Qualitat i seguretat de màquines elèctriques rotatives de corrent altern

La part que s’encarrega de la qualitat és el sentit comú envers les necessitats del mercat.

Per poder estandarditzar la construcció d’equips elèctrics, com dimensions físiques, característiques constructives i d’operació, condicions de seguretat, condicions de servei i medi ambient i la simbologia utilitzada en la representació d’equips i sistemes, s’han creat les normes tècniques. En projectes elèctrics, les normes indiquen des de la manera com s’han de fer les representacions gràfiques, fins a especificar les formes de muntatge i prova a què s’han de sotmetre els equips.

Hi ha organismes internacionals, com:

• IEC: International Electrotechnical Commission
• CIE o ICI: Commission International de l’Eclairage o International Commission of Illumination
• ANSI: American National Standards Institute
• ISO: International Organization for Standardization
• IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

Actualment, tot el que no preveu internacionalment l’ISO (gestió i procediments) ho fa l’IEC (normes).

Després, hi ha organitzacions més comunes en continents, com les americanes o asiàtiques:

• NEC: National Electrical Code (EUA)
• NEMA: National Electrical Manufacturers Association (EUA)
• JEC: Japanese Electrotechnical Committee (Japó)

Dins de les normes europees, algunes de les més conegudes al nostre país són:

• DIN: Deutsches Institut für Normung; normes alemanyes generals, dins de les quals les normes VDE (Verband der Elektrotechnik und Elektronik mit Informationen über die Mitglieder) es dediquen als equips elèctrics. El seu àmbit d’influència ha acabat essent pràcticament paneuropeu.
• BS: British Standard (Gran Bretanya)
• UTE: Union Technique d’Electricité (França)
• IEC: International Electrotechnical Comisión (Europa)

I cada país té les seves pròpies normes, desenvolupades d’acord amb les necessitats i experiències acumulades pels especialistes, com són, al nostre país:

• AENOR: Associació Espanyola de Normalització
• UNE: Una Norma Espanyola
• ITC-BT: Instruccions Tècniques Complementàries de Baixa Tensió
• NTE: Normes Tecnològiques en l’Edificació

La normativa sobre les màquines elèctriques té dos grans camps d’aplicació: la fabricació, per un costat, en què ja es recullen per mitjà de molts assajos predictius unes característiques tècniques, que posteriorment són les bases del manteniment, i de l’altre el muntatge o instal·lació, que s’utilitzen per muntar els plànols de manteniment i per a la diagnosi.

Les normatives estan ben definides, encara que de vegades en la normativa d’un dels camps aparegui alguna reglamentació específica de l’altre camp, com per exemple en les instruccions tècniques complementàries, que estableixen les normes de muntatge i posada en marxa de les màquines: hi ha normes que parlen de la tipologia de les màquines, qüestió que ha estat concebuda en la fabricació.

Els fabricants de materials i màquines compliran els requisits pertinents de materials i procediments; durant el procés de fabricació, i sobretot una vegada fabricades, les màquines se sotmetran a uns assajos de verificació que les classificaran amb unes corbes i característiques de qualitat, i que posteriorment quedaran com a part de la documentació tècnica de la màquina. Es tracta de detectar amb anticipació errades greus, i poder optimitzar les tasques de diagnòstic i tendències.

Aquests assajos es registren en un document intern com el mostrat en la taula, i es comparen amb el comportament ideal.

Finalment, tots aquests registres s’especifiquen en fulls de seguiment (taula) on es dictamina l’estat, la previsió o la retirada de la màquina si fos necessari.

En la documentació tècnica apareixeran les proves fetes; algunes figuren amb un símbol representatiu com el de la figura.

A la figura apareix una prova d’estanquitat.

Imatge cortesia de http://www.motors-electrics.com/

Les corbes característiques també s’obtenen en assajos; els assajos són el mitjà i les corbes són les especificacions de qualitat.

