Fallas En Motores

Análisis de las zonas de falla de Motores Eléctricos

Ing. Juan C. Hidalgo B., MBA

Especialista en termografía Nivel II y en análisis de fallas en motores eléctricos

Grupo TERMOGRAM, San José, Costa Rica

RESUMEN

EL personal de mantenimiento ha estado sumamente limitado al tratar de diagnosticar

fallas en motores eléctricos. Las herramientas más comunes han sido un medidor de

aislamiento (megger) y un ohmimetro. Aunque recientemente el análisis de vibraciones

ha ayudado a determinar fallas de tipo eléctrico en motores, no se puede asumir que un

pico a 2 veces la frecuencia de línea es una falla de tipo eléctrico. Se deben de tomar en

cuenta otras variables antes de sacar un motor de servicio. Aun con el megger muchas

anomalías pueden ser pasadas por alto. El determinar problemas en motores debe ser

confiable y seguro, por esto un análisis de motores eléctricos debe contener resultados en

las siguientes zonas de falla: Circuito de Potencia, Aislamiento, Estator, Rotor, Entrehierro y

Calidad de energía. Las pruebas ha realizar deben de contemplar pruebas tanto con

motor detenido como con motor energizado.

1. Introducción

Comúnmente las únicas herramientas usadas por el personal de mantenimiento para

detectar fallas en motores han sido un megger (medidor de aislamiento) y un ohmimetro.

Desdichadamente la información brindada es muy general y no precisa la zona de falla

del motor en estudio. Es muy fácil el diagnóstico erróneamente si se confía solo en los

resultados de un megger.

Por ejemplo, un corto entre espiras o entre fases puede perfectamente estar disparando

un motor y al medir el aislamiento este esta en buen estado.

Ya que estas fallas aunque son un problema de aislamiento en el devanado podrían estar

aisladas completamente de tierra y por lo tanto el megger no las detecta.

Este tipo de anomalías deteriora rápidamente el devanado lo cual resultara en un futuro

reemplazo u “overhaul” del motor.

También se ha usado el análisis por vibraciones para detectar fallas en el rotor, estator y

excentricidad. Por ejemplo en el rotor se encuentran a la frecuencia de paso de polo

(barra) para el caso de motores con

rotor jaula de ardilla (motores de

inducción de CA), con bandas

laterales alrededor de esa frecuencia,

y excentricidad y cortos en el estator a

2 veces la frecuencia de línea sin

ninguna banda lateral. Sin embargo, el

análisis a 2 veces la frecuencia de línea

no detalla cual de las dos fallas es la

que esta afectando mas al motor. Y

estas son determinadas por

Ilustración 1: Estudio de Fallas en Motores

Eléctricos

2

especialistas en vibraciones muy experimentados y pueden ya sea pasar desapercibidas

por completo o confundirse con otro tipo de influencia.

La ilustración 1 muestra un estudio realizado entre el Electric Power Research Institute (EPRI)

y General Electric en 1985. El propósito de este estudio fue el mostrar las verdaderas

fuentes de falla en motores eléctricos.

Entonces no preguntamos, estamos realmente diagnosticando todas las zonas posibles de

falla en un motor?

Realmente la respuesta es simple, ni vibraciones, ni un ohmimetro ni un megger logran

revisar todas las zonas de falla de un motor, entonces, la tecnología predictiva que esta

aplicando en su planta es suficiente para evaluar todos los componentes que pueden

causar la falla de un motor?.

Las pruebas eléctricas aplicadas a un motor deben de ser confiables y nos deben dar un

diagnostico completo de todas las zonas o áreas de falla de un motor. Las pruebas a

realizar deben incluir pruebas tanto con motor energizado como con motor detenido. Las

pruebas con motor detenido son de particular importancia en aquellos casos en que un

motor sé este disparando y su puesta en funcionamiento puede terminar de dañarlo, o en

el caso de pruebas de puesta en marcha al instalarse un nuevo equipo de producción.

Para el diagnóstico de un motor, se han establecido las siguientes zonas o áreas de fallas.

· Circuito de Potencia

· Aislamiento

· Estator

· Rotor

· Excentricidad (entrehierro)

· Calidad de energía

El análisis de estas 6 zonas nos permite distinguir entre un problema mecánico o eléctrico.

