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Centro de formación IM-02 Nivel 2 1 / 49
MODULO 9. MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS
Los motores eléctricos: nuestros desconocidos amigos
BOMBAS PARA APLICACIONES ESPECIFICAS. REQUISITOS GENERALES
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Objetivos del motor
Un motor tiene estos tres objetivos:1. Arrancar asimismo y a la bomba acoplada2. Accionar la bomba según las distintas cargas que ésta solicite y...3. Sobrevivir a las agresiones del ambiente que le rodea.
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Definición de motor eléctrico
¿Qué es un motor eléctrico?
Un motor eléctrico es una máquina transformadora de energía que convierte energía eléctrica en energía mecánica.
Energíamecánica
par M,velocidad n
El motor eléctrico da todo lo que puede, su máximo, y si se le pide
más...
Nos dirá adiós... sin despedirse.
EnergíaEléctrica
Tensión V, frecuencia f
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Nobleza del motor eléctrico
El motor eléctrico es una máquina de gran nobleza con unos pocos puntos débiles:
Calentamiento de bobinadoSobretensión de bobinado
Aprenderemos como cuidar esos puntos débiles para tener larga vida de motor
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Tipos de motores eléctricos
CORRIENTE CONTINUA (c.c.)ajuste fino de velocidad
CORRIENTE ALTERNA (c.a.) síncronos
velocidad cte. con la frecuencia de la red (velocidad síncrona)ventajas en potencias grandes (alto rendimiento)
asíncronos o de induccción (son más robustos y baratos).– rotor bobinado– rotor de jaula = rotor en cortocircuito– especiales: servomotores para aplicaciones de máquina
herramienta, etc.
Tipos según valor de tensión:– baja tensión: <1000V– media tensión: >1000V
90% de los motores
fabricados; sólo se usa otro tipo
de motor cuando algún tipo de peculiaridad determine tal
necesidad
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Partes del motor eléctrico
Caja de bornes Placa de bornesPunto de engrase
Punto de engrase
Plato soporte o escudo lado contrario accionamien-to (LCA/LOA)
Estator
Extremo de eje
Rodamiento LOA
Chaveta
Ventilador
Plato soporte o escudo lado accionamiento (LA)
Protección del ventilador
Patas Rotor Carcasa
Rodamiento LA
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Potencia nominal y par motor
P2=Pot [W] = √3 x UN x IN x cos ϕ x η
UN tensión en VIN intensidad nominal en Acos phi factor de potenciaη rendimiento en tanto por uno
Pot [W] = M x n 9,55
M par motor en Nmn velocidad nominal en r.p.m.
P o t e n c i a n o m i n a l d e s a l i d a o p o t e n c i a m ecá n i c a :
R e l a c i ó n p a r - p o t e n c i a
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Calentamiento
¿Porqué se calienta un motor?Hay varias razones para ello:
Pérdidas en el estator=K1*In*R1^2
Pérdidas en el rotor=K2*I2*R2^2
Pérdidas magnéticas en chapas ~ K Fe * B2
Calentamiento de rodamientos
Por tanto, el motor se calienta y plantea dos preguntas:
- ¿Resistirá el aislamiento del devanado?
- ¿Como eliminar el calor?
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Clases de aislamiento-calentamiento
KT = temperatura del medio refrigerante (aire)GÜT = sobretemperatura límite (valor medio)GT = temperatura permanente máxima (punto más caliente)
Si la temperatura en el aislante permanece por debajo del máximo, el aislamiento durará
un tiempo suficientemente aceptable.
80
40
130ºC
105
40
155ºC
125
40
180ºC
10
10
15
KT
GÜTGT
180155130GT ºC
12510580GÜT ºC
404040KT ºC
HFBClase
B F H El tipo de aislamiento permite un calentamiento máximo
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Clase de servicio y Factor de servicio
Los motores de catálogo están dimensionados para servicio continuo S1 (servicio con carga permanente)
La clase de servicio define el régimen de trabajo de los motores. Estan tipificados por normas:
S2 (breve duración)S3 (intermitente sin influencia del arranque)S6 (continuo con carga intermitente)
Hay otras que exigen reducción de potencia respecto a S1 que no consideramos para bombas
Existen otras clases de servicio: las que permiten aumento de potencia respecto a S1
En bombas trabajaremos siempre con clase de
servicio S1, o sea continuo
El factor de servicio SF define la capacidad del motor para entregar potencia
SF 1.0. El motor trabaja entregando como máximo su potencia nominal.SF 1.10. El motor puede trabajar entregando como máximo y continuamente el 110 % de su potencia nominal.Etc.
