La eficiencia y la vida útil de los motores eléctricos dependen de su mantenimiento. La supervisión constante de los motores evita sobrecargas y vibraciones que puedan dañar los componentes internos al detectar problemas potenciales antes de que se conviertan en fallas costosas, por esto, la realización de mediciones precisas es crucial.
El uso de motores de alta calidad también reduce el riesgo de fallas, ya que son más eficientes y más resistentes a las condiciones operativas difíciles. De igual forma, estos también requieren mantenimiento predictivo y monitoreo adecuados para evitar problemas que pueden reducir la vida útil del motor y, eventualmente, interrumpir los procesos industriales.
En este artículo podrás revisar cómo detectar y resolver problemas de vibraciones y sobrecargas en motores eléctricos, destacando la importancia de medir y monitorear constantemente para mantener la eficiencia y la confiabilidad de tus motores eléctricos.
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Causas comunes de fallas en motores eléctricos, según Fluke
Los motores eléctricos son cada vez más complejos y eficientes. Esto tiene ventajas en cuanto al consumo eléctrico, a la vez que representa nuevos desafíos en cuanto al mantenimiento para lograr un funcionamiento óptimo y una vida útil mayor.
Según los estudios realizados por nuestro partner Fluke, estas son las causas más comunes de fallas en motores eléctricos:
Transitorios de tensión
Los transitorios de tensión provienen de activaciones o desactivaciones de cargas, bancos de condensadores, o condiciones meteorológicas. Estas variaciones pueden provocar que el aislamiento del devanado del motor se pueda romper y provocar costosos fallos prematuros del motor y tiempos de inactividad no planeados.
Distorsión armónica
Los armónicos eléctricos se definen como las variaciones en la forma o características de una onda de voltaje o corriente en comparación con su frecuencia fundamental, lo que provoca una reducción de la eficacia del motor y aumento de temperaturas.
Reflejos de las señales PWM de la salida del variador
Generados por discrepancias en la impedancia entre la fuente y la carga, debido a instalaciones inadecuadas o degradación de componentes. Como consecuencias están la ruptura del aislamiento del bobinado y tiempos de inactividad no planeados.
Corriente Sigma
Corrientes de fuga creadas por la frecuencia de la señal, el nivel de tensión, la capacitancia y la inductancia, causando desconexiones o exceso de calor en el bobinado.
Pie suelto
Pies de montaje no uniformes que crean tensiones y desalineación cuando se aprietan los tornillos de fijación.
Esfuerzos en los tubos
Fuerzas externas aplicadas a las tuberías que causan desalineación del eje y tensiones en la combinación motor/bomba.
Tensión del eje
Tensiones excesivas en el eje que causan descargas de corriente hacia los rodamientos, creando picaduras y marcas, esto produce vibraciones excesivas y fallos en los rodamientos.
Teniendo en cuenta que existen todas estas causas que pueden provocar fallas en los motores, nos vamos a enfocar en dos principales: vibraciones y sobrecargas.
Distorisión armónica. Comparación entre una carga lineal y no lineal. Fuente: MTE.
¿Por qué se producen problemas de vibración en motores?
Desequilibrio
En un motor eléctrico, el desequilibrio ocurre cuando hay un "punto pesado" en el rotor en comparación con el eje de rotación, lo que provoca vibraciones que van creciendo a medida que aumenta la velocidad del motor y pueden reducir significativamente la vida útil de los rodamientos.
Alineación incorrecta y descentramiento del eje
Cuando los ejes de componentes conectados, como un motor y una bomba, no están en paralelo, se produce una alineación angular incorrecta. Cuando los ejes están en paralelo pero no coinciden, se produce una alineación paralela incorrecta.
Esto puede ocurrir durante el montaje inicial o puede ocurrir más tarde debido a la dilatación técnica, el desplazamiento de los componentes o el montaje incorrecto después de la reparación. Las vibraciones que se producen pueden ser radiales o axiales.
Desgaste
El desgaste de partes como rodamientos de bolas o rodillos puede causar vibraciones en el motor. Por ejemplo, cuando se daña el anillo de un rodamiento, los rodillos vibrarán cada vez que pasen por el área afectada.
Holgura
Esto ocurre cuando los rodamientos están sueltos o cuando los componentes no están firmemente sujetos a sus soportes. La vibración subyacente puede no ser la causa directa de la holgura, pero una vez presente, puede causar daños mayores, como desgaste acelerado de los rodamientos o fatiga en los soportes y otros componentes.
