Procedimiento de detección de fallas en un motor eléctrico

Diagnóstico Electromecánico: Diagnostico de motores, uso de instrumentos, pruebas y fallas.

Resumen ejecutivo:

En la industria de hoy los motores son elementales para los diferentes procesos que en ellas se realizan; estos convierten la energía eléctrica en energía mecánica, sea para transmitir movimiento, impulsar una bomba, etc.

Por lo tanto, es importante saber diagnosticar defectos en los motores eléctricos, para poder encontrar y resolver las diferentes fallas que se producen en ellos, para así evitar una interrupción en el proceso productivo.

Los diferentes tipos de diagnostico se realizan mediante el uso de equipos e instrumentos diseñados para tal efecto. Se pueden realizar mediciones de diferentes variables eléctricas, realizadas en múltiples condiciones, es decir; realizando pruebas con el equipo desenergizado y además desconectado de la red en primera instancia, para luego realizar pruebas en vacio y con carga. Y así verificar el correcto funcionamiento del equipo, estudiando las variables obtenidas de las diferentes mediciones.

Los equipos empleados para dicho fin son:

Multímetro: instrumento capaz de realizar diferentes mediciones, como; continuidad, voltaje, resistencia (ohm), amperaje, etc.

Amperímetro: Este instrumento es capaz de medir la corriente (amperaje) nominal de una fase del equipo, además se puede obtener con este mismo instrumento el voltaje del equipo, pudiendo así calcular su potencia.

Megger (medidor de aislación): Este instrumento es capaz de medir la aislación y resistencia entre bobinas y además entre masa bobina.

Wattmetro: Instrumento que mide múltiples variables eléctricas. Pero su función elemental es medir la corriente, el voltaje y el factor de potencia del equipo, para así entregar su potencia activa.

El saber emplear de manera correcta estos diferentes instrumentos es elemental para obtener una correcta medición, además para realizar un correcto análisis.

Como se menciono anteriormente existen varios tipos de pruebas para realizar un correcto diagnostico del motor eléctrico, como lo son pruebas con el circuito desenergizado, en vacio (energizado pero sin carga), y con el equipo en condiciones de trabajo (equipo energizado con carga).

A continuación en el siguiente trabajo se presentan la forma correcta de realizar un diagnostico a un motor eléctrico; detectando fallas con el uso adecuado de los instrumentos a emplear y también mediante pruebas en vacio. Además se presenta una serie de fallas eléctricas que se producen en este tipo de equipos, produciendo defectos como vibraciones, temperatura, perdida de aislación, etc.

Los Ángeles, Página 1


Detección de fallas en motores, mediante uso apropiado de instrumentos eléctricos.

El uso apropiado de instrumentos es muy importante para realizar un buen diagnostico. Sea su forma de utilización, su correcta instalación o su correcta instalación de intervención.

Recomendaciones antes de realizar la medición:

Verificar si el instrumento se encuentra apto para ser usado (verificar batería y buen estado de las sondas).

Verificar el rango y la variable que se va a medir (configurar). Verificar el correcto uso del instrumento, ubicación de cada terminal de

conexión.

Detección de fallas en motores mediante el uso apropiado de instrumentos:

En primera instancia en el taller de laboratorio se realizaron mediciones con los motores desenergizado, realizando mediciones de diferentes variables e instrumentos.

1. La primera actividad realizada es proceder a verificar continuidad de cada bobina, para así identificarlas. Este procedimiento se realiza con el multímetro (multítester), para esto se debe configurar el múltimetro en la opción de continuidad y realizarla entre los diferentes bornes de conexión de cada bobina. Para así identificar fallas de conexión o la discontinuidad entre ellas.

2. La segunda actividad realizada es medir la resistencia entre bobinas (ohm), para de esta manera determinar si los valores obtenidos son equivalentes entre sí. Esto quiere decir que los valores obtenidos no pueden variar en forma significativa, ya que esto muestra una falla en la bobina identificada. Este procedimiento se realiza con el multímetro, y se realiza entre los bornes de conexión de la bobina ya identificada, ejemplo: u1-u2.