Viene a representar una reserva adicional de potencia como seguridad
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Formas de refrigeración
Los motores poseen de serie un ventilador de termoplástico o acero. Hay que mantener una mínima distancia desde la protección del ventilador a la pared igual a la distancia desde el tejadillo (=cubierta protectora) a la protección del ventilador. Opcionalmente, se pueden pedir los motores sin ventilador ni protección del ventilador. En ese caso, se debe garantizar un caudal mínimo de aire para refrigerar el motor.
Para eliminar el calor producido hay que refrigerar los motores
Con ventilador:IC 01 motor refrigerado por dentro con refrigeración propiaIC 411 motor refrigerado por la superficie con refrigeración propiaIC 416 motor refrigerado por la superficie con ventilador indepen-
diente (ventilación forzada).Sin ventilador
IC 410 motor autorefrigeradoIC 411 motor con ventilador independiente
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Variación de la potencia con la temperatura y altitud
Si cambian las condiciones de temperatura ambiente y altitud y se desea mantener la utilización B, se deben tener en cuenta los factores de reducción. Es decir el motor entregará menos potencia (para no calentarse indebidamente)
Temp. % Potencia Altitud % Potencia
<30 107 1000 100
40 100 1500 97
45 96 2000 94
50 92 2500 90
55 87 3000 86
60 82 3500 82
Ej: a 50ºC, pot. admisible = 0,92 x pot. nominal
Ej: a 3000m, pot. admisible = 0,86x pot. nominal
La potencia nominal que entrega un motor se garantiza con temperatura ambiente de máximo 40 ºC y altitud máxima de 1000 m snm.
AMBOS FACTORES DE REDUCCION PUEDEN SER
SIMULTANEOS
Estas tablas pueden variar ligeramente de un fabricante a otro
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Tipos de protección mecánica
IP = international protection, protección contra el efecto perjudicial de agua, cuerpos sólidos extraños y polvo
IP = XYZ
• Primera cifra (0 a 6): grado de protección contra contactos y contra penetración de cuerpos extraños
• Segunda cifra (0 a 8): grado de protección contra la penetración del agua (sin protección contra el aceite)
• Letras (W, S, M): letras distintivas adicionales para clases de protección especiales. W protección contra intemperie
.
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Tipos de protección contra contactos -1ª cifra
Diam 50 mmcontactos involuntariosde la mano
Diam 12 mmdedo de la mano
Diam 2,5 mmherramientas, alambres
Diam 1 mmpequeñas herramientas,alambres
Polvo (no hay depósitos nocivos de polvo)
Protección completacontra polvo
1 2 3
4 5 6
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Resumen Tipos de protección
IP Protección contra contactos
Protección contra cuerpos extraños
Protección contra el agua
21 Contacto con los dedos
Cuerpos sólidos extraños de un diámetro > 12 mm
Goteo de agua vertical
22 Goteo de agua hasta 15º
23 Salpicaduras de agua hasta 60º
44 Contacto con herramientas
Pequeños cuerpos extraños de un diámetro > 1mm
Salpicaduras de agua en cualquier dirección
54 Protección completa contra contactos
Residuos o depósitos de polvo nocivos
Salpicaduras de agua en cualquier dirección
55 Chorro de agua en cualquier dirección
56 Inundación temporal. Chorro fuerte
65 Protección completa contra contactos
Protección contra la penetración de polvo
Chorro de agua en cualquier dirección
67 Motor bajo condiciones de presión y tiempo sumergido en agua
67
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Tipos de protección eléctrica: térmica
PORQUE SI NO LO HACEMOS SE QUEMAN
¿PORQUÉ LOS MOTORES
DEBEN SER PROTEGIDOS
TERMICAMENTE?