Estos problemas, si no se detectan a tiempo, pueden causar problemas en el corto y mediano plazo, como:
- Reducción de la vida útil de los componentes.
- Daños estructurales.
- Eficiencia operacional reducida al consumir más energía y producir menor trabajo útil.
- Incremento en la frecuencia y costo de mantenimiento.
- Ruido excesivo.
¿Por qué se producen sobrecargas de los motores eléctricos?
Sobrecarga mecánica
Ocurre cuando el motor encuentra una resistencia mecánica o carga excesiva más allá de su capacidad.
- Cargas bloqueadas: Cuando la carga mecánica que el motor está impulsando se bloquea o atasca, causa un aumento repentino en la resistencia, lo que provoca una sobrecarga mecánica.
- Cargas con alta inercia: Esto significa que requieren una gran cantidad de torque para iniciar o detener su movimiento. Si el motor no está adecuadamente dimensionado para tales cargas, puede experimentar una sobrecarga mecánica durante el arranque o la parada.
- Cambios repentinos en la carga: Cambios abruptos, como aumentos repentinos en la demanda o cambios inesperados en las condiciones de operación.
Sobrecarga eléctrica
Ocurre cuando el sistema que suministra energía al motor no puede manejar las demandas eléctricas que se le imponen. Esto puede suceder debido a varios factores:
- Exceso de corriente: Cuando el motor consume más corriente de la que está diseñado para manejar. Esto puede ocurrir debido a una variedad de razones, como fluctuaciones de voltaje o problemas con el sistema de suministro eléctrico. En el siguiente artículo te mostramos cómo este problema afecta, por ejemplo, a la industria minera.
- Alto consumo de corriente al arrancar: Durante el arranque, los motores eléctricos a menudo requieren una sobrecarga de corriente para superar la inercia y comenzar a moverse. Si esta corriente de arranque excede la capacidad nominal del motor o del sistema eléctrico, puede provocar una sobrecarga.
- Fluctuaciones de voltaje: Variaciones en el voltaje, como subidas o caídas, pueden afectar la operación del motor. Si el voltaje suministrado al motor es demasiado alto o demasiado bajo, puede causar un aumento en el consumo de corriente y provocar una sobrecarga.
La sobrecarga mecánica daña los componentes mecánicos del motor, como los rodamientos y los engranajes. Por otro lado, una sobrecarga eléctrica puede causar sobrecalentamiento y falla del aislamiento en los componentes eléctricos del motor.
En ambos casos, es crucial identificar las causas de la sobrecarga antes de que el daño tenga un impacto en la vida útil del motor o provoquen detenciones de procesos.
Ejemplo de sobrecarga de un motor. Fuente: Fluke.
Soluciones para la detección y medición de vibraciones y sobrecarga de los motores
Para mantener la eficiencia operativa y evitar tiempos de inactividad costosos, es fundamental que los motores eléctricos funcionen correctamente en entornos industriales.
Teniendo un buen sistema de monitoreo y alertas, podemos entrar en la etapa de chequeo en sitio para contrastar y verificar la información de los datos. Es aquí donde nuestros partners Rockwell Automation y Fluke entran con equipos especializados que pueden hacer la recolección, monitoreo en tiempo real y apoyarnos al momento de hacer verificaciones.
Monitoreo, control y análisis con Rockwell Automation
Con la línea de Variadores de frecuencia (VDF) PowerFlex de Allen Bradley|Rockwell puedes optimizar el consumo de energía al controlar la velocidad del motor según la carga requerida, lo que resulta en una mayor eficiencia energética. Finalmente, reducen el desgaste mecánico y prolongan la vida útil del motor al arrancar y ajustar suavemente la velocidad.
Realiza un monitoreo continuo de vibraciones y temperatura con equipos integrados a tu red como sensores inteligentes que supervisan la vibración y la temperatura de los motores en tiempo real.
Además, puedes realizar la integración de controladores lógicos programables como la serie ControlLogix con sistemas de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) para detectar anomalías tempranas y permitir un mantenimiento predictivo al tener los datos disponibles en plataformas como FactoryTalk View SE y FactoryTalk Analytics que ofrecen una vista precisa en tiempo real de las operaciones para identificar tendencias, patrones y posibles problemas.
