13 causas comunes del fallo del motor
Qué elementos hay que buscar y cómo mejorar el funcionamiento
ininterrumpido de los equipos
Los motores se utilizan en todo tipo de entornos industriales y cada vez
son más complejos y técnicos, por lo que a veces, mantenerlos
funcionando al máximo rendimiento supone todo un desafio
́ . Es
importante recordar que las causas de problemas de motores y
variadores no se limitan a un solo ámbito de competencia. Tanto los
problemas mecánicos como los eléctricos pueden causar un fallo del
motor, por lo que disponer de los conocimientos adecuados puede
marcar la diferencia entre tiempos de inactividad costosos y un mayor
tiempo de funcionamiento ininterrumpido.
La ruptura del aislamiento del bobinado y el desgaste de los rodamientos
son las dos causas más comunes de las averia
́ s del motor, si bien esas
condiciones se producen por muchas razones diferentes. Este artić ulo
muestra cómo detectar las 13 causas más comunes de averia
́ en el
aislamiento del bobinado y en los rodamientos con antelación.
CALIDAD ELÉCTRICA
1. Transitorios de tensión
Los transitorios de tensión pueden proceder de
varias fuentes ya sea dentro o fuera de la
planta. El activar o desactivar cargas
adyacentes, los bancos de condensadores de
corrección de factor de potencia o incluso
condiciones meteorológicas lejanas pueden
generar transitorios de tensión en sistemas de
distribución. Estos transitorios, que varia
́ n en la
amplitud y frecuencia, pueden erosionar o
causar el deterioro del aislamiento de los
bobinados del motor. Encontrar la causa de
estos transitorios puede resultar difić il debido
al carácter aleatorio de estas incidencias y al
hecho de que los sin
́ tomas pueden
presentarse en diferentes formas. Por ejemplo,
un transitorio puede aparecer en cables de
control que no necesariamente causan daños
en los equipos directamente, pero podria
́ n
perturbar las operaciones.
Consecuencias: una ruptura del aislamiento del bobinado tiene como
consecuencia un fallo del motor prematuro y un tiempo de inactividad no planeado
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador trifásico de calidad eléctrica
Fluke 435-II
Importancia: alta
2. Desequilibrio de tensión
Los sistemas de distribución
trifásicos a menudo alimentan cargas
monofásicas. Un desequilibrio en la
impedancia o distribución de la carga
puede contribuir a un desequilibrio
en las tres fases. Los posibles fallos
pueden encontrarse en los cables
que van al motor, las terminaciones
en el motor o las propias bobinas.
Este desequilibrio puede provocar
esfuerzos en cada uno de los
circuitos de fase en un sistema
eléctrico trifásico. La norma básica
es que las tres fases de tensión
deben tener siempre la misma
magnitud.
Consecuencias: el desequilibrio crea un flujo de corriente excesivo en una o más
fases que a continuación aumenta las temperaturas de funcionamiento, lo que
lleva a una ruptura del aislamiento
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador trifásico de calidad eléctrica
Fluke 435-II
Importancia: media
3. Distorsión armónica
En pocas palabras: los armónicos
son cualquier fuente adicional no
deseada de tensiones CA o
corrientes que suministran energia
́
a las bobinas del motor. Esta
energia
́ adicional no se utiliza para
hacer girar el eje del motor, sino
que circula en las bobinas y en
última instancia contribuye a
pérdidas internas de energia
́ .
Estas pérdidas se disipan en forma
de calor, el cual, con el tiempo,
deteriorará la capacidad de
aislamiento de los devanados. Un
poco de distorsión armónica de la
corriente es normal en cualquier
parte de un sistema que alimente
cargas electrónicas. Para empezar
a investigar la distorsión armónica, utilice un analizador de calidad eléctrica para
controlar los niveles de corriente. Igualmente, verifique las temperaturas en los
transformadores para asegurarse de que no se sobrecargan. Cada armónico tiene
un nivel aceptable de distorsión diferente, que se define mediante normativas
como la IEEE 519-1992.