Altres proves s’abreugen o representen amb sigles i nombres:

• IM (index mounting), representen la forma constructiva.
• IC (index cooling), representen la ventilació.
• IP (index protection), representen el tipus de protecció.

Totes aquestes proves són característiques de la classe d’assajos que han passat les màquines segons l’IEC 60034-6 i 60034-7.

La taula mostra un fragment d’una taula comercial amb algunes de les normes i peticions pertinents que compleixen les màquines, i que trobem a la documentació tècnica del fabricant.

A la figura veieu un formulari comercial amb altres dades per fer peticions de comandes.

Imatge cortesia de SIEMENS (http://www.siemens.es/)

La figura i figura mostren el posicionament i els resultats de l’assaig DIN-ISO 2372/0680; són normes per a l’equilibrament dinàmic i el mètode Half Key (mitja claveta).

Imatge cortesia de http://www.motors-electrics.com/

Imatge cortesia de http://www.motors-electrics.com/

La ventilació forçada també complirà la seva norma de tolerància DIN-EN-60034-1 (figura).

Imatge cortesia de SIEMENS (http://www.siemens.es/)

La norma IEC 60034-2-1, adoptada com a norma UNE, presenta grans similituds amb la norma americana, principalment en el mode de determinació de pèrdues addicionals en càrrega i en la inclusió de nous procediments per a la determinació. Aquesta norma inclou diversos mètodes i procediments per a la determinació del rendiment, indicats en el fragment de taula comercial mostrat a la taula, on es destaca la necessitat característica bàsica d’equipament en cada mètode.

Moltes de les normes tenen convalidacions o equivalències amb les normes internacionals sobre motors, com es pot veure al fragment de taula mostrat a la taula.

La norma UNE-EN 60034-7, per exemple, especifica les diferents formes constructives de fixació dels motors i la situació de la placa de borns a la carcassa (figura).

La qualitat en el manteniment, quant a tasques i temps, es deriva bàsicament de la documentació aportada pels fabricants, amb dades com ara el temps de vida útil. Es complementa amb les normatives d’instal·lació. Amb aquesta documentació i amb les tècniques de manteniment es confeccionen els plans de manteniment, que juntament amb els procediments normalitzats, integren la gestió del manteniment, i es fan certificar per part de l’organisme autoritzat. La figura mostra el temps de vida estimada en funció de la vibració del motor.

Les normes EN 60898 i EN 60947 regulen els temps de disparament tèrmic i magnètic.

La classe de servei (S de 2 a 10) especifica l’ús i la freqüència d’ús, i apareix a la placa.

En el sistema de qualitat és important que tota acció quedi registrada.

Si bé és cert que la freqüència dels accidents elèctrics és relativament baixa, el seu índex de gravetat, en què es pot arribar a la mort, té una proporció molt alta. Els accidents produïts per l’electricitat representen:

• El 0,3% del total dels accidents de treball amb baixa laboral associada
• L’1% dels accidents que provoquen incapacitats permanents
• El 4% dels accidents mortals

La falta de coneixements i de precaucions adequades en l’ús de l’electricitat creen riscos que poden derivar en accidents. S’entén per risc elèctric la possibilitat que circuli un corrent elèctric pel cos humà. Els factors que s’han de complir perquè circuli el corrent elèctric són dos:

• Que hi hagi una tensió elèctrica.
• Que el circuit sigui o pugui ser tancat.

La gravetat de l’accident, que pot arribar a l’electrocució, es pot mesurar mitjançant dos factors:

1. Temps de contacte
2. Intensitat del corrent

Aquests dos conceptes condicionen el grau de les lesions produïdes, encara que altres factors també poden influir en el risc elèctric (humitat, presència d’agents químics, etc.).

El temps màxim de contacte o llindar absolut del temps en què no es pot produir la fibril·lació del cor és de 0,03 segons. Per a temps d’1 a 3 segons de durada dels contactes elèctrics, la fibril·lació es produeix per a intensitats a partir de 50 mA.