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Dispositivos de protección térmica
DETECTORES O SONDAS
BIMETALICAS
TERMISTORES O SONDAS PTC
TERMORESISTENCIA-RTD-
SENSORES Pt100
Son elementos usados para evitar que se sobrepase la temperatura de diseño del devanado de los motores y se colocan en el interior de los devanados.
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0100002000030000400005000060000700008000090000
100000
0 20 40 60 80 100 120 140
DETECTORES O SONDAS
BIMETALICAS
TERMISTORES O SONDAS PTC
TERMORESISTENCIA-RTD-
SENSORES Pt100
Características de resistencia
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TERMISTORES O SONDAS PTC
Características de resistencia sondas PTC
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SI. Hay que poner un relé específico medidor de resistencia y puede actuar a un valor prefijado.
SI. Precisa de un relé para leer la resistencia y accionar a un contacto de todo o nada.
NO. Se puede llevar directamente al contactor
auxiliar de control del motor. Es todo o nada.
¿Precisa relé de actuación?
SINONO¿Mide el dispositivo?
Varía la resistencia del dispositivo según varía temperatura. Su relé lee esta resistencia y la traduce a temperatura para disparar a un valor o ser llevada a un ordenador de control
Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce una señal que es leída por el relé.
Al llegar la temperatura del devanado a un valor determinado se produce la ruptura del bimetálico
Forma de actuar
Usualmente 1 por cada fase o sea 3 por motorCantidad de elementos
Interior de las ranuras del estator. Salida a 3 o 4 hilos
Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilos
Cabezas de los bobinados. Salida a 2 hilosLugar de
colocación
TERMORESISTENCIA-RTD-SENSORES Pt100
TERMISTORES O SONDAS PTC
DETECTORES BIMETALICOSTIPO
Dispositivos de seguridad térmica
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Variación lineal aumentando la resistencia con la temperatura
A mayor temperatura mayor resistencia
A partir de cierta temperatura resistencia
infinita
Resistencia
Totalmente linealNadaAlgoLinealidad
No se debe aplicar tensiónNo se debe aplicar tensión
No se debe aplicar tensión
Tensión
Se basan en el cambio de valor óhmico de las sondas RTD que son
conductoras, especialmente Platino
Se basan la variación de resistencia con la temperatura de las sondas PTC que son semiconductores.
Calentamiento de una lámina formada por dos
metales distintos
Funcionamiento
TERMORESISTENCIA-RTD-SENSORES Pt100
TERMISTORES O SONDAS PTC
DETECTORES BIMETALICOSTIPO
Dispositivos de seguridad térmica
Centro de formación IM-02 Nivel 2 23 / 49
Resistencia de anticondensación
EN AMBIENTES HUMEDOSSi la humedad es alta y el motor está interiormente a la misma temperatura que el ambiente, entonces se puede producir condensación y por tanto posibilidad de cortocircuito en el interior del motor.Se sabe que si la temperatura del devanado del motor está al menos 5 ºK por encima de la temperatura ambiente, entonces no se producirá condensación
PARA EVITAR LA CONDENSACION SE COLOCAN LAS RESISTENCIA DE ANTICONDENSACION O RESISTENCIA DE CALDEO
FORMA DE FUNCIONAMIENTOCon el motor eléctrico apagado, la resistencia de anticondensación permanece encendida.Con el motor encendido la resistencia de anticondensación permanece apagada.
La resistencia es independiente de los bobinados del motor.La tensión suele ser más baja, 220, 115 o incluso 24 voltios y en monofásico.El consumo de esta resistencia es pequeño.Hay una en serie para todo el bobinado.
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Datos placa de características-tamaño motor
Alturade eje
Longitud
Ejemplos para: Altura de eje:180200225250...
