, limpiar el diámetro interior y las caras de apoyo con solvente.
Hornear a la temperatura y el tiempo del fabricante, hasta que el barniz cure y se endurezca. El curado es una reacción química: apurarlo con más temperatura estropea el barniz.

Una segunda impregnación es habitual en ambientes húmedos o motores sumergibles. No se barniza nada antes de ensayar la resistencia, el aislamiento y el campo giratorio: después del curado ya no hay vuelta atrás.

06Reparar: cuándo rebobinar y qué ensayar después

Qué dice el bobinado quemado

Antes de desarmar, el aspecto del bobinado indica la causa. Si se rebobina sin corregir la causa, el motor vuelve a quemarse.

Lo que se ve	Causa probable	Qué corregir
Todo el bobinado oscurecido y quebradizo, parejo	Sobrecarga sostenida o ventilación obstruida.	La carga mecánica, el ajuste del relé térmico, el estado del ventilador y las aletas.
Dos fases quemadas y una sana (estrella)	Falta de una fase: se funde un fusible o se abre un contacto.	Fusible o contactor; protección contra falta de fase.
Una fase quemada (triángulo)	Falta de una fase.	Igual que el anterior.
Una bobina o un grupo quemados, el resto sano	Cortocircuito entre espiras, por esmalte dañado o por una sobretensión.	Alimentación y picos de tensión; que el esmalte nuevo no se haya pelado al insertar.
Quemadura en una ranura, con el hierro marcado	Falla a masa.	Aislación de ranura y humedad.
Cabezas quemadas entre dos fases	Falla entre fases en las cabezas, a menudo por faltar separadores.	Separadores de fase.
Rotor que roza el estator, núcleo marcado	Rodamientos gastados o eje torcido.	Rodamientos y alineación; el núcleo marcado puede no servir.

¿Conviene rebobinar?

Rebobinar es una decisión técnica y económica. Conviene si el núcleo está sano, si hay un taller que garantice el trabajo con materiales de la clase adecuada y si el costo, en la vida que le queda al motor, es menor que el de uno nuevo. A potencias chicas, un motor nuevo suele costar poco más que el rebobinado. A potencias medias y grandes, rebobinar casi siempre conviene. El método para decidirlo, con costos anuales equivalentes, está en Gestión del mantenimiento. Un rebobinado bien hecho conserva el rendimiento del motor: los estudios de EASA y AEMT (2003) sobre rebobinados con buenas prácticas no encontraron pérdida apreciable; uno mal hecho, con el núcleo recalentado o con menos cobre, puede perder uno o más puntos y gastar más energía todos los años.

Ensayos después de rebobinar

Se hacen en este orden, y ninguno se saltea: cada uno detecta una falla que los otros no ven. Cómo se mide cada magnitud está en Ensayos de motores y transformadores.

Ensayo	Cómo se hace	Qué detecta y criterio
1 · Resistencia por fase	Con puente o microhmímetro, en continua y con poca corriente, antes de impregnar. Se anota la temperatura.	Espiras de más o de menos, conexiones flojas, grupos mal unidos. Las tres fases deben coincidir (diferencia de pocos por ciento, como máximo 2 %) y con el valor calculado.
2 · Aislación a masa	Megóhmetro de 500 V continua entre cada fase y la carcasa, con las otras dos a masa, durante 1 minuto.	Aislación dañada o húmeda. En un bobinado nuevo y seco se esperan centenares de MΩ; el mínimo para uno en servicio es de 5 MΩ (IEEE 43), y es solo el piso.
3 · Índice de polarización	Cociente entre la lectura a 10 minutos y a 1 minuto, con el mismo megóhmetro.	Humedad y suciedad en la aislación. Se pide al menos 2 en las clases B, F y H (IEEE 43).
*4 · Entre espiras (impulso o surge)*	Un equipo aplica pulsos de alta tensión a cada fase y muestra sobre la pantalla la onda oscilatoria; se superponen las de dos fases.	Espiras en cortocircuito. Las ondas deben coincidir; si una se corre y se amortigua, hay espiras en corto. Lo hace el taller con el equipo y personal adecuados.
5 · Campo giratorio	Con el estator solo y tensión muy reducida, subida desde cero con un variac y vigilando la corriente, se apoya una bolilla de acero o una brújula en el hueco.	La bolilla debe girar sin trabarse y con la fase en el orden esperado. Una brújula revela la alternancia de polos. Un polo o grupo invertido se ve acá.
6 · Marcha en vacío	Con el motor armado, a tensión nominal, durante unos 30 minutos. Se miden corrientes de las tres fases, temperatura, ruido y vibración.	Corrientes parejas (pocos por ciento de diferencia), de 40 a 60 % de la nominal en un 4 polos de esta potencia; si son muy altas, faltan espiras o están mal; si son muy bajas, hay de más. Sentido de giro y ruido normales.