La resistència mínima del cos és 1.000 Ω. La intensitat màxima suportable pel cos sense risc de dany és 25 mA.

Si multipliquem les dues ens dóna la tensió màxima que es pot produir en extrems del cos, que és precisament la tensió que autoritza el Reglament electrotècnic per a baixa tensió en locals humits o molls.

El perill real amb l’electricitat ve quan es forma un pas entre els punts on hi ha la tensió i una part del cos: la tensió per si sola no té influència decisiva, però sí amb relació a la resistència que posi el cos humà al pas del corrent que aquella tensió porta associat.

La resistència del cos és un factor molt variable (de 500 Ω a 100 kΩ). La resistència de l’organisme al pas del corrent elèctric depèn del següent:

• La resistència pròpia de la pell
• La resistència interna del cos.

La quantitat de corrent que passarà pel cos es pot saber per la llei d’Ohm: a mesura que augmenta la resistència, si la tensió és invariable i constant, disminueixen les conseqüències. Interessa augmentar la resistència.

El corrent elèctric s’estableix sempre entre els punts de contacte de menys resistència.

Els recorreguts per al corrent més perillosos en un contacte sobre el cos humà són els que afecten al capdavant, tòrax i cor, i són els següents:

1. Mà - peu o viceversa
2. Mà - cap
3. Mà dreta - mà esquerra
4. Peu dret - peu esquerre

En la figura podeu observar els possibles recorreguts del corrent a través del cos humà.

Les companyies subministradores espanyoles subministren corrent altern de 50 Hz. Per a freqüències superiors a aquesta, calen intensitats de corrent majors per produir els mateixos efectes nocius.

No s’ha d’oblidar que la capacitat de reacció de l’individu que rep una descàrrega elèctrica és un factor variable en funció del següent:

• Estat anímic
• Edat
• Sexe
• Etc.

El següent augmenta la sensibilitat als efectes del corrent elèctric:

• Gana
• Set
• Son
• Fatiga
• Embriaguesa
• Por

Les persones adormides resisteixen millor el corrent elèctric que despertes.

Les mesures de seguretat per prevenir accidents elèctrics poden ser:

• Mesures informatives
• Mesures protectores

La seguretat és qüestió de tot el personal. Les mesures informatives són de dues classes:

1. Informació dels riscos: amb els senyals de perill que van dirigits a tothom.
2. Informació al personal: tots els treballadors relacionats amb l’electricitat han de ser instruïts dels riscos que comporta el seu treball i de les precaucions que han d’adoptar per combatre’ls.

Aquesta informació comprèn les normes generals de seguretat en matèria d’instal·lacions elèctriques i a més les pròpies de les feines que duen a terme els operaris.

Les mesures protectores poden anar adreçades al següent:

1. Personal: els mitjans utilitzats pels treballadors de la indústria elèctrica per a aquesta protecció elèctrica, són els següents:
   • Casc protector
   • Perxes de maniobra
   • Guants aïllants
   • Banquetes aïllants
   • Calçat aïllant
   • Eines amb mànec aïllant
2. Instal·lacions: les proteccions a les instal·lacions elèctriques tenen per objecte reduir els riscos. Les més emprades són les següents:
   • Presa de terra de les parts metàl·liques que no han d’estar en tensió
   • Aïllament amb tanques de les instal·lacions d’alta tensió
   • Muntatge d’interruptors diferencials a les instal·lacions de baixa tensió
   • Utilització de tensions de seguretat

S’ha de tenir en compte que l’absència d’accidents durant el funcionament d’una màquina sense els mitjans de protecció necessaris durant un temps determinat no significa que les parts o mòbils de la màquina no siguin perillosos.