Tamaño constructivo:180 M180 L200 L225 S225 M225 L
En el tamaño constructivo se encuentran normalizados la altura de eje y la longitud
Longitud: S = pequeñoM = medioL = largo
Centro de formación IM-02 Nivel 2 26 / 49
Conexión estrella-triangulo
La conexión en la caja de bornes se produce colocando los puentes.
U1W2
W1V2
U2 V1
U1
W1
U2
V1
V2W2
W2 U2 V2
U1 V1 W1
L1 L2 L3Conexión triángulo (Δ)
W2 U2 V2
U1 V1 W1
L1 L2 L3Conexión Y
690V
← IN/√3
400V
IN→
IN/√3 IN/√3
Centro de formación IM-02 Nivel 2 27 / 49
Esquema de conexión
El esquema de conexión se encuentra en la tapa de la caja de bornes
RESISTENCIA DE
CALDEO
TERMISTOR PTC-AVISO TERMISTOR
PTC- DESCONEXION
PT-100 RODAMIENTOS
Centro de formación IM-02 Nivel 2 28 / 49
Placas de características
T i p o d e p r o t e c c i ó n + es p a c i o p a r a p o n e r t i p o d e f r e n oT em p e r a t u r a a m b i e n t e s i e s d i f e r e n t e d e- 2 0 < T < 4 0 º C
A l t i t u d s i e s > 1 0 0 0 m
D a t o s a d i -c i o n a l e s , p . e j . d a t o s d e r een -g r a s e
O p c i o n a l : n ú m e r o d e c l i e n t e , n ú m e r o d e p ed i d o d e l c l i e n t e
Centro de formación IM-02 Nivel 2 30 / 49
Velocidades de motores asíncronos
Donde:
nsinc = velocidad del motorfe =frecuencia de la red.P = nº de polos
Relación de velocidades síncronas según pares de polos P
P 50 Hz 60 Hz
2 3000 3600
4 1500 1800
6 1000 1200
8 750 900
10 600 720
12 500 600
La velocidad nominal del motor asíncrono será la nominalsegún indicado antes menos el deslizamiento.
120 esync
fn rpmP
=
Centro de formación IM-02 Nivel 2 31 / 49
La medida de la velocidad
Si tomamos la velocidad real del motor tendremos una medida bastante aproximada de la carga real del motor
2940
2950
2960
2970
2980
2990
3000
3010
0 5 10 15 20
Centro de formación IM-02 Nivel 2 32 / 49
Curva de par velocidad
0 S
Par a plena carga
0 SVelocidad
Bomba
Par
Motor
Centro de formación IM-02 Nivel 2 33 / 49
Curva de par velocidad
Bomba
Par
MotorPar a rotor bloqueado
Par máximo
Par a plena carga
S’
El par de aceleración a cualquier velocidad S’ es
(T2 - T1)
0 SVelocidad
T2
T1
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Formas de arranque
ARRANQUE DIRECTOM
Marranque
Mminimo
MMotor
Macelerador.
Mbomba
Mnom
MBomba
nnom nSyn n
Mmaximo
MMotor
I
nnsyn
IArranque
7 x Inom
~ ~
Inominal
nnom
Características• Alto par de arranque.
• Alta intensidad de arranque.
• Tiempo de arranque breve.
Centro de formación IM-02 Nivel 2 35 / 49
Formas de arranque
M
Mfinal
n
MMotor at ∆
MMotor at
nSynnratedn
MA∆
MA
=1/3MA∆
nSynnratedn
I
n
IA∆
IA=1/3IA∆
Intens idad ∆
Intensidad en / ∆ -Start
ARRANQUE ESTRELLA-TRIANGULO Características
• El par de arranque se reduce a 1/3.• La intensidad de arranque se reduce a 1/3.
• Hay que calcular el tiempo a conexión ∆.
PAR
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Formas de arranque
M
Mbomba
n
MMotor con DOL
nSyn nSynnRated
n
I
n
MA∆
IA∆
Corriente arranque en DOL
Intensidad de arranque por autotrafo
Par motor por
autotransformador
ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR Características• El par de arranque se reduce y acelera.
• La intensidad disminuye y crece.