3. La tercera actividad a realizar es medir la aislación del motor, esto se realiza con un medidor de aislación o megger, realizando las siguientes mediciones:

La primera medición debe realizarse entre cada bobina y masa (tierra).

La segunda medición debe realizarse entre cada una de las bobinas. Las mediciones deben ser similares y si una es menor estamos en presencia de una falla de aislación.

Las siguientes mediciones se deben realizar con el circuito energizado, que corresponde a las pruebas en vacio, con el uso apropiado de instrumentos. Explicados a continuación:



Ensayo de motores en vacio y sus procedimientos.

El ensayo de motores en vacio corresponde a pruebas realizadas a los motores eléctricos energizados y sin cargas, midiendo sus parámetros nominales. Esta prueba se realiza previamente a los motores para luego realizarles pruebas con cargas. En esta prueba se realiza la medición de variables como: la corriente (amperaje), la tensión (voltaje) y la potencia. Esta prueba consiste en el siguiente procedimiento:

1. Conexión de motor y puesta en marcha.2. Medición de la corriente (amperaje) nominal del motor. Esta medición se

realiza con el instrumento llamado amperímetro de tenazas, conectando la pinza en una de las fases del motor, la cual pasa por el medio de la pinza. Este instrumento nos entrega la corriente nominal del motor en Amper. Esta medición también la podemos realizar con el multímetro, conectando este en serie.

3. Medición de tensión (voltaje) nominal del motor. Esta medición se puede realizar tanto con el instrumento visto anteriormente el amperímetro de tenazas o también con el multímetro, ambos conectados al circuito en paralelo. Esta medición se puede realizar entre bobinas y entre bobina masa. En motores trifásicos obtenemos 380 [v] entre bobinas y 220 [v] entre bobina masa.

4. Medición de potencia (watts) nominal del motor. Esta medición se realiza con el instrumento llamado wattmetro, el cual tiene la capacidad de realizar la medición de corriente y voltaje nominal del motor e identificar el factor de potencia del equipo y con esta información calcular internamente la potencia del motor. La conexión de este instrumento consta de una pinza la cual se conecta a una de las fases del circuito y las sondas van conectadas a los bornes de las bobinas respectivamente: ejemplo: Sondas del instrumento R, S, T; a los bornes del motor U1, V1, W1. Al no contar con este equipo podemos realizar el cálculo de potencia de forma matemática sabiendo que P= V * I. Tomando solo las mediciones de voltaje y corriente, tanto por medio de un multímetro o un amperímetro de tenazas. Además del factor de potencia del motor presente en la placa característica de este. Realizando este cálculo de la siguiente manera:

P= V* 3 * I * 2 * 3 * COS ɸ. Esto teniendo presente el valor rms que entregue el instrumento.

Todas las mediciones realizadas anteriormente son con el fin de diagnosticar posibles fallas de los componentes del motor. Para así verificar su estado y poner asi a disposición las actividades de mantenimiento a realizar.



Relación de fallas entre elementos eléctricos del motor y su funcionamiento irregular.

Los motores eléctricos de inducción son una pieza fundamental en todo proceso industrial; su robustez, bajo costo, fácil mantenimiento y versatilidad los han hecho populares con aplicaciones que van desde artefactos caseros hasta equipos más sofisticados de tipo industrial. Siendo una máquina eléctrica rotatoria y simple en su constitución física, la clasificación del tipo de fallas puede estar dividida en tres grupos.

1-Fallas Mecánicas

2-Fallas Eléctricas

3-Fallas de enlace de potencia

En este trabajo nos concentraremos en el ítems 2 ya que el presente trata de fallas del tipo eléctrica propias de los componentes del motor y que dan paso a otros tipos de fallas.

Fallas Eléctricas

Falla en la Simetría del Bobinado del Estator: Las fallas de la simetría de los bobinados se producen por defectos de construcción, este problema se da especialmente en motores que han sido rebobinados en talleres sin seguir todas las normas técnicas para realizar este tipo de trabajos. La simetría de los bobinados produce pequeños campos magnéticos que giran en sentido contrario al campo magnético del estator “este efecto produce esfuerzos que son directamente proporcionales al cuadrado de la corriente”, estos esfuerzos alcanzan su máximo valor en el momento de arranque del motor.