El principi fonamental és que, llevat que la posició mateixa del punt o zona de perill en garanteixi la seguretat, les màquines han d’estar proveïdes d’un dispositiu adequat que elimini o redueixi el perill abans que es pugui accedir a aquest punt o zona de perill.

Aquest principi fonamental es pot desglossar en els 3 següents:

1. El punt o zona de perill ha de ser segur per la seva pròpia posició o per la col·locació a la màquina.
2. La protecció que impedeixi o dificulti l’accés al punt o zona de perill.
3. La màquina ha d’estar proveïda d’un adequat medi de protecció, que elimini o redueixi el perill abans que pugui arribar al punt o zona de perill.

Com que és difícil garantir que la màquina està dissenyada de manera segura, s’han de preveure els mitjans de protecció adequats, allà on sigui raonablement previsible l’existència d’un possible punt o zona de perill. A la figura es mostren alguns senyals de perill elèctric.

Per establir el grau de seguretat en una màquina s’ha de seguir un mètode que reculli els punts següents:

1. Descripció dels perills: una màquina pot generar perills molt diversos:
   • Perills mecànics, que poden donar lloc a lesions per aixafada, tall, enganxada, impacte, fricció, abrasió, projeccions, etc. Aquests perills solen estar condicionats per la forma de les màquines, els òrgans en moviment, la seva resistència, la seva velocitat, etc.
   • Perills elèctrics, com a conseqüència de contactes directes o indirectes, per fenòmens electrostàtics o per sobrecàrregues.
   • Perills tèrmics, que donen lloc a cremades provocades per materials o peces a molt alta o baixa temperatura.
   • Perills originats per sorolls, vibracions o radiacions.
   • Perills produïts per materials o substàncies utilitzades en els processos, i que poden donar lloc a inhalacions i intoxicacions.
   • Perills deguts a defectes en un deficient disseny ergonòmic dels llocs de treball que provoquen fatigues innecessàries.
2. Zonificar les màquines: cal dividir la màquina en diferents subconjunts per poder analitzar-los independentment. Podem considerar 7 zones diferents:
   • I: punt d’operació. Lloc on es du a terme el treball.
   • II: part cinètica. Motor, transmissions, etc.
   • III: peça per treballar. La peça pròpiament dita.
   • IV: alimentació. Sistemes d’alimentació.
   • V: serveis auxiliars. Refrigeració, greixatge, etc.
   • VI: òrgans de control. D’energia, de serveis, etc.
   • VII: entorn ambient. Entorn del lloc de treball.
3. Establir la correlació zones-perill: mitjançant una fitxa podem descobrir les zones sense risc i les que sí que representen algun risc. En aquest últim cas hem de conèixer el grau de protecció de les zones esmentades.
4. Selecció d’accions correctores: quan es planteja una mesura de seguretat, hem de tenir en compte que s’ha de mantenir un equilibri entre el següent:
   • La fiabilitat de la mesura
   • El cost econòmic
   • Els inconvenients que dóna la mesura

La primera pregunta que ens hem de plantejar per analitzar les mesures de seguretat en les màquines és si aquestes estan o no integrades a la màquina.

La normativa vigent de seguretat en les màquines estableix la prevenció integrada, ja que han d’estar dissenyades de manera que les persones no estiguin exposades a risc. Cal utilitzar-les, muntar-les i fer el manteniment d’acord amb les condicions previstes pel fabricant.

Aquestes condicions han de tenir en compte les consideracions següents:

• Ser resistents a ruptures durant el servei.
• Subjecció de certes parts de les màquines que poden incidir en les persones.
• Evitar les caigudes de les màquines per manca d’estabilitat.
• Eliminar arestes agudes o tallants.
• Evitar les caigudes a diferent nivell.
• Evitar contactes amb superfícies calentes o fredes.
• Prendre mesures per evitar els incendis.
• Evitar la projecció de líquids, gasos i vapors.
• Subjecció de les peces per treballar.
• Protecció dels òrgans de transmissió.
• Tenir en compte els elements i peces mòbils.
• Considerar l’alimentació d’energia elèctrica.
• Considerar les canonades a pressió.
• Controlar els agents químics i físics.
• Estudiar un disseny ergonòmic.
• Que hi hagi facilitat d’accés als llocs de comandament.
• Disseny en el manteniment i ajustament.
• Protecció en el punt d’operació:
  • Eliminació i reducció de riscos
  • Protecció
  • Advertència
  • Dispositius suplementaris

Tant en l’àmbit laboral com en la vida quotidiana és freqüent l’ús d’eines manuals.