Centro de formación IM-02 Nivel 2 37 / 49
Formas de arranque
M
Mbomba
n
MMotor con DOL
nSyn nSynnRated
I
n
MA∆
IA∆
Corriente arranque en DOL
Intensidad de arranque por SOFSTART
Par motor por sofstart
ARRANQUE POR SOFTSTAR Características• El par de arranque se acelera.• La intensidad aumenta hasta nominal, es ajustable. La parada es suave
Centro de formación IM-02 Nivel 2 38 / 49
Formas de arranque
nSynnRated
I
n
IA∆
Corriente arranque en DOL
Intensidad de arranque por variador
ARRANQUE POR VARIADOR Características• El par de arranque varía con velocidad.• La intensidad aumenta hasta In, es ajustable. Arranque y parada son suaves
rpm
M
Par nominal desde velocidad cero
Centro de formación IM-02 Nivel 2 40 / 49
Potencia necesaria para la bomba
Ejemplo según ISO 9905, 5199 y 9908 (Clase I, II y III).
Centro de formación IM-02 Nivel 2 43 / 49
MOTORES ELECTRICOS SUMERGIDOS
Son motores especialmente adaptados a la bomba que arrastran.
Básicamente veremos dos tipos:
Características comunes:
Alta protección IP-67 mínimo
Controlan la potencia de la bomba en toda la curva.
Son el elemento más débil del conjunto bomba-motor.
Soportan todas las solicitaciones que las bombas les imponen
El usuario poco puede hacer por ellos, sólo vigilar las protecciones
Motores sumergidos para aguas profundas
Motores sumergidos para aguas residuales
Centro de formación IM-02 Nivel 2 44 / 49
Product and design features 8- and 10-inch motor UMA 200B/250B
Cierrre mecánico en SiC/SiC
Cable aprobado para uso en agua potable
Todos los cojinetes lubricados por el liquido de llenado del motor
El espacio interior del motor está completamente lleno con una mezcla de agua y anticongelantefilled with water/antifreeze mixture.
Cojinete de empuje diseñado para máxima carga
Membrana dimensionada para un óptimo equilibrado de presión
PT100 en devanados.
Two material variants.
Motors 100 % tested.
Motores rebobinables
Protección anticongelante hasta -15°C.
All rotating components are dynamically balanced.
Connection in accordance with NEMA standard.
Centro de formación IM-02 Nivel 2 45 / 49
Optimum pressure balancing:Motor pressure = outside pressure
Outside pressure pushes
membrane upwards.
The water fill heats up and expands, pushing the membrane downwards. (Excess water escapes through valve at the top end of the
motor.)
The water fill cools down, reducing its volume.
Complete pressure balancing during all installation conditions
Unfilled motor Motor is filled with water Motor is submerged in well
Motor is switched on Motor is switched off
Membrane in unloaded condition. Membrane is subjected to internal pressure.
Centro de formación IM-02 Nivel 2 46 / 49
1 El material óptimo para cualquier aplicación
2 Eje de acero fino anticorrosivo 1.4021 o de acero al carbono C 45N revestido con manguito protector del eje de acero fino
3 Dos cierres mecánicos independientes del sen-tido de giro en formación de tándem (SiC / SiC)
4 La gran variedad de los rodetes (F, E, D, K, S)facilita seleccionar la opción hidráulica óptima para el caso concreto de aplicación
5 Anillo rozante - JL 1040 / VG 434 Anillo de desgaste (opcional) VG 434
1
2
3
4
5
Amarex KRT
Centro de formación IM-02 Nivel 2 47 / 49
7 Rodamientos lubricados de por vida hasta 60 kWno requieren ningún mantenimiento; más de 60 kW con dispositivo para engrase complementario
8 Entrada de cable longitudinal absolutamente estanca al agua (patente de KSB-Patent)
9 Control automático de la temperatura de la bobina del motor mediante PTC / bimetal conprotección contra rearranques imprevistos para el modelo protegido contra la explosión
10 Control automático de humedad y fugas en el compartimiento del motor
11 Motor del rotor en cortocircuito seco y hermé-ticamente cerrado a prueba de agua, con pro-tección contra la explosión según normas inter-nacionales (PTB y FM)
12 Centrajes obturados con juntas tóricas de NBR o Viton
