A nivel industrial siempre se busca la optimización de los procesos productivos para ser eficaces, eficientes y rentables a través de tecnologías de punta y de la búsqueda constante de mejoras e innovaciones de todos sus procesos, en especial los productivos y de apoyo donde se genera el valor agregado bajo una política de gestión eficiente de activos. En ese orden de ideas, las áreas de mantenimiento deben garantizar la disponibilidad de los equipos, definida como la confianza de que un componente o sistema dentro de un proceso productivo ejerza su función satisfactoriamente para un tiempo dado, ya que en el cumplimiento de los más altos estándares operativos no son admitidas fallas en la operación.
Siendo los motores eléctricos el principal sistema de accionamiento en los procesos industriales y en la industria en general, la capacidad de diagnosticar, predecir sus problemas y gestionar su vida útil como activo productivo y eficientemente operativo, se presenta como una necesidad inaplazable para garantizar su disponibilidad y a su vez la continuidad de la producción.
Estudios e investigaciones realizadas, han identificado seis zonas de falla eléctricas que están directamente relacionadas con la mayoría de las fallas de motores eléctricos, las cuales, a través de pruebas estáticas (desenergizado) y dinámicas (energizado), realizadas con equipos de última tecnología, como el MCEMax, permiten evaluar la condición en la que se encuentran e identificar problemas potenciales antes de que ocurran.
Zonas de falla de motores eléctricos
Las seis zonas de falla de los motores son: Calidad de Energía, Aislamiento, Circuito de Potencia, Estator, Rotor y Entrehierro.
1. Calidad de energía
Se refiere a la condición y características físicas de las señales de tensión y corriente, para un tiempo dado. También puede definirse como una ausencia de interrupciones, sobretensiones y deformaciones en la señal de alimentación producidas por armónicos en la red, esto referido a la estabilidad de la frecuencia, el voltaje y la continuidad del servicio eléctrico.
Dentro de los factores que afectan la calidad de energía están los transientes, divididos en impulsivos y oscilatorios, con duraciones del orden de los nano y micro segundos; variaciones de corta duración que se clasifican de acuerdo con su duración como instantáneas, momentáneas y temporales, en las que se encuentran los Sags (Valles o Hundimientos), Swells (Crestas) e interrupciones; variaciones de larga duración como interrupciones sostenidas, bajo voltaje, sobrevoltaje y desbalances de voltaje; y Distorsión de Forma de Onda como armónicos y ruidos (IEEE STD 1159-1995).
En el diagnóstico de motores nos concentraremos en la calidad de energía que es suministrada al circuito del motor, en donde se analizan variaciones de larga duración que incluyen desbalances de voltaje entre fases, sobretensiones y bajos voltajes; y distorsión de forma de onda a causa de presencia de armónicos en la red.
La operación de un motor eléctrico es muy susceptible de las características de la onda de energía que le es suministrada para su funcionamiento, por ejemplo en el caso de un desbalance de voltaje, corrientes de secuencia negativa son generadas en los devanados del motor, creando a su vez un campo magnético opuesto a la rotación del motor que se traduce en calentamiento del equipo y pérdida de torque.
Para el caso de bajos voltajes, la potencia que suministra el motor, dependiendo de la aplicación, es constante, y dependiendo esta del producto entre el voltaje y la corriente principalmente, compensa la caída de tensión con un aumento en el consumo de corriente, generando mayor acumulación de calor en el interior del motor, degenerando así el aislamiento del mismo.
El fenómeno de compensación de tensión incrementando el consumo de corriente por efecto de bajos voltajes no se presenta de manera inversa para el caso de altos voltajes, ya que en este caso el alto voltaje satura la parte magnética del motor exigiendo un exceso de corriente en el intento de magnetizar el hierro más allá de los valores de diseño, resultando en un recalentamiento de sus partes, afectando la vida útil del motor.
Cabe resaltar que variaciones en el nivel de tensión en la alimentación de un motor tiene efectos, no solo es sus componentes físicos y estructurales, sino que también afecta su desempeño y operación, por cuanto se ve afectado el par o torque que entrega, el factor de potencia, su eficiencia y las características de su arranque. Esto depende también en gran medida del diseño de su carcaza.
Los comúnmente denominados armónicos son distorsiones de las ondas sinusoidales de corriente y tensión, cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental (50 o 60Hz), provocados por el uso de cargas no lineales o equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal (Variadores de Frecuencia – VFD´s) principalmente. Los armónicos y los esfuerzos para limitarlos han sido motivo de estudio durante hace ya varios años, ya que generan aumento de la corriente Irms y a su vez el aumento de pérdidas de potencia activa, aparición de efecto pelicular o “skin” que reduce la sección efectiva de los conductores a medida que aumenta la frecuencia sobrecalentándolos, sumado al calentamiento por efecto Joule debido a las corrientes de Faucault, daño en los aislamientos, disminución de la vida útil de los equipos, entre otras.
2. Aislamiento
Asegurar la integridad y el buen estado del aislamiento de los motores es de vital importancia, por cuanto es de estricto cumplimiento el garantizar la seguridad del personal que entra en contacto con el equipo y el aislamiento, y no esté en riesgo de volverse un camino de baja resistencia para la corriente hacia tierra y sufrir una descarga eléctrica.
La principal función del aislamiento eléctrico hacer tender a cero (0) las corrientes de fuga, las corrientes capacitivas, corriente de conducción y la corriente de absorción. El aislamiento eléctrico garantiza que la corriente circule por los caminos definidos para ella y no tome rutas alternas generando riesgos al personal expuesto y daños al equipo o a sistemas adyacentes. El aislamiento de los motores es la parte más susceptible a daños por concepto de sobre temperatura, humedad, contaminación, transientes de voltaje, variaciones de corta duración (sags, swell, interrupciones) etc. En este concepto, la norma IEEE STD 43-2000, nos indica los valores mínimos de resistencias recomendados que se deben tener para un equipo seguro y confiable.
3. Circuito de potencia
Se refiere a todos los componentes eléctricos que se encuentran entre el barraje de alimentación y las terminales de conexión del motor (Elementos de control, protección y maniobra). No solo las partes constructivas y la alimentación del motor son responsables de la disponibilidad del equipo y a su vez de su nivel de confiabilidad, sino también lo son todos aquellos elementos empleados en su operación. Pero dichos elementos, entiéndase protecciones contra sobre carga, interruptores, contactores, fusibles, borneras, terminales etc., también pueden afectar de forma directa la salud del motor, ya que son fuente de problemas anteriormente mencionados y analizados como desbalances de tensión y desequilibrios de corriente.
Mediante pruebas dinámicas y estáticas se pueden diagnosticar e identificar problemas potenciales en esta zona de falla del motor, en donde la ubicación de los elementos de medición, pinzas y caimanes de las sondas, juegan un papel determinante en la localización de problema, porque un desbalance de tensión, por ejemplo, puede no ser detectado si el punto de alta resistencia se encuentra aguas abajo del punto de medida.
En una siguiente entrega, hablaremos de las 3 zonas de falla restantes: estator, rotor y entrehierro; para comprender todas las variables en el diagnóstico de motores eléctricos.
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Ing. César Espitia Pineda
Transequipos S.A.