La utilització correcta és fonamental per evitar accidents, ja que un ús inadequat provoca:

• 8% dels accidents lleus,
• 3% dels accidents greus,
• 0,3% dels accidents mortals.

La part del cos més afectada pels accidents són les mans (en un 30% dels accidents).

Les eines manuals:

• Només s’han d’emprar per a la finalitat per a la qual van ser creades.
• No s’han d’usar si es troben en mal estat o tenen defectes que en dificultin la utilització, com ara desgast, etc.
• Eines i mans han d’estar perfectament netes, per a una subjecció correcta.

Vegem les normes que s’han de tenir en compte per treballar amb seguretat amb diferents tipus d’eines.

• Alicates (figura):
  • No s’han d’utilitzar per estrènyer o afluixar femelles, ja que, a més de fer esforços anormals, s’arrodoneixen les femelles.
  • Si s’utilitzen amb elements sotmesos a tensió, han d’estar aïllades.
  • S’han d’utilitzar amb la finalitat per a la qual van ser creades (per exemple, no utilitzar-les com a martell).

Imatge: Jarod Carruthers a http://goo.gl/5cmGm

• Tornavisos (figura):
  • Tenen una funció ben definida: cargolar i descargolar.
  • No s’han d’emprar com a palanca o cisell, ni per perforar.
  • El xamfrà ha de permetre l’adaptació als cargols.
  • Cal utilitzar l’adequat a cada tipus de ranura.
  • Cal substituir-los quan el mànec estigui espatllat.
  • No s’ha de subjectar la peça amb el palmell de la mà, ja que si el tornavís rellisca pot provocar l’accident.

Imatge: Vaguely Artistic a http://goo.gl/LiFDJ

• Amb les eines elèctriques portàtils, com la de la figura, cal:
  • Inspeccionar periòdicament els endolls i allargadors: revisar la funda protectora dels fils i les connexions de les clavilles.
  • Evitar posar aquest tipus d’eines sobre llocs humits.
  • Efectuar les preses de corrent amb clavilles normalitzades, mai directament sobre els cables.
  • En utilitzar eines giratòries (esmoladores, polidores…) mantenir-se fora del radi de rotació del disc.
  • En llocs humits o en locals on se sua molt, utilitzar transformadors que redueixin la tensió a menys de 50 V.

Imatge: aseba a http://goo.gl/0QAeG

• Pel que fa a les eines pneumàtiques portàtils, com les de la figura, cal:
  • Vigilar periòdicament que els ràcords i l’eina estiguin ben acoblats a la màquina en qüestió.
  • Mantenir les mànegues d’aire comprimit fora dels passadissos i zones de passada per evitar ensopegar-hi o que puguin ser atrapades per rodes de vehicles.
  • Mai no s’ha de doblegar la mànega per tallar l’aire, sinó que s’ha d’interrompre des de la font d’alimentació.
  • No dirigir l’aire a pressió cap a les persones.

Imatge: chiaraogan a http://goo.gl/CMqlR

• Les llimes, mostrades a la figura:
  • Són d’acer temperat, per la qual cosa poden resultar fràgils. Resulta molt perillós copejar o fer palanca amb una llima, ja que es pot trencar.
  • Han d’estar proveïdes d’un mànec amb abraçadora.
  • Cal introduir al mànec la longitud adequada i de manera que quedi alineada amb el seu eix.
  • Han d’estar netes.