Y en el caso de un problema eléctrico detallar la solución.

2. Zonas de Falla

I. Circuito de Potencia

Generalmente se establece desde el Centro de Control del Motor (CCM) hasta la caja de

bornes del mismo, e involucra a todos los conductores con sus bornes, interruptores,

protecciones térmicas, fusibles, contactores y cuchillas.

La ilustración 2 muestra un típico circuito de potencia, se ha demostrado por EPRI que los

falsos contactos han sido la fuente de un 46% de las fallas en motores, por lo que aunque

muchas veces el motor este en excelente estado, este se instala en un circuito de

potencia defectuoso, que a la postre lo daña.

Los problemas de conexiones de alta resistencia (se oponen al paso de la corriente) son

variados, entre ellos,

· Generación de armónicas

· Desbalances de voltaje

· Desbalances de corriente

Ilustración 2: Tipico circuito de potencia

3

Típicamente las conexiones de alta resistencia son causadas por:

· Terminales corroídos

· Cables sueltos

· Barras sueltas

· Prensa fusibles corroídos

· Hilos abiertos

· Conexiones entre Aluminio – cobre

· Diferentes tamaños de conductores

Uno de los métodos que usamos para detectar defectos en el circuito de potencia en un

motor / generador, trifásico es la medición de resistencia entre fases, es una prueba

estática con motor detenido. En un equipo en buen estado las tres lecturas entre las fases

deberían ser casi idénticas, su desbalance resistivo debe ser menor a un 5%.

Dinámicamente, con motor energizado el circuito es evaluado completamente al

detectarse desbalances de voltaje en cualquiera de las fases.

Otro de los métodos utilizados para complementar el diagnostico del circuito de potencia

es la termografía IR, sin duda una de las técnicas mas conocidas para detectar falsos

contactos.

II. Calidad de energía

La calidad de energía ha sido ignorada en muchos casos por el personal de

mantenimiento y sin duda es una zona de falla con mucha influencia en la vida de un

motor.

Existen varios factores involucrados en la calidad de energía; distorsión armónica tanto de

voltaje como de corriente, picos de voltaje, desbalances de voltaje y factor de potencia

son algunos de estos.

Sin embargo, con relación a las fallas en motores eléctricos nos concentraremos en dos

de estos factores:

Ilustración 3: Desbalance resistivo - falso

contacto severo

4

· Desbalance de Voltaje

Cuando los voltajes de línea aplicados a un motor no son equilibrados se

desarrollan corrientes desbalanceadas en los devanados del estator, a estas se

les conoce como corrientes de secuencia negativa y reducen el torque del

motor. Se producen dos efectos importantes, aumenta la temperatura en el

devanado y aumenta su vibración. Un aumento de la temperatura por

encima de su valor permitido provocaría danos al aislamiento, y el aumento en

los niveles de vibración provocaría en algún grado solturas mecánicas,

d

e

s

g

a

s

t

e

e

n

l

o

s

rodamientos y aflojamiento de las bobinas.

Con desbalances de voltaje presentes, la potencia de placa de un motor

debe ser multiplicado por un factor de reducción tal y como se observa en la

ilustración 4.

De acuerdo a NEMA ningún motor debe ser operado con desbalances de

voltaje mayores a un 5%.

· Armónicas

Con la popularidad de los "drives" de CA y CD para motores (Aresep habla

s

o

b

r

e

a

l

g

u

n

a

r

e

g

ulación específica) se crean distorsiones importantes en la forma de onda de

voltaje, a estas se les conoce como armónicas.

El parámetro más conocido es la distorsión armónica Total (THD, en inglés) en

términos simples es el valor RMS de la señal con la frecuencia fundamental

HP Derating Factor

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0 1 2 3 4 5

% Voltage Unbalance

Derating Factor

Ilustración 4: Factor de

reduccion de potencia

(NEMA)

Ilustración 5: Armonicas

5

removida. O sea, una onda sinusoidal perfecta de 60Hz tendría un THD de 0%.

Cualquier otra onda presente junto con la fundamental se le considera

distorsión armónica.

Entonces, los armónicas son señales que distorsionan a la onda fundamental,

tienen una forma sinusoidal y están presentes en múltiplos de la fundamental.

...