4
7
8 9
10
11
12
Amarex KRT
Centro de formación IM-02 Nivel 2 48 / 49
Gastos de ciclo de vida reducidos por intervalos Gastos de ciclo de vida reducidos por intervalos de mantenimientode mantenimiento mayoresmayores
Rodamientos lubricados con grasa• Rodamientos lubricados con grasa de por vida hasta 60 kW
⇒ no requieren ningún mantenimiento• Más de 60 kW, rodamientos dotados con dispositivo de
engrase complementario• Vida de los rodamientos calculado > 100 000 h óptimo
Cámara de aceite cerrada para el engrase del cierre mecánico• Mejor protección contra la marcha en seco del cierre mecánico• Refrigeración del cierre mecánico• Resultados máximos en el tratamiento de lodos y de
medios con contenido de gas• Cambio de aceite cada 4.000 hrs. de servicio ó 1 vez al año
Centro de formación IM-02 Nivel 2 49 / 49
Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor ⇒ Montaje y desmontaje fácil y rápido
Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica
Protegido contra la explosión (homologación PTB)
Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kW (excepto Tefzel)
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Centro de formación IM-02 Nivel 2 50 / 49
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Seguridad múltiple gracias a:
➀ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción➁ Cubierta del cable y ....➂ Conductores adicionalmente fundidos en resina ➃ Cordones fundidos en bloque estañados
➀
➁➂
➃
Centro de formación IM-02 Nivel 2 51 / 49
Seguridad múltiple gracias a:
➀ Prensaestopas de goma largo➁ Cubierta del cable y ...➂ Conductores aislados adicionalmente
fundidos en resina➃ Conductores aislados pelados,
estañadosy empotrados en resina de moldeo
⇒ Seguridad de funcionamiento máximoincluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del Conductor
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Centro de formación IM-02 Nivel 2 53 / 49
CCierres mecánicosierres mecánicos en formación de tándem en formación de tándem con con recipiente de aceiterecipiente de aceite
Baño de aceite
Medio de bombeado
Fuelle elastomérico
Centro de formación IM-02 Nivel 2 54 / 49
CCierres mecánicos - ierres mecánicos - esesttáándarndar
Tipo MG1 de Burgmann
Tipo HJ de Burgmann
Centro de formación IM-02 Nivel 2 55 / 49
Unión simplificada entre entrada de cables y cable de conexión del motor ⇒ Montaje y desmontaje fácil y rápido
Conexión sin riesgo de confusión gracias a una ejecución asimétrica
Protegido contra la explosión (homologación PTB)
Modelo estándar para todas las versiones del motor u, w, x, y hasta ~16 kW (excepto Tefzel)
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Centro de formación IM-02 Nivel 2 56 / 49
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Seguridad múltiple gracias a:
➀ Prensestopas de goma largo como descarga de tracción➁ Cubierta del cable y ....➂ Conductores adicionalmente fundidos en resina ➃ Cordones fundidos en bloque estañados
➀
➁➂
➃
Centro de formación IM-02 Nivel 2 57 / 49
Seguridad múltiple gracias a:
➀ Prensaestopas de goma largo➁ Cubierta del cable y ...➂ Conductores aislados adicionalmente
fundidos en resina➃ Conductores aislados pelados, estañados
y empotrados en resina de moldeo
⇒ Seguridad de funcionamiento máximoincluso en caso de daño de la cubierta del cable y/o el aislamiento del conductor
Entrada de cables longitudinal estanca al aguaEntrada de cables longitudinal estanca al agua
Centro de formación IM-02 Nivel 2 59 / 49
CCierres mecánicosierres mecánicos en formación de tándem en formación de tándem con con recipiente de aceiterecipiente de aceite
Baño de aceite
Medio de bombeado
Fuelle elastomérico
Centro de formación IM-02 Nivel 2 60 / 49
CCierres mecánicos - ierres mecánicos - esesttáándarndar
Tipo MG1 de Burgmann
Tipo HJ de Burgmann
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