Imatge: CosmoCAX a http://goo.gl/elYTQ

• A la figura veiem les serres, amb què hem de tenir el manteniment següent:
  • Les dents han d’estar en bones condicions.
  • Les serres de metalls han d’estar tensades convenientment.
  • Cal immobilitzar la peça que es vol tallar. En començar el tall es guiarà la fulla amb el polze fins que comenci a tallar, i a continuació es retirarà.
  • Cal no fer una força excessiva que pugui fer que la fulla es doblegui o es trenqui.
  • Cal desar-les en fundes adequades per evitar talls accidentals.

Imatge: jwcline a http://goo.gl/JAdzz

• Les claus, com les de la figura:
  • Les claus fixes i les ajustables o angleses s’ampren per estrènyer o afluixar femelles.
  • Les seves dimensions permeten fer manualment el major esforç que poden suportar, per la qual cosa no s’han d’utilitzar accessoris com ara tubs per augmentar la força.
  • S’han d’adaptar perfectament al capdavant del cargol, i col·locar-se perpendicularment a l’eix del cargol.
  • En usar claus angleses, la mandíbula fixa cal col·locar-la al costat oposat a la direcció del moviment que s’efectua.
  • És més segur estirar la clau que empènyer-la.

Imatge: sgrace a http://goo.gl/Af66j

• A la figura tenim les tenalles:
  • S’empren per arrencar claus i tallar filferros i peces metàl·liques de resistència i seccions reduïdes.
  • Algunes no estan dissenyades per subjectar peces.
  • Els seus braços han de deixar l’espai suficient perquè l’operari no s’enganxi els dits.
  • No s’han d’utilitzar com a martell.

Imatge: Noel C. Hankamer a http://goo.gl/F6STJ

S’entén per electricitat estàtica aquella que es produeix quan es freguen dues substàncies de diferents constants dielèctriques i almenys una no és conductora.

Aquest fenomen pot ocasionar una descàrrega. Això passa amb certa facilitat i freqüència, per la qual cosa els riscos que se’n deriven són elevats.

Algunes situacions en les quals amb freqüència es produeix electricitat estàtica són:

• Transport de fluids per canonades
• Fabricació de paper
• Pintar objectes amb pistola per polvorització
• Etc.

L’efecte de les càrregues elèctriques sobre les persones no té més transcendència que la molèstia que se sent en el moment de saltar l’espurna. El veritable risc és l’incendi o explosió que es pot presentar quan a l’ambient hi ha pols, gasos o vapors inflamables o explosius.

Per evitar aquest risc convé establir unes sèrie de mesures preventives, com ara:

• Presa de terra per a cisternes d’emmagatzemament i transport.
• Bona ventilació, per evitar l’acumulació de vapors inflamables.
• Manteniment adequat del grau d’humitat dels locals. Es mantindrà la humitat relativa de l’aire sobre un 50%.

Les proteccions contra sobreintensitats i curtcircuits es dimensionen amb les instruccions ITC-BT-22 i 32.

Segons la ITC-BT-47 els conductors d’alimentació d’un motor s’han de dimensionar un 125% de la intensitat a plena càrrega del motor.

En la ITC-BT-47 s’estableixen les normes d’arrencada dels motors.

Tots els materials compliran unes normes derivades del bon fer, la qualitat i la seguretat; per exemple, els elements per fer actuar els motors, com els contactors, compleixen les categories d’utilització IEC 60 947 (VDE 0660) AC, categoria d’ús per a voltatges AC:

• AC-1. Càrregues no inductives o feblement inductives
• AC-2. Motors d’anells arrossegants: arrencada, aturada
• AC-3. Motors d’inducció de gàbia d’esquirol: arrencada, desacceleració i tall en funcionament
• AC-4. Motors d’inducció de gàbia d’esquirol: servei intermitent, inversió de gir