También, una solución como el software FactoryTalk Analytics GuadianAI permite la supervisión basada en aprendizaje automático que se utiliza para monitorear el estado de variadores de frecuencia y sus motores en la planta y predecir próximas fallas de los equipos. Se entrena con datos de la planta en vivo para comprender el comportamiento de cada activo en condiciones operativas normales y luego monitorea la operación y alerta al usuario sobre cualquier desviación en distintas áreas del proceso (cavitación, aspas desbalanceadas o cambios en la viscosidad de los fluidos).
Variadores de Frecuencia PowerFlex 525 de Rockwell Automation.
Verificación y diagnóstico con equipos Fluke
Existen varios análisis clave utilizados para diagnosticar problemáticas de vibraciones y sobrecarga en motores eléctricos:
Inspección termográfica
Se emplea una cámara infrarroja o un termómetro IR para inspeccionar componentes eléctricos y mecánicos del motor en busca de temperaturas anómalas que podrían indicar problemas. Aprende a realizar mediciones efectivas con termografía en nuestro artículo dedicado.
Análisis de vibraciones
Utilizando el comprobador de vibraciones portátil Fluke 810, se detectan desequilibrios, desalineaciones, problemas en rodamientos y holguras mediante análisis dinámico de señales de vibración. Lee nuestro artículo dedicado a analizadores de vibraciones para que conozcas más opciones y sepas cuál usar y en qué momento.
Prueba de resistencia de aislamiento
Con un multímetro como el modelo Fluke 1587, se puede detectar el deterioro del aislamiento causado por diversos factores, como calor, humedad, corrosión o suciedad, antes de la falla del motor.
Desequilibrio de corriente eléctrica
Para detectar y verificar que esta sea la causa de la falla en tu motor, puedes utilizar un analizador de calidad de energía trifásica o una pinza amperimétrica de corriente de CA.
Los analizadores de calidad de energía son ideales cuando requieres análisis detallado de esta, incluyendo armónicos, distorsiones, fluctuaciones, transitorios; también, cuando estás buscando mejorar la eficiencia energética de tu planta.
Las pinzas amperimétricas son recomendables para mediciones rápidas de corriente y otros parámetros básicos, además de que de forma inmediata te da respuesta de si hay desequilibrios de carga o sobrecarga. También, son muy útiles para el mantenimiento predictivo.
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Análisis de vibraciones con equipos Fluke.
Selección de motores eléctricos
Hay una serie de factores técnicos que son fundamentales considerar al elegir motores eléctricos:
- Al seleccionar motores para aplicaciones que requieren un funcionamiento suave y sin vibraciones, es importante que cuenten con rotores balanceados dinámicamente y rodamientos de alta calidad.
- Para lograr una disipación térmica eficiente que evite el sobrecalentamiento del motor es crucial seleccionar aquellos que incluyan sistemas de enfriamiento adecuados como ventiladores integrados o diseños de carcasa que faciliten la transferencia de calor.
Nuestros partners US Motors y Marathon ofrecen motores con características avanzadas en diseño del rotor, sistema de rodamientos, sistemas de enfriamiento, entre otros, para abordar estos aspectos.
Además, es importante que consideres la aplicación donde vas a utilizar este motor. En nuestro artículo Motores NEMA vs IEC: comparación y cuál usar desarrollamos una guía básica de cómo seleccionar el motor que mejor encaje con las necesidades de tu operación.
Plan de mantenimiento establecido
Los mantenimientos preventivo, predictivo, proactivo o basado en condiciones dan mejores resultados para motores eléctricos al identificar fallos antes que estos se conviertan en problemas y en detenciones.
Hay otras formas de apoyar estas actividades, como por ejemplo el servicio de estudio de calidad energética de PRECISION. Este estudio detallado permite identificar las debilidades y fortalezas de tu sistema eléctrico para saber cómo afectan a tus equipos, especialmente a activos críticos como los motores eléctricos.
Hacia la durabilidad, seguridad y eficiencia en motores
En PRECISION encuentras a un socio estratégico que te acompaña y ofrece las herramientas que necesitas, de los mejores partners como Rockwell Automation y Fluke, para control, diagnóstico, verificación y análisis. Además, nos encargamos de que recibas la asesoría adecuada para seleccionar el motor correcto para las necesidades de tus procesos, apoyados en marcas de calidad reconocida como US Motors o Marathon.
Para hablar con un especialista sobre los equipos de inspección, sistemas inteligentes y motores que ofrecemos, contáctanos.