Ejemplo · Resistencias del motor de 4 kW rebobinado

Con el motor de la sección 03, $R_{20} = 1,223 Ω$ por fase; en el taller, a 28 °C, se espera $R_{28} = 1,261 Ω$ . Se mide cada fase por separado, antes de unir las salidas, y da 1,26 – 1,25 – 1,27 Ω: el promedio es 1,26 y la mayor desviación, $\frac{0,01}{1,26} = 0,8 %$ . Todo en orden.

Si la fase $W$ diera 1,19 Ω, la diferencia con el valor esperado sería $\frac{1,26 - 1,19}{1,26} = 5,6 %$ , que equivale a $\frac{8}{144} = 5,6 %$ de las espiras: faltan 8 espiras, un tercio de una bobina. No se puede impregnar: hay que abrir, buscar la bobina mal hecha y corregirla. Si fuera una bobina entera, la diferencia sería $\frac{24}{144} = 16,7 %$ .

Un valor de aislación de 800 MΩ a 1 minuto y 2000 MΩ a 10 minutos da un índice de polarización de $\frac{2000}{800} = 2,5$ : cumple el 2 mínimo.

Los ensayos también son un riesgo

El megóhmetro entrega 500 V o más: después de medir, se descarga el bobinado poniéndolo a masa unos minutos. El ensayo de impulso aplica pulsos de miles de volts y se hace con el equipo y la protección del fabricante, solo si se conoce el procedimiento. Para el campo giratorio y la marcha en vacío, el motor se sujeta a la mesa y el eje queda cubierto, y las conexiones se hacen con la alimentación desconectada.

07En el taller

Práctica 1 · Relevar un bobinado

Sobre un estator trifásico desbobinado por mitades o con una cabeza abierta: contar las ranuras, calcular $q$ , $τ$ y $α$ , completar la planilla de datos de la sección 04 y dibujar el esquema desplegado, con una fase de cada color. Criterio: el esquema debe dar cuatro polos y las tres fases corridas 120° eléctricos.

Práctica 2 · Hacer y probar una bobina

Con alambre esmaltado de 0,6 a 1 mm, un molde y una bobinadora con contador, hacer tres bobinas iguales de 20 espiras. Medir la resistencia de cada una con un puente. Criterio: diferencias menores de 2 % entre bobinas, sin esmalte pelado y con la bobina atada.

Práctica 3 · Rebobinar un estator chico

Materiales: estator de 24 o 36 ranuras, funda de ranura de la clase indicada, cuñas, alambre, cinta, tubo aislante y barniz. Aislar, insertar los grupos según el esquema, cerrar con cuñas y separar las fases. Medir la resistencia de las tres fases antes de impregnar. Criterio: diferencia entre fases menor de 2 % y aislación mayor de 100 MΩ.

Práctica 4 · Probar el campo y poner en marcha

Con el estator rebobinado y antes de impregnar, alimentar con tensión reducida a través de un variac y comprobar con la bolilla que el campo gira. Después del barniz y el horneado, armar el motor y hacerlo funcionar en vacío: medir las tres corrientes, el ruido y la temperatura. Anotar todo y comparar con los valores esperados.