Consecuencias: reducción de la eficacia de los motores que se traduce en costes
añadidos y aumento de las temperaturas de funcionamiento
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador trifásico de calidad eléctrica
Fluke 435-II
Importancia: media
Variadores de velocidad
4. Reflejos de las señales PWM de la salida del variador
Los variadores de velocidad utilizan
una técnica de modulación del ancho
de pulso (PWM) para controlar la
tensión de salida y la frecuencia que
alimenta un motor. Los reflejos se
generan cuando hay una
discrepancia en la impedancia entre
la fuente y la carga. Las
discrepancias de impedancia pueden
producirse como resultado de una
instalación inadecuada, una
selección inadecuada de
componentes o una degradación de
los equipos a lo largo del tiempo. En
el circuito de una unidad de motor, la
cresta del reflejo puede ser tan alta
como el nivel de tensión del bus de
CC.
Consecuencias: una ruptura en el aislamiento del bobinado tiene como resultado
tiempos de inactividad no planeados
Instrumento de medición y diagnóstico: osciloscopio portátil de muestreo
rápido de 4 canales ScopeMeter® de Fluke.
Importancia: alta
5. Corriente sigma
Las corrientes sigma en
esencia son corrientes de
fuga que circulan en un
sistema. Las corrientes sigma
se crean como resultado de
la frecuencia de la señal, el
nivel de tensión, la
capacitancia y la inductancia
de los conductores. Estas
corrientes que circulan
pueden atravesar sistemas
de protección a tierra,
causando desconexiones o
en algunos casos un exceso
de calor en el bobinado. La
corriente sigma puede
encontrarse en el cableado
del motor y es la suma de la
corriente de las tres fases en
un momento dado en el
tiempo. En una situación
perfecta, la suma de las tres
corrientes seria
́ cero. En
otras palabras, la corriente de
retorno de la unidad seria
́
igual a la corriente a la
unidad. También se puede
entender la corriente sigma como señales asimétricas en varios conductores que
pueden acoplar capacitivamente corrientes en el conductor de puesta a tierra.
Consecuencias: el circuito se dispara de forma misteriosa debido al flujo de
corriente de protección a tierra
Instrumento de medición y diagnóstico: osciloscopio portátil aislado de 4
canales con pinza de corriente (Fluke i400 S o similar) de ancho de banda amplio
(10 kHz) ScopeMeter 190-204 de Fluke.
Importancia: baja
6. Sobrecargas operativas
La sobrecarga del motor se
produce cuando un motor se
encuentra bajo una carga
excesiva. Los sin
́ tomas
principales que acompañan a la
sobrecarga del motor son un
exceso de consumo de
corriente, par insuficiente y
sobrecalentamiento. Un calor
excesivo del motor es una de
las causas principales del fallo
del motor. En caso de
sobrecarga del motor, es
posible que los componentes
individuales como los
rodamientos, los bobinados y
otros componentes funcionen
bien; pero el motor seguirá funcionando a una temperatura elevada. Por este
motivo, tiene sentido comenzar la investigación comprobando si el motor está
sobrecargado. Debido a que el 30 % de averia
́ s del motor están causadas por
sobrecarga, es importante comprender cómo medir e identificar la sobrecarga del
motor.
Consecuencias: desgaste prematuro del motor y sus componentes mecánicos,
que producen una averia
́ permanente
Instrumento de medición y diagnóstico: multim
́ etro digital Fluke 289
Importancia: alta
Salida
7. Desalineación
Se produce una desalineación
cuando el eje de la unidad del
motor no está alineado
correctamente con la carga, o
el componente que acopla el
motor a la carga está
desalineado. Muchos
profesionales creen que un
acoplamiento flexible elimina y
compensa la desalineación,
pero un acoplamiento flexible
solo protege de la
desalineación al acoplamiento.
Incluso con un acoplamiento
flexible, un eje desalineado
transmitirá fuerzas cić licas
dañinas por el eje y dentro del
motor, teniendo como
consecuencia un desgaste
excesivo del motor y
aumentando la carga mecánica aparente. Además, la desalineación puede
transmitir vibraciones tanto en la carga como en el eje del motor. Hay varios tipos
de desalineación:
•
•
•
Desalineación angular: las lin
́ eas centrales del eje se intersectan pero no son
paralelas
Desalineación paralela: las lin
́ eas centrales del eje son paralelas pero no
concéntricas
Desalineación compuesta: una combinación de desalineación paralela y
angular. (Nota: Casi toda la desalineación es desalineación compuesta, pero
los profesionales hablan de desalineación como si hubiera dos tipos
separados porque es más fácil corregir la desalineación al abordar las
componentes angulares y paralelas por separado).