Fallas en la simetría de los bobinados del rotor: Al igual que en el estator, la asimetría de las barras del rotor de un motor de inducción se deben a fallas constructivas, barras rotas o agrietadas y barras sueltas, que pueden propagarse a barras vecinas o dañar a los devanados del estator cuando se producen deformaciones, que también pueden afectar a las láminas de material ferromagnético que conforman el núcleo

Paquetes de bobinas en el estator: La Mayoría de las fallas que se presentan en un motor están relacionadas con los daños en el estator que se producen por el deterioro del aislamiento de las bobinas. Esta falla produce calentamiento, sobretensiones, movimientos de las bobinas, corrientes elevadas, todo esto puede dar como resultado cortocircuitos entre bobinados de diferentes fases o entre los bobinados y tierra.



Causas Típicas de Falla en bobinas del estator Trifásico

Operación entre 2 fases: Esta falla es el resultado de los operación cuando una fase del sistema de potencia se abre (falla). Esto normalmente ocurre por un fusible quemado, un contactor abierto, problemas en las líneas o malas conexiones.

Falla por desbalance de voltaje: El deterioro térmico del aislamiento en una fase del bobinado puede resultar de voltajes desbalanceados. Esto usualmente es causado por desbalances de cargas en el sistema eléctrico, conexiones deficientes en los terminales del motor o alta resistencia en contactos (presión insuficiente). Nota: Un uno por ciento de desbalance de voltajes, puede resultar en un seis a diez por ciento de desbalance en las corrientes.

Falla por sobrecarga: El deterioro térmico del aislamiento en las tres fases del bobinado es cuando típicamente por demandas de carga que excedan la potencia del motor Nota: Bajo voltaje y sobre voltaje excediendo el estándar, resultarán en el mismo deterioro del sistema de aislamiento.

Bobinados del estator sueltos: Si los bobinados eléctricos del estator están ligeramente sueltos, los niveles de vibración aumentaran dos veces la frecuencia de la red. Este tipo de fallas es muy destructivo, ya que daña el aislamiento de los conductores, provocando cortocircuitos entre los devanados, incluso a tierra y fallo del estator.

Bobinados del rotor: Las barras del rotor agrietadas generan bandas laterales a la frecuencia de paso de polos alrededor del 1x y sus armónicos (2x, 3x y demás).A menudo se verá un espectro muy lleno, con armónicos de 1x, cada uno con “faldas” de bandas laterales a la frecuencia de paso de polos.

La frecuencia de paso de polos es la frecuencia de deslizamiento por número de polos. La frecuencia de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad real y la velocidad sincrónica.

Un motor de inducción con barras rotas producirá una firma de vibración que varía lentamente en amplitud a dos veces la frecuencia de deslizamiento del motor. Este fenómeno se llama Batido y puede ser oído además de medido. La amplitud y la frecuencia del batido dependen de la carga del motor ya que afecta la frecuencia de deslizamiento. Este efecto se produce especialmente en motores que arrancan con frecuencia bajo carga. La condición de arranque pone la tensión más alta sobre las barras del rotor, ya que ellas cargan la corriente más alta, debido que el rotor corre a una velocidad mucho más baja que la velocidad sincrónica.



Anexos.

Las siguientes imágenes muestran un motor a inducción en desarme

Las figuras 1-2-3 muestran el estado de bobinado de estator y rodamientos óptimas condiciones.

La figura 3 muestra una medición realizada entre bobinas con un medidor de aislación con una escala de 1000 volt, Marca Hioki.

Fig. 1 Fig.2

Fig.3 Fig.

Falla en el estator, por bobinas sobrecalentadas.

Instrumentos de medición.




Multímetro.Multímetro, realizando medición de corriente

(amperaje).

Multímetro, realizando medición de tensión (voltaje). Amperímetro de tenazas,

realizando medición de corriente Amperaje.

Mgger realizando medición de Aislación (MΩ).

Diagrama de conexión del instrumento. (wattmetro).

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