08Errores frecuentes

Error	Consecuencia
Cortar el bobinado sin dibujar el esquema ni contar las espiras	Se pierde el dato. Hay que rediseñar el bobinado o adivinarlo.
Pasarse de temperatura en el horno de pirólisis	Se daña el aislante entre chapas: el núcleo pierde calidad y el motor consume más y se calienta aunque el bobinado sea nuevo.
Usar aislación de clase inferior a la del motor	Se degrada con el calor y el motor se quema antes de lo esperado.
Alambre de sección menor a la original	Mayor densidad de corriente, más calentamiento y menos vida útil.
Alambre de sección mayor que la original	No entra en la ranura, o se pela el esmalte al forzarlo.
Un grupo invertido al conectar	Polos mal alternados: corriente desbalanceada, vibración y par nulo.
Barnizar sin ensayar antes	Cualquier error ya no se puede corregir sin sacar el bobinado.
Rebobinar sin buscar la causa de la falla	El motor vuelve a quemarse por el mismo motivo.
Medir la aislación sin descargar después	El bobinado queda cargado y puede dar descarga.

09Autoevaluación

Un estator tiene 48 ranuras y 4 polos, trifásico. ¿Cuántas ranuras por polo y fase tiene y cuál es el paso polar?

$q = \frac{48}{4 \cdot 3} = 4$ ranuras por polo y fase, y $τ = \frac{48}{4} = 12$ ranuras. El ángulo eléctrico entre ranuras es $α = \frac{2 \cdot 360}{48} = 15 °$ y las fases se corren $\frac{120}{15} = 8$ ranuras.

¿Cuántas bobinas y cuántos grupos tiene un bobinado de una capa y 36 ranuras, 4 polos, trifásico? ¿Y de dos capas?

Una capa: 18 bobinas en 6 grupos de 3. Dos capas: 36 bobinas en 12 grupos de 3. Cada grupo tiene $q = 3$ bobinas.

¿Qué diferencia hay entre un bobinado concéntrico y uno imbricado?

En el concéntrico las bobinas de un grupo están anidadas y tienen pasos distintos; el promedio es el paso polar. En el imbricado todas las bobinas son iguales y cada una está corrida una ranura de la anterior. El imbricado usa un solo molde; el concéntrico se inserta con máquina.

¿Cómo se conectan los grupos de una fase en un bobinado de una capa y en uno de dos capas?

En una capa hay $p$ grupos por fase, todos recorridos en el mismo sentido: final de un grupo con principio del siguiente. En dos capas hay $2 p$ grupos y los vecinos van en sentidos opuestos: final con final y principio con principio.

Un motor de 380 V estrella tiene 22 espiras por bobina de alambre de 0,75 mm. ¿Qué datos lleva para 220 V en estrella?

Las espiras bajan en proporción a la tensión: $22 \cdot \frac{220}{380} = 12,7$ , o sea 13. La sección sube en proporción inversa: $0,442 \cdot \frac{380}{220}$ $= 0,763 mm²$ , un alambre de 1,0 mm. El cobre total de la ranura se conserva.

Al rebobinar, las tres fases dan 1,26 – 1,25 – 1,19 Ω y se esperaba 1,26 Ω. ¿Qué pasa y qué se hace?

La tercera fase tiene $\frac{1,26 - 1,19}{1,26} = 5,6 %$ menos resistencia: le faltan espiras. No se impregna: se revisa esa fase, se encuentra la bobina mal hecha (contada de menos) y se rehace.

¿Por qué el material de aislación del rebobinado no puede ser de una clase térmica inferior a la del motor?

Porque con la carga nominal el bobinado alcanza la temperatura de su clase. Un material de clase menor se degrada con ese calor, pierde rigidez dieléctrica y el motor falla por aislación antes de lo esperado. Sí puede ser de una clase superior.

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