Consecuencias: un desgaste prematuro en los componentes de la unidad
mecánica que tiene como consecuencia averia
́ s prematuras
Instrumento de medición y diagnóstico: herramienta láser de alineación de
ejes Fluke 830
Importancia: alta
8. Desequilibrio del eje
El desequilibrio es una condición
de una pieza giratoria cuando el
centro de la masa no se
encuentra en el eje de rotación.
En otras palabras, hay un “punto
pesado” en alguna parte del
rotor. Aunque nunca se puede
eliminar por completo el
desequilibrio del motor, se puede
identificar cuando está fuera del
rango normal y actuar para
rectificar el problema. El
desequilibrio puede deberse a
numerosos factores, entre los
que se incluyen:
•
•
•
•
Acumulación de suciedad
Falta de contrapesos
Variaciones de fabricación
Una masa desigual en los bobinados del motor y otros factores relacionados
con el desgaste.
Un analizador o comprobador de vibraciones puede ayudarle a determinar si una
máquina rotatoria está equilibrada.
Consecuencias: un desgaste prematuro en los componentes de la unidad
mecánica que tiene como consecuencia averia
́ s prematuras
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador de vibraciones Fluke 810
Importancia: alta
9. Holgura del eje
La holgura se produce cuando hay
demasiado espacio entre las piezas. La
holgura puede ocurrir en varios
lugares:
•
La holgura rotativa se produce
debido a una separación excesiva
entre los elementos rotatorios y fijos de
la máquina, como sucede en un
rodamiento.
• La holgura no rotativa se produce
entre dos piezas normalmente fijas,
como una pata y la base, o la carcasa
de un rodamiento y una máquina.
Como con todas las demás fuentes de vibración, es importante saber cómo
identificar la holgura y resolver la incidencia para minimizar los costes. Un
analizador o comprobador de vibraciones puede determinar si una máquina
rotatoria sufre de holgura.
Consecuencias: desgaste acelerado en componentes rotatorios que se traduce
en un fallo mecánico
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador de vibraciones Fluke 810
Importancia: alta
10. Desgaste de los rodamientos
Un rodamiento averiado tiene
un mayor arrastre, emite más
calor y tiene una eficiencia
menor debido a un problema
mecánico, de lubricación o de
desgaste. Un fallo en un
rodamiento puede deberse a
varios factores:
•
•
•
•
•
•
•
Una carga más pesada que para la que se diseñó
Lubricación inadecuada o incorrecta
Sellado ineficaz del rodamiento
Desalineación del eje
Ajuste incorrecto
Desgaste normal
Tensiones inducidas en el eje
Una vez que comienza la averia
́ en el rodamiento, también se crea un efecto
cascada que acelera el fallo del motor. El 13 % de las averia
́ s de los motores se
deben a fallos en los rodamientos, y más del 60 % de los fallos mecánicos en una
instalación se deben al desgaste de los rodamientos, por lo que es importante
aprender a detectar y solucionar estos posibles problemas.
Consecuencias: desgaste acelerado en componentes rotatorios, lo que se
traduce en averia
́ s en los rodamientos
Instrumento de medición y diagnóstico: analizador de vibraciones Fluke 810
Importancia: alta
Factores de instalación inadecuada
11. Pie suelto
El pie suelto hace referencia
a una condición en la cual los
pies de montaje de un motor
o componente accionado no
son uniformes, o la superficie
sobre la que descansan los
pies de montaje no es
uniforme. Esta condición
puede crear una situación
frustrante en la que apretar
los tornillos de fijación en los
pies en realidad produce
nuevas tensiones y
desalineación. Un pie suelto
a menudo se manifiesta entre
dos tornillos de fijación
situados en diagonal, de la
misma forma que una silla o
mesa coja tiende a
balancearse en una dirección
diagonal. Hay dos tipos de
pie suelto:
•
•
Pie suelto en paralelo: el pie suelto en paralelo se produce cuando uno de
los pies de montaje está más alto que los otros tres
Pie suelto angular: el pie suelto angular se produce cuando uno de los pies
de montaje no está paralelo o "normal" respecto a la superficie de montaje.
En ambos casos, el pie suelto puede deberse a una irregularidad en los pies de
montaje de la máquina o en la base de montaje sobre la que descansan los pies.
En ambos casos es necesario descubrir cualquier situación de pie blando y
corregirla antes de que se pueda lograr una alineación adecuada de los ejes. Una
herramienta de alineación láser de calidad suele determinar si hay un problema de
pie suelto en una máquina rotativa determinada.
Consecuencias: desalineación de los componentes del sistema mecánico
Instrumento de medición y diagnóstico: herramienta de alineación láser de ejes
Fluke 830
Importancia: media
12. Esfuerzos en los tubos
Los esfuerzos en las tuberia
́ s
pueden estar provocados por
esfuerzos, tensiones y
fuerzas que actúan en el
resto de los equipos e infraestructura y se pueden
transferir al motor y su
unidad, provocando así una
situación de desalineación.
El ejemplo más común de
esto se ve en combinaciones
sencillas de motor/bomba,
donde algo aplica fuerza a
las tuberia
́ s como:
•
•
•
•
Un cambio en la base
Una válvula u otro componente recién instalado
Un objeto que golpea, dobla o solo presiona una tuberia
́
Soportes para tuberia
s
o
accesorios
para
montaje
en
pared
rotos o ausentes
́
Estas fuerzas pueden aplicar tensiones angulares o descompensación sobre la
bomba, que a su vez provoca que el eje del motor/bomba quede desalineado. Por
este motivo es importante comprobar la alineación de la máquina no solo cuando
se instala; la precisión de la alineación es una condición temporal que puede
cambiar con el tiempo.
Consecuencias: desalineación del eje y consiguientes esfuerzos en los
componentes rotatorios, que se traducen en fallos prematuros.
Instrumento de medición y diagnóstico: herramienta láser de alineación de
ejes Fluke 830
Importancia: baja
13. Tensión del eje
Cuando las tensiones en el
eje del motor exceden la
capacidad de aislamiento de
la grasa del rodamiento, se
producen descargas de
corriente hacia el
rodamiento exterior, lo que
produce picaduras y marcas
en los anillos de los
rodamientos. Los primeros
signos de este problema
son el ruido y el
sobrecalentamiento cuando
los rodamientos comienzan
a perder su forma original y
algunos fragmentos de
metal se mezclan con la
grasa y aumentan la fricción
del rodamiento. Esto puede
provocar la destrucción de
los rodamientos con apenas
unos meses de
funcionamiento del motor. Un fallo en el rodamiento es un problema caro tanto
desde el punto de vista de reparación del motor como del tiempo de inactividad
provocado, por lo que ayudar a prevenir esto al medir la tensión del eje y la
corriente del rodamiento es un importante paso de diagnóstico. La tensión en el
eje solo está presente mientras el motor recibe energia
́ y gira. Un accesorio con
sonda de escobilla de carbono permite medir la tensión del eje mientras el motor
gira.
Consecuencias: El arco a través de las superficies del rodamiento crea picaduras
y marcas que como consecuencia provocan un exceso de vibraciones y finalmente
una averia
́ en el rodamiento
Instrumento de medición y diagnóstico: Osciloscopio portátil aislado de 4
canales Fluke 190-204 con sonda de escobilla de carbono para medir la tensión
en el eje AEGIS
Importancia: alta
Cuatro estrategias para el éxito
Los sistemas de control del motor se utilizan en procesos crit́ icos a lo largo de las
plantas de fabricación. Los fallos en los equipos pueden conllevar grandes
pérdidas monetarias tanto por la posible sustitución del motor o piezas como por el
tiempo de inactividad de los equipos del sistema que alimenta dicho motor. Dotar a
los ingenieros y técnicos de mantenimiento de los conocimientos adecuados,
priorizar la carga de trabajo y gestionar el mantenimiento preventivo para controlar
los equipos y solucionar problemas intermitentes y escurridizos puede, en algunos
casos, evitar fallos debido a los esfuerzos normales del funcionamiento del
sistema y reducir los costes generales de los tiempos de inactividad.
Hay cuatro estrategias fundamentales que puede llevar a cabo para restaurar o
evitar fallos prematuros en motores y componentes rotativos:
1. Documentar las condiciones de funcionamiento, las especificaciones de la
máquina y los rangos de tolerancia de rendimiento.
2. Capturar y registrar las mediciones fundamentales en el momento de la
instalación, antes y después del mantenimiento y de forma rutinaria.
3. Crear un archivo de referencia de las mediciones para facilitar el análisis de
tendencias e identificar cambios en las condiciones de estado.
4. Marcar las mediciones individuales para establecer una tendencia de
referencia. Cualquier cambio en lin
́ eas de tendencia de más del + /- 10 % al
20 % (o cualquier otro porcentaje determinado basado en el rendimiento o la
importancia de su sistema) deberia
́ investigarse hasta encontrar la causa raiź
para entender por qué se produce